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芯片,在任何时期,都是所有设备的核心,是所有整机设备的“心脏”, 被喻为国家的“工业粮食”,智能化、网联化时代更是离不开芯片,现如今芯片市场的竞争已经进入白热化阶段。

一、三星积极进取,台积电紧守阵地

近日,三星宣布完成5nm FinFET研发,较其7nm芯片特定面积晶体管数量增加了25%,速度提高10%,耗能降低20%,首款6nm芯片也完成了设计定案,预计2019年下半年进入量产。当晚,台积电跟进宣布6nm技术即将面世,预计2020年第一季度试产。本月初,台积电已经公布5nm进入试产阶段的消息。相比7nm工艺,基于ARM Cortex A72核心的全新5nm芯片能够提供1.8倍的逻辑密度,性能提升达15%。

在7nm节点,三星被台积电全面压制。2018年4月,台积电采用DUV技术,率先实现7nm量产,苹果A12、华为麒麟980、高通骁龙855等几乎所有在2018年面世的7nm处理器皆采用台积电制程。而三星希望率先在7nm节点导用EUV技术,实现对台积电的领先,研发进展相对缓慢,在2018年没有商用产品问世。自家处理器Exynos 9820也采用8nm LPP工艺打造,在制程上被苹果、华为拉开差距。

但三星也并非没有还手之力。采用EUV技术的7nm产品预计今年4月开始出货,Exynos 9825有望成为首款搭载7nm EUV的处理器。此外,三星7nm EUV斩获了IBM订单,双方将合作开发下一代高性能计算处理器。本次高调宣布7nm EUV、6nm、5nm进展,显示出三星在代工市场的进取心。据相关数据显示,今年一季度三星在芯片代工市场的份额将达到19.1%,较去年的14.9%提升近三成,而台积电的市场份额则出现了下滑,从去年的50.8%下降到48.1%。在三星宣布5/6nm进展后,素来低调的台积电选择第一时间回应,也表现出台积电捍卫市场份额的决心。

二、32岁的台积电,3大战役成就龙头地位

近5年来,台积电每年狂砸100亿美元,一路踩油门不回头地疯狂投资,不但成为全球第一个量产7nm技术的半导体厂,2020年更将成为全球第一个量产5nm技术的大厂,奠定其历史地位。台积电究竟是如何站上今日全球半导体巨擘的龙头地位?有三大关键战役,在32年发展的历史轨迹中,筑起今日的半导体帝国风貌。

1、0.13微米工艺分水岭

台积电创立于1987年,那是一个IDM厂(设计加上制造)横着走的年代,但张忠谋创立纯晶圆代工模式后,扶植高通、博通等大型 IC 设计公司大放光芒,打破IDM神话,开启台积电作为领头羊的专业晶圆代工的时代。

2000年左右,是台积电很关键的一个时期,那时全球半导体产业正处于8寸转12寸晶圆时期,但12寸厂的投资成本远远高于1995年由6寸、8寸厂,很多IDM厂认为无力负担12寸厂建置成本,因此裹足不前,而台积电逆势而为,大力投入12寸厂建置,奠定成功第一步。

更为关键的是,12寸第一个制程技术是0.13微米铜制程工艺技术,相较于当时最大竞争对手联电采用授权自IBM的技术,台积电自己开发0.13微米铜制程成功,是拉开与联电之间距离的关键一役,因此可以认为是0.13微米世代改造了台积电。

2、史上最赚钱的28nm工艺传奇

第二大关键战役是“史上最疯狂赚钱”的28nm工艺,把包括三星在内的所有竞争对手远远甩在后面,而这个过程隐含一段秘密。

当时的28nm HKMG工艺技术分为两派,分别为gate-first和gate-last ,除了台积电以外的半导体厂都是跟随IBM架构采用gate-first 技术,只有台积电是采用gate - last技术。

其实,台积电最开始也是采用gate-first技术,但研发过程中很快发现有无法克服的障碍,因此内部动作很快,立刻转换成gate-last技术,经过确认后,更将28nm gate-last技术定义为最终的量产技术,但这个决议过程公司非常低调,几乎是秘而不宣。

等到台积电对外发布28nm工艺是采用gate-last技术,与所有的半导体厂不一样时,遭受到大家的质疑。但这个故事的结局,当然是让所有竞争对手都懊悔不已,等到大家都发现gate-first技术其实有问题,要效法台积电转到gate-last技术时,一切都已经晚了,因为这个产业只要你领先别人一年推出,几乎就把最大的获利都先收到口袋中。

这一场28nm工艺让台积电大赚了7-8年,成为史上最赚钱的工艺技术,更是半导体史上的一页传奇,一直到台积电前几年说服客户转到16nm工艺后,才让28nm产能空出来。

如果说当年的0.13微米工艺改造了台积电,那28nm工艺技术就是让台积电稳稳跻身全球一线半导体大厂的关键一步,为迈向半导体霸主的龙头地位铺好康庄大道。

3、全球首家量产7nm技术让英特尔也折服

台积电第三大关键战役,就是眼前的7nm技术世代。原本对外表示要大张旗鼓进军晶圆代工产业的英特尔,因为10nm技术难产、产能不足等问题,也开始淡出晶圆代工产业,这一点早已在张忠谋的预料之中。

相较于英特尔的淡出,三星对于晶圆代工的龙头地位一直视虎视眈眈。凭借着有DRAM内存和NAND Flash闪存全球龙头的技术,加上有品牌手机做后盾,三星一直花招百出要攻略晶圆代工领域,之前更一直放话会是首家摘下7nm量产的半导体厂,但最后仍是败给台积电。

过往台积电在40nm工艺世代时,从小量到全量产花了35个月,到了28nm缩短至20个月,到了20nm工艺以后,仅花了3个月就达成,7nm依然保持这样的纪录。

台积电在7nm和5nm两个技术世代上的领先,不但超越英特尔,更以“硬实力”将一直放话的三星甩在后面。

当然,三星也没有放弃扯后腿,日前再度从台积电手上抢下高通7nm工艺技术的Snapdragon 865处理器芯片订单,虽然业界认为是三星低价抢单,但三星和高通之间的关系太错综复杂,可能不是一句“低价”就可以概括这场交易。

三、台积电5nm遭抢

据悉,台积电的5nm将在2020年正式量产,进一步引起市场关注之后,现在有平面媒体报导,因为大客户抢5nm产能的关系,不但使得台积电将量产时间提早至2020年第1季,也进一步提高每个月的预订产能。

台积电将5nm制程提前至2020年3月量产的主因,是因为包括苹果、海思、超微、比特大陆和赛灵思积极抢产能的情况,使得台积电的5nm产能超乎预期,这也使得台积电将预定产能由每个月的5.1万片,提升至每个月7万片,增幅一口气达近四成。

市场拉抬5nm产能需求的主因,主要在于各国5G布建的加速,带动人工智慧与高效能运算芯片的市场需求所造成。据了解,目前台积电的主要客户对于导入5nm制程的情况也相当积极。除了原定的苹果即将在2020年发表新iPhone上搭载的A系列处理器,已经既定要采用5nm制程之外,中国华为旗下的海思也因为5G手机与基地台的推出时程加速,也在5nm方面与台积电积极合作。

另外,还有旗下个人电脑处理器与绘图芯片近期均有优异销量表现的AMD,逻辑编辑元件(FPGA)大厂赛灵思,以及虚拟货币挖矿机龙头比特大陆等,都将在5nm方面与台积电进行合作布局的情况下,使得台积电的5nm需求超乎预期。因此,根据规划,台积电已将5nm预定产能由每个月的5.1万片,提升至每个月7万片,必要时更将提升至8万片,而扩充的产能将落在南科的Fab 18的P3厂为主。