晶圓代工，群雄逐鹿

芯師爺|行業(yè)資訊|Industry News|

2022-07-20 15:04:18 0

在全球晶圓代工領域，臺積電和三星幾乎壟斷著全球接近70%的市場份額。

2021年，全球晶圓代工市場規(guī)模約為1101億美元，臺積電拿下了超過52％的市場份額，擁有近300種芯片制程技術，為全球近500個客戶生產(chǎn)超過1萬種不同產(chǎn)品。

三星則排名第二，占有將近18％市場份額。中國大陸也有中芯國際和華虹半導體這兩家知名的上海晶圓代工企業(yè)。2021年，中芯國際占有將近5％的全球市場份額，未來發(fā)展的潛力巨大。

臺積電&聯(lián)電

代工雙雄0.13微米制程之戰(zhàn)

0.13微米，改造了臺積電。

——英偉達CEO·黃仁勛

在2000年以前，聯(lián)電與臺積電的技術和營收差距并不大，甚至在0.18微米制程時代，聯(lián)電還曾*于臺積電，兩家公司一度被稱為臺灣“晶圓代工雙雄”。

那么兩家的差距，又是如何拉開的？

1995年，晶圓代工模式被芯片業(yè)界接受，臺積電的訂單源源不斷，但是產(chǎn)能卻滿足不了需求，選擇開啟訂金預購制，這一策略引發(fā)了某些客戶的不滿。

抓住這個機會，聯(lián)電宣布轉型成為晶圓代工廠，與美國、加拿大等地的11家芯片設計公司合資成立聯(lián)誠、聯(lián)瑞、聯(lián)嘉晶圓代工公司，被稱為“聯(lián)電模式”。然而，此舉伴隨技術外流風險，使大型芯片設計公司不愿意將晶片設計圖交給聯(lián)電代工，從而導致聯(lián)電的客戶群以大量的中小型芯片設計公司為主。

1996年，由于在晶圓代工廠內(nèi)設立芯片設計部門有盜用客戶設計的嫌疑，聯(lián)電又將旗下的芯片設計部門分出去成立公司，包括現(xiàn)在的聯(lián)發(fā)科技、聯(lián)詠科技、聯(lián)陽半導體、智原科技等公司。由于和不同所長芯片設計公司合資所采購的芯片制造設備會有差異，“聯(lián)電模式”還面臨制造設備未統(tǒng)一化的問題，當一家晶圓代工廠訂單爆量時，卻不容易轉單到其他合資代工廠。

相較之下，臺積電用自己的資金自行建造工廠，不但讓國際大廠愿意將先進制程交由臺積電代工而不用擔心其商業(yè)機密被盜取，而且更能充分發(fā)揮產(chǎn)線的產(chǎn)能。

時至2000年，聯(lián)電向國際商業(yè)機器公司買下技術，合作開發(fā)銅制程與低介電常數(shù)材料的0.13微米新技術，希望借此超越競爭對手臺積電，成為*上*個使用銅制程的晶圓代工廠商。當時的研究表明，用銅作為連接導線將比傳統(tǒng)的鋁導線電阻低大約40％，并使芯片的速度提高15％。

彼時的臺積電認為，國際商業(yè)機器公司的技術只限于實驗室階段，在大規(guī)模量產(chǎn)制造上并不成熟，并要求臺積電團隊自主研發(fā)銅制程技術。經(jīng)資深研發(fā)副總裁蔣尚義、余振華、梁孟松、林本堅等留美海歸芯片專家一年多時間的攻關下，銅制程率先突破。

而正如臺積電所料，國際商業(yè)機器公司的技術在制造上良率過低，導致聯(lián)電的0.13微米銅制程遲遲達不到量產(chǎn)水平。到了2013年下半年，0.13微米客戶訂單為臺積電帶來的營業(yè)額比聯(lián)電多了3倍。

經(jīng)此一役，臺積電徹底確立了在半導體行業(yè)的地位，并逐步在此后的發(fā)展中實現(xiàn)高端芯片制程技術*。

在資本投入和研發(fā)難度的壓力下，聯(lián)電專注于12英寸晶圓的40nm以下，尤其是28nm和8英寸晶圓制程，從而與臺積電進行差異化競爭，宣布放棄7nm及以下更先進制程的研發(fā)。

臺積電&英特爾

5納米和7納米制程的對決

仍處轉型“陣痛期”的英特爾，想要回到*梯隊仍有待時日。

——摩根士丹利·Shawn Kim

當芯片制程進一步發(fā)展到10nm以下時，以銅作為導線會出現(xiàn)導電速率不足的問題。因此，英特爾開始研究用鈷來代替成熟的銅導方案。

2017年12月，英特爾公開了將鈷應用于10nm芯片最細連接線的設想，改善后的互聯(lián)線路將有助于進一步縮小晶體管尺寸，引發(fā)業(yè)界對此的無限遐想。

然而，理想很豐滿，現(xiàn)實很骨感，英特爾的7nm制程一再推遲。2020年7月，英特爾宣布，由于7nm制程工藝仍存在“缺陷”，不得不將原計劃在2021年年底上市的7nm制程芯片推遲至至少2022年中。

與此形成對比的是，臺積電在10nm和7nm制程中選擇了更為穩(wěn)妥的銅合金，并在2020年下半年實現(xiàn)5nm制程的量產(chǎn)，一舉拿下大量訂單。

英特爾長期以來代表美國先進制造業(yè)的高點，象征美國在關鍵技術的主導地位，但近年來可謂是“流年不利”，先進半導體制程工藝被臺積電和三星反超。

隨著屢次帶領英特爾走出困境的“傳奇老兵”帕特·基爾辛格回歸團隊，英特爾如今已進入業(yè)務轉型期，大力投資建廠，豪砸26億元*單下一代EUV光刻機，試圖追回錯失的市場份額，重獲新生。

臺積電&三星

蘋果處理器代工之爭

我們將通過全球*3納米制程來維持自己的領導地位。

——三星晶圓代工業(yè)務主管·崔世英

在晶圓代工（Foundry）市場，臺積電和三星是排名前二的兩大龍頭，也是代工領域彼此最大的對手。

2005年，三星憑借其先進制程的優(yōu)勢切入晶圓代工領域，其在美國德州奧斯汀的晶圓代工廠獲得了高通的CDMA芯片訂單，為三星的晶圓代工業(yè)務起了一個好開端，也為其贏得了蘋果2010年*自研手機芯片A4訂單，*實現(xiàn)營業(yè)額突破4億美元。

2009年，臺積電實現(xiàn)40nm制程量產(chǎn)，又在2011年實現(xiàn)28nm量產(chǎn)，一舉實現(xiàn)*三星和聯(lián)電，并于2012年達成28nm制程市場占有率100%。

2012年，三星也實現(xiàn)了28nm制程量產(chǎn)，并得益于其在美國本土建廠的地理優(yōu)勢，獨吞蘋果A7訂單。

2014年，為蘋果芯片設計提供了三年協(xié)助后，臺積電幾乎拿下蘋果A8全部訂單，導致三星代工所屬部門*出現(xiàn)虧損，刺激三星跳過20nm制程直接沖刺14nm制程，超越臺積電的16nm制程，奪下蘋果A9超過一半的訂單。

2015年，A9“芯片門”事件爆發(fā)，有開發(fā)者分別使用由三星和臺積電代工的A9芯片iPhone6s進行性能測試，結果顯示三星版本的良率和功耗控制都不如臺積電，從而使臺積電囊括A9后續(xù)追加訂單和A10大部分訂單。

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圖源：MacX

然而。得益于雙供應商策略，三星不僅依舊能拿下蘋果A系列芯片30%左右的訂單，還獲得了高通、英偉達等芯片設計頭部公司的訂單。

經(jīng)與臺積電的幾番交手，三星死磕先進制造工藝，于2017年將晶圓代工業(yè)務部門獨立成為純晶圓代工企業(yè)，并計劃在未來5年內(nèi)取得晶圓代工市場25%的份額。

2020年底，三星5nm制程宣布量產(chǎn)，叫板臺積電7nm制程。

2022年6月30日，三星官宣3nm制程量產(chǎn)，是全球首家量產(chǎn)3nm芯片的公司。

三星能否借此彎道超車臺積電，仍需拭目以待。

中芯國際

“四國殺”中的國產(chǎn)芯力量

相信中芯國際十年如一日的打磨，會使得各個產(chǎn)品節(jié)點的效率會越來越好，中芯國際也完全有信心在同類產(chǎn)品上與*上任何公司比較。

——中芯國際CEO·趙海軍

自28nm開始，晶圓代工就成為了一場“氪金”游戲，入場門檻為100億美元，且更為殘酷，稍有不慎就需要搖白旗投降。

自2009年開始，格芯先后收購了新加坡特許半導體，并購了國際商業(yè)機器公司的芯片制造廠，獲得了7nm制程技術。

但由于良率過低，格芯前腳將超微半導體公司處理器和繪圖芯片的訂單拱手讓給臺積電，后腳不堪先進制程上的高額研發(fā)投入，最終宣布放棄7nm及更先進技術工藝研發(fā)，正式退出高端晶圓代工競爭。

至此，先進制程研發(fā)領域，只剩下臺積電、三星、英特爾和中芯國際。

中芯國際在趙海軍和梁孟松的領導下，在不到一年的時間內(nèi)，實現(xiàn)從28nm到14nm制程的飛躍，將14nm制程的良率提升至95%，并實現(xiàn)量產(chǎn)。

但受困于設備限制、起步較晚等方面的因素，中芯國際掌握的最先進量產(chǎn)工藝，距離臺積電還有著不小距離。

而在28nm工藝方面，中芯國際呈現(xiàn)出了集中擴大產(chǎn)能的景象：自2020年底以來連續(xù)三次擴大產(chǎn)能，投資總額累計達到188.2億美元（約1200億元人民幣）。

對此，中芯國際聯(lián)合CEO趙海軍表示，2022年初上海臨港項目已破土動工，北京和深圳兩個項目穩(wěn)步推進，預計2022年底投入生產(chǎn)。三個新項目滿產(chǎn)后，將使中芯國際的總產(chǎn)能倍增。

只是，在高端芯片領域，中芯國際如何破局則令市場備受矚目。

結語

前沿代工的技術競賽是一場馬拉松，而不是短跑沖刺。只有繼續(xù)投入研發(fā)且執(zhí)行力強的公司，才有希望掌握高端半導體制造的技術，進而在未來贏得最大回報。

臺積電走得穩(wěn)健而踏實，英特爾欲后發(fā)制人，三星早已虎視眈眈，中芯國際奮力追逐。

這場先進制程競賽，已進入白熱化階段。

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