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先进制程2纳米之战台积电维持领先 三星、英特尔能否弯道超车?

2025-02-17  

  积电稳健推荐,2纳米已受多家客户青睐三星期待弯道超车,2纳米制程力拼客户数提升英特尔期待走出阴霾,Intel18A成功与否是关键

先进制程2纳米之战台积电维持领先 三星、英特尔能否弯道超车?(图1)

  21世纪以来,全球芯片代工市场经历了快速发展和深刻变革。在高度专业化和技术密集领域,台积电(TSMC)、三星 (Samsung) 和英特尔 (Intel) 无疑是三大龙头。竞争不仅推动技术进步,也塑造产业格局。

  芯片代工市场,持续推动7纳米以下先进制程的大厂,全球只剩台积电、三星与英特尔。市场研究及调查机构TrendForce最新数据显示,2024年第三季全球芯片代工市场,台积电以64.9%市场占有率排名第一,较第二季62.3%增长2.6个百分点,显示领先地位无人可挑战。排名第二的三星市场占有率9.3%,较第二季1.5%减少2.2个百分点,与台积电差距又再增加。2024年第四季财报芯片代工部门亏损缩小至23亿美元的英特尔,则不在前十大芯片代工厂商。

先进制程2纳米之战台积电维持领先 三星、英特尔能否弯道超车?(图2)

先进制程2纳米之战台积电维持领先 三星、英特尔能否弯道超车?(图3)

  依据台积电在2024年第四季财报中公布的结果,先进制程的部分,3纳米制程出货占台积电2024年第四季芯片销售金额26%,5纳米制程出货占全季芯片销售金额的34%,7纳米制程出货则占全季芯片销售金额的14%。总体而言,先进制程(包含7纳米及更先进制程)的营收达到全季芯片销售金额的74%。因此,可以说目前台积电绝代多数的营收贡献都来自于先进制程,这也就解释了台积电在全球芯片代工市场能独占鳌头的原因。

  台积电在2018年开始生产7纳米鳍式场效晶体管(7nm FinFET,N7)制程,之后于2020年开始同样以FinFET技术正式量产5纳米(5nm FinFET,N5)制程,以协助客户完成智能机及性能运算等产品的创新。再到2022年之际,成功量量产3纳米(3nm FinFET,N3)制程技术,N3制程也成为当前业界最先进的半导体逻辑制程技术。根据台积电的规划,它即将于2025年下半年量产,并且在2026年大量生产的2纳米(N2)制程,目前开发都依照计划推进、且有良好进展。N2技术采第代纳米片(Nanosheet)晶体管技术,将提供全制程节点的性能及功耗进步。

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  即将量产最新2纳米(N2)制程,台积电也规划2纳米以下进入埃米时代的制程发展。台积电指出,埃米时代的第一个先进制程技术定名为A16,将采用下一代的纳米片(Nanosheet)晶体管技术,并采超级电轨技术(Super PowerRail,SPR) pg电子官方网站 PG平台架构、通过该领先业界的背后供电解决案方案,为产品提供更大的运算性能,以及更优秀的能耗表现。

  台积电指出,2024年总计为522个客户提供服务,生产了11,878种不同产品,被广泛地运用在各种终端市场,例如高性能计算、智能手机、物联网、车用电子与消费性电子等产品上。同时,台积电及其子公司所拥有及管理的年产能也达到超过1,600万片约当12英寸芯片。

  相较于台积电在先进制程上的稳步推进,近些年来积极追赶台积电的韩国三星就期望通过创新方式,能在市场上以弯道超车的方式,获得市场潜在客户的青睐并超车台积电。以7纳米节点制程为例,三星在2018年领先台积电推出的7LPP就率先用上了EUV及紫外光曝光技术,号称该制程技术与非EUV制程相较,能降低总光罩层数达约20%,可为客户节省时间和成本。而且,与10纳米的FinFET技术相比、可提升40%的面积效率,搭配提升20%的性能或最多降低50%的功耗。

  不过,在7纳米制程首次采用EUV却良率不高,而且台积电在第二代7纳米制程也用上EUV技术,使三星优势不再的情况下,三星在2019年随即将目标放在了新一代的5纳米制程技术上,并将5纳米制程于同年的下半年开始量产。根据三星的说法,在沿用且优化EUV技术之后,5纳米FinFET制程技术经过改良,能提升25%的逻辑芯片效率,减少20%的功耗,提高10%的性能,使三星拥有更创新性的标准单元架构。

  然而,三星5纳米量产之后,为客户高通代工的Snapdragon 888及Snapdragon 8 Gen 1处理器发生过热与良率不高的问题,迫使高通后来转单台积电救援的事情令人印象深刻。这让客户对三星5纳米制程失去信心的状况下,三星又将目光放到更新一代的3纳米制程技术上,并且大胆采用了GAA晶体管,在2022年的6月底宣布正式抢先量产。不过,就在三星3纳米GAA制程宣布量产的数个月后,韩国三星证券就发布《地缘政治模式转变与产业》,提到三星面临无数挫折,特别是3纳米GAA制程,因良率仅20%而无法缩小与台积电差距,客户被迫放弃与三星合作,使三星3纳米亏损3.85亿美元。

  目前,根据韩国媒体报道,三星芯片代工的2纳米节点制程(SF2)测试中有了高于预期的初始良率,在针对新一代的Epg电子官方网站 PG平台xynos 2600处理器的试产良率约为30%左右。SF2是三星芯片代工部门计划在2025年下半年推出的最新制程技术,采用第三代GAA技术,其与SF3制程技术相较,SF2性能有望提高12%,能效提高25%,而芯片面积微缩5%。如果良率优画工作稳定进行,最快将于2025年第四季开始量产,也等于与台积电的N2制程技术正面对决。

  见到三星挑战台积电先进制程的困难重重,当前陷入财务危机的一代芯片制造大厂英特尔也不遑多让。在过去英特尔在14纳米制程技术卡关许久,下一代先进制程每每难产的情况下,一度领先的全球芯片制造龙头已经与台积电、三星越差越远。因此,为了拿回领先优势,加上美国政府提倡半导体制造业复兴的情况下,英特尔在2021年前首席执行官Pat Gelsinger就任至后提出了IDM2.0的计划,规划以“4年5节点”的技术发展在2025年重新站回半导体制造领先位置,并且能够争取市场芯片代工的潜在订单。

  然而,“4年5节点”在推出后就陆续出现执行困难的情况。原本在英特尔规划的IDM2.0中包括了Intel 7、Intel 4、Intel 3、Intel 20A、Intel 18A先进制程,并且开发RibbonFET和PowerVia两项创新技术。不过,实际上Intel 4产能受限的问题,就使得整个处理器的产能影响到了笔记本的销售。至于,Intel 20A制程上,原本要生产的Arrow Lake处理器将取消,改成外包生产,且外包对象最有可能就是台积电。而Arrow Lake由英特尔自己生产部分就剩将代工小芯片封装至处理器。后来英特尔直接宣布放弃Intel 20A制程,直接抢进Intel 18A阶段。

先进制程2纳米之战台积电维持领先 三星、英特尔能否弯道超车?(图6)

  这一连串IDM2.0的先进制程问题下,最终冲击到了英特尔的产品竞争力。尤其,现阶段竞争对手AMD在CPU市场上的表现非常出色,其凭借着最新的Zen系列架构CPU产品,加上台积电最新制程技术的协助下,性能和总拥有成本(TCO)方面都具有强大竞争力。此外,英特尔还需要在GPU市场上与英伟达竞争,这进一步增加了其压力。因此,这一连串的问题,终于在2024年的8月份大爆发。

  2024年第二季财报,营收表现相2024年第二季财报,营收表现相当难看,单季净亏损16.1亿美元。其中,芯片代工部门再度亏损28亿美元,累积2024年上半年亏损已达53亿美元。因此,英特尔宣布裁员15%,并且开始停止股利派发,负面消息直接冲击英特尔股价下跌5.5%,盘后交易更大跌超过20%,导致Pat Gelsinger退休。

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