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晶圓代工領(lǐng)域再現(xiàn)兩大消息，臺積電高雄的2納米新廠于11月26日正式舉行設(shè)備進(jìn)機(jī)典禮，這是臺積電在中國臺灣高雄的首座12英寸晶圓廠，顯示臺積電正式從建廠轉(zhuǎn)到生產(chǎn)階段；另外昨日，英特爾宣布與美國商務(wù)部達(dá)成協(xié)議，美國商務(wù)部將為英特爾在亞利桑那州、新墨西哥州、俄亥俄州和俄勒岡州四地的12英寸晶圓廠和先進(jìn)封裝等項(xiàng)目提供高達(dá)78.6億美元的直接資助。據(jù)悉，俄亥俄州主要專攻先進(jìn)制程。
AI浪潮席卷全球，隨著高性能計(jì)算、高端存儲、工業(yè)制造等芯片需求上升，先進(jìn)制程和先進(jìn)封裝的推進(jìn)愈發(fā)受到重視，先進(jìn)制程建廠進(jìn)度再刷新。公開資料顯示，目前先進(jìn)制程競爭主要以臺積電、三星和英特爾三家為主。從以下三家公司的路線圖顯示，未來晶體管微縮化將持續(xù)至少到18/16/14埃米范圍，并且可能會從納米片和叉片場效應(yīng)晶體管（FET）過渡，在未來某個(gè)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)向互補(bǔ)型場效應(yīng)晶體管（CFET）。并且伴隨著節(jié)點(diǎn)演進(jìn)，三大晶圓代工廠都開發(fā)出了各具特色且差異化愈發(fā)明顯的一系列賦能技術(shù)（enabling technology）和擴(kuò)展技術(shù)。
臺積電：先進(jìn)制程穩(wěn)步推進(jìn)，成熟制程營收占比不斷減少
據(jù)中國臺媒消息，臺積電高雄2納米新廠正式設(shè)備進(jìn)機(jī)對于臺積電意義重大，首先這是臺積電在中國臺灣高雄的首座12英寸晶圓廠，該廠開始進(jìn)駐機(jī)臺，顯示臺積電正式從建廠轉(zhuǎn)到生產(chǎn)階段，這將為臺積電2025年量產(chǎn)做好準(zhǔn)備。并且該廠比原計(jì)劃的2025年第3季早了半年進(jìn)機(jī)；另外則是高雄廠量產(chǎn)后，將與新竹寶山2納米廠南北大串聯(lián)，生產(chǎn)全球技術(shù)最先進(jìn)的芯片，行業(yè)預(yù)料蘋果、超威等大廠都將成為其首批客戶。
據(jù)悉，臺積電在高雄的首座12英寸晶圓廠原定以成熟制程切入。AI浪潮帶動高性能計(jì)算、高端存儲等芯片制造需求上升，2023年8月臺積電董事會拍板該廠朝著2納米制程擴(kuò)充發(fā)展。目前臺積電在中國臺灣的先進(jìn)制程版圖布局已全面開啟，由寶山第一廠領(lǐng)頭，該廠已在今年4月設(shè)備進(jìn)機(jī)，今年6月已使用英偉達(dá)的cuLitho平臺結(jié)合AI加速風(fēng)險(xiǎn)試產(chǎn)流程，后續(xù)臺積電寶山第二廠也將維持進(jìn)度。
臺積電對2納米及更先進(jìn)制程接單充滿信心，董事長魏哲家近日在三季度的業(yè)績說明會中表示，高速運(yùn)算（HPC）加速往小芯片（Chiplet）設(shè)計(jì)，但這樣并不會影響客戶對2納米采用狀況，反而詢問客戶有愈來愈多的趨勢，目前對2納米需求比3納米還高，預(yù)計(jì)產(chǎn)能也會更多。從臺積電的財(cái)報(bào)數(shù)據(jù)看，今年三季度臺積電7nm及以下的先進(jìn)制程，占到臺積電晶圓制造總收入的69%，占絕對核心地位。實(shí)際上目前臺積電幾乎壟斷了全球的先進(jìn)制程產(chǎn)能，相比之下，成熟制程在其公司營收中占比開始有越來越低的趨勢。
縱觀臺積電的先進(jìn)制程廠房布局，除上述的高雄2納米新廠、新竹寶山的一廠、二廠外，美國亞利桑那州的一廠已于今年9月進(jìn)行了首次試產(chǎn)，生產(chǎn)出了第一批N4 4nm工藝晶圓。另外美國亞利桑那州二廠將采用3nm制程，規(guī)劃月產(chǎn)能2.5萬片，預(yù)計(jì)2028年兩廠合計(jì)月產(chǎn)能達(dá)6萬片；三廠將采用2nm或更先進(jìn)制程，預(yù)計(jì)在2030年前完成。
臺積電表示先進(jìn)工藝的開發(fā)正按上述路線圖推進(jìn)，未來幾年基本保持不變。按照規(guī)劃，明年末臺積電將開始大規(guī)模量產(chǎn)N2工藝，A16（1.6nm級）工藝則預(yù)計(jì)在2026年末投產(chǎn)。A16工藝還將結(jié)合臺積電的超級電軌架構(gòu)，即背部供電技術(shù)。這可以釋放出更多的布局空間，提升邏輯密度和效能，適用于具有復(fù)雜信號及密集供電網(wǎng)絡(luò)的高性能計(jì)算產(chǎn)品。
三星：持續(xù)突破先進(jìn)制程良率，最新工藝節(jié)點(diǎn)持續(xù)升級
近年來，三星在芯片代工領(lǐng)域面臨著一些挑戰(zhàn)，主要是項(xiàng)目延期和先進(jìn)制程工藝開發(fā)良率問題。公開資料顯示，三星的3納米工藝技術(shù)首次采用了GAA（Gate-All-Around）全環(huán)繞柵極晶體管技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)旨在提高芯片的性能和能效。三星的3納米工藝分為兩個(gè)版本：第一代的3GAE和第二代的3GAP。行業(yè)人士透露，三星目前初代3GAE工藝的良品率僅在50-60%之間，還無法滿足大規(guī)模量產(chǎn)的要求。第二代的3GAP工藝良品率僅為20%，還正在加速突破中。
項(xiàng)目進(jìn)度方面，公開資料顯示，三星的大部分前沿技術(shù)都位于韓國和美國兩地。韓國方面，器興的S1-lines主要量產(chǎn)量產(chǎn)65納米至8納米低功耗芯片，華城的S3-lines則主要生產(chǎn)10納米至2納米產(chǎn)品，行業(yè)消息顯示，目前該廠正在持續(xù)引進(jìn)各種設(shè)備，預(yù)定2025年第一季底安裝好一條月產(chǎn)7,000片晶圓的2納米產(chǎn)線；行業(yè)人士透露，三星計(jì)劃未來平澤2廠S5安裝一條1.4納米產(chǎn)線，月產(chǎn)能約2000~3000片。此外，三星美國泰勒（Taylor）晶圓廠原定年底啟用，但據(jù)傳安裝設(shè)備時(shí)間表已延到2026年后。產(chǎn)業(yè)鏈透露延期時(shí)間主要出在產(chǎn)品良率攻關(guān)上。
但值得關(guān)注的是，今年年中該公司也公布了最新的工藝技術(shù)路線圖，包括兩個(gè)新的工藝節(jié)點(diǎn)—SF2Z和SF4U，并且將為其代工客戶提供全面的“一站式”人工智能解決方案。據(jù)了解，三星此次發(fā)布的最新2nm工藝節(jié)點(diǎn)SF2Z采用了優(yōu)化的背面供電網(wǎng)絡(luò)(BSPDN)技術(shù)，將電源軌置于晶圓背面，以降低供電電路對互聯(lián)信號電路的干擾。該技術(shù)預(yù)計(jì)將于2027年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
此次三星發(fā)布的另一個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)SF4U是一種4nm變體，通過結(jié)合光學(xué)縮小來提供PPA改進(jìn)，計(jì)劃于2025年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。三星透露其SF1.4（1.4納米）準(zhǔn)備工作目前進(jìn)展順利，有望在2027年達(dá)成性能和良率目標(biāo)并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。從其技術(shù)路線圖也可以看出，三星跳過了18/16埃的節(jié)點(diǎn)。
在三星披露的消息中，我們還需要關(guān)注到芯片制程演進(jìn)中的一大技術(shù)亮點(diǎn)。三星晶圓代工業(yè)務(wù)發(fā)展副總裁Taejoong Song展示了一張路線圖（如下圖），該圖展示出了邏輯層堆疊在基板上的配置，結(jié)合了一個(gè)2nm（SF2）的芯片位于一個(gè)4nm（SF4X）的芯片上方，兩者都安裝在另一個(gè)基板的頂部。業(yè)界人士解讀，這種先進(jìn)封裝方式實(shí)際上就是目前所說的3.5D或5.5D概念。
現(xiàn)在大火的HBM技術(shù)，是業(yè)界目前唯一公開的具備3D+2.5D的先進(jìn)封裝技術(shù)。在這個(gè)基礎(chǔ)上我們?nèi)ダ斫?.5D或5.5D概念，即3D+2.5D，是一個(gè)3D-IC在2.5D封裝上。Song表示，晶圓代工廠將于2027年開始在SF2P上方堆疊SF1.4。這種方法特別吸引人之處在于其熱耗散的可能性。由于邏輯層與其他功能分離，熱量可以通過基板或五個(gè)暴露的側(cè)面之一從堆疊的芯片中導(dǎo)出。
英特爾：半導(dǎo)體巨頭今年末有望實(shí)現(xiàn)逆風(fēng)翻盤？
英特爾曾經(jīng)一直是制程技術(shù)的引領(lǐng)者，不斷推動著半導(dǎo)體芯片制造工藝的進(jìn)步。但近年來，臺積電、三星在制程技術(shù)上的趕超使其漸漸吃力，并且該公司在代工領(lǐng)域的重開也面臨著諸多挑戰(zhàn)，財(cái)報(bào)數(shù)據(jù)的接連下滑以及多國晶圓代工版圖投資遇阻使其受困。與此同時(shí)，隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新興市場的崛起，傳統(tǒng)PC市場的需求持續(xù)下滑進(jìn)一步加劇了英特爾的資金壓力。近段時(shí)間，業(yè)界更是傳出“高通計(jì)劃收購英特爾”的消息。英特爾能否逆風(fēng)翻盤，成為科技行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，仍然是一個(gè)未知數(shù)。
近幾個(gè)月，停留在英特爾頭上的陰霾有驅(qū)散的跡象。首先就是該公司的資金壓力問題有望得到緩解。11月26日，英特爾宣布與美國商務(wù)部達(dá)成協(xié)議，美國商務(wù)部將為英特爾在亞利桑那州、新墨西哥州、俄亥俄州和俄勒岡州四地的12英寸晶圓廠制造和先進(jìn)封裝等項(xiàng)目提供高達(dá)78.6億美元的直接資助。
另外，據(jù)彭博社近日最新報(bào)道，美投資公司阿波羅全球管理（APO）計(jì)劃要向英特爾投資高達(dá)50億美金的股權(quán)投資。早在今年6月，在APO牽頭下，英特爾用晶圓廠Fab 34的49%合資企業(yè)股權(quán)，換到了多達(dá)110億美元的融資。據(jù)悉，英特爾位于愛爾蘭萊克斯利普的Fab 34是英特爾先進(jìn)大批量生產(chǎn)（HVM）設(shè)施，專為采用Intel 4和Intel 3工藝技術(shù)的晶圓而設(shè)計(jì)。
英特爾也在通過削減/暫緩工廠投資項(xiàng)目方式以度過當(dāng)前的資金危機(jī)。目前英特爾宣布暫停在德國和波蘭的工廠建設(shè)計(jì)劃，推遲時(shí)間將視市場需求而定。同時(shí)，公司將縮減在馬來西亞的工廠規(guī)模。總體來看，英特爾將全面推進(jìn)在美國的建廠計(jì)劃。
最為關(guān)鍵的是英特爾的制程工藝研發(fā)進(jìn)度。在英特爾去年發(fā)布的路線圖中，該公司已經(jīng)完成了向Intel 7（即10nm）和Intel 4（即7nm）的過渡，據(jù)悉，Intel 4是英特爾第一個(gè)使用極紫外光刻（EUV）的制程節(jié)點(diǎn)。與Intel 7相比，Intel 4的高性能邏輯庫面積縮放提高了一倍。英特爾表示，Intel 4的面積縮放能力是Intel 7的兩倍。到目前為止，Intel 4看起來很成功。
今年6月，英特爾官宣按計(jì)劃將其Intel 3制程投入大規(guī)模生產(chǎn)，主要面向數(shù)據(jù)中心使用。這是英特爾IDM 2.0戰(zhàn)略中的第三個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)，也是英特爾對外開放代工的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)。據(jù)英特爾最新官方數(shù)據(jù)顯示，Intel 3相比于Intel 4邏輯縮微縮小了約10％(可以理解為晶體管尺寸)，每瓦性能則提升了17％。綜合產(chǎn)業(yè)鏈各方消息，我們可以理解為Intel 3相當(dāng)于業(yè)界目前的3nm制程。
在Intel 7、Intel 4以及Intel 3以后，Intel將邁入半導(dǎo)體的“埃米時(shí)代”，推出20A和18A。按照原計(jì)劃，Intel 20A首發(fā)應(yīng)用于Arrow Lake消費(fèi)級處理器，2024年下半年量產(chǎn)發(fā)布。Intel 18A則是Intel 20A的升級版，將在2025年用于代號Clearwater Forest的服務(wù)器處理器，以及代號Panther Lake的消費(fèi)級處理器，并向代工客戶大規(guī)模開放。再往后，就是Intel 14A。
今年9月上旬，英特爾宣布，18A工藝(等效于1.8nm)進(jìn)展順利且超過預(yù)期，Arrow Lake處理器20A工藝(等效于2nm)版本因此取消，改為外部代工（應(yīng)該是臺積電）。Intel CEO帕特·基辛格表示，18A工藝現(xiàn)階段的缺陷密度(D0)已經(jīng)低于0.4，非常健康。據(jù)悉，18A的投產(chǎn)時(shí)間約落到明年下半年。
值得注意的是，Intel 18A工藝是在20A的基礎(chǔ)上打造的，后者第一次使用了RibbonFET全環(huán)繞晶體管架構(gòu)、PowerVia背部供電設(shè)計(jì)，其寶貴的經(jīng)驗(yàn)都將直接導(dǎo)入18A工藝節(jié)點(diǎn)的首次商用。據(jù)悉，PowerVia是一種背面供電技術(shù)，信號線和電源線分開優(yōu)化，理論上能帶來更好的電力供應(yīng)。
而在客戶群上，今2月，英特爾表示微軟已經(jīng)成為英特爾客戶之一。9月下旬，英特爾宣布亞馬遜云服務(wù)（AWS）成為18A制程的客戶，公司將為其定制人工智能（AI）芯片。這一合作不僅為英特爾帶來了新的業(yè)務(wù)機(jī)會，也可能增強(qiáng)市場對其代工業(yè)務(wù)的信心，有望吸引包括蘋果、高通、博通甚至AMD等科技巨頭的訂單。而展望至2027年，英特爾還宣布了18A-P、14A和14A-E這些超先進(jìn)節(jié)點(diǎn)。
先進(jìn)制程前景遼闊，帶動晶圓代工格局發(fā)生變動
先進(jìn)制程是指28nm以下的制程工藝，這些工藝追求更高的晶體管密度和更低的功耗，主要用于制造高性能的芯片，如CPU、GPU等，主要應(yīng)用在高性能計(jì)算、人工智能、圖像處理等領(lǐng)域。在AI浪潮下，先進(jìn)制程舉起大旗，高性能應(yīng)用全面爆發(fā)。近年來，在臺積電引領(lǐng)下的全球晶圓代工產(chǎn)業(yè)展現(xiàn)出非常強(qiáng)勁增長勢頭，據(jù)據(jù)TrendForce集邦咨詢最新調(diào)查顯示，預(yù)計(jì)晶圓代工市場將于2025年復(fù)蘇，年增長率為20%，高于2024年的16%。
具體來看，高速運(yùn)算（HPC）領(lǐng)域以及采用5/4/3納米等尖端技術(shù)的旗艦智能手機(jī)的持續(xù)強(qiáng)勁需求，且預(yù)計(jì)將保持至2025年，預(yù)期在人工智能（AI）應(yīng)用推升下，不僅提升了對先進(jìn)制程的需求，還促進(jìn)了整個(gè)行業(yè)的產(chǎn)值增長。另外，管消費(fèi)電子市場的未來展望尚不明朗，但汽車、工業(yè)控制等領(lǐng)域的供應(yīng)鏈庫存調(diào)整已自2024年下半年起逐步觸底反彈，明年或?qū)⒊霈F(xiàn)補(bǔ)庫存的小高潮。據(jù)TrendForce集邦咨詢數(shù)據(jù)顯示，7、6納米、5、4納米及3納米等先進(jìn)制程將在2025年為全球晶圓代工市場貢獻(xiàn)約45%的營收，值得注意的是，上述相關(guān)制程都是臺積電擅長且領(lǐng)先的技術(shù)節(jié)點(diǎn)。
而臺積電以外的其他晶圓代工廠，盡管受到消費(fèi)端疲軟的影響，但在IDM（整合元件制造商）和無晶圓廠客戶的健康庫存水平、云計(jì)算與邊緣計(jì)算對高性能計(jì)算需求的上升，以及相對較低的基數(shù)效應(yīng)共同作用下，預(yù)計(jì)也將取得接近12%的年增長率，優(yōu)于去年表現(xiàn)。
展望2025年，全球晶圓代工產(chǎn)業(yè)需求仍將由AI和HPC應(yīng)用主導(dǎo)，先進(jìn)制程與先進(jìn)封裝需求將持續(xù)暢旺，成熟制程營收動能則要視2025年下半電子業(yè)旺季效應(yīng)強(qiáng)弱而定。同時(shí)，AI和HPC芯片仰賴先進(jìn)制造技術(shù)，將帶動臺積電、三星與英特爾先進(jìn)制程推進(jìn)至1.4納米世代，3大廠競爭格局將取決于英特爾Intel 18A制程量產(chǎn)情形，以及三星晶圓代工先進(jìn)制程進(jìn)展與投資布局策略而定。
