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前不久，三星电子宣布量产3nm制程芯片，此举使三星成为全球首家量产3nm芯片的公司，也标志着整个半导体行业迎来一个新的里程碑。

回首晶圆代工行业几十年的生长历程，这段“风水轮流转”的产业脉络，经常演绎着“你方唱罢我登场”的经典戏码。

近年来，随着摩尔定律不停生长，先进制程的生长之路，更是荆棘重重。随着先进制程手艺研举事度以及研发投入力度越来越大，联电、格芯等相继放弃先进制程的竞争，现实有能力生产7nm及更小芯片制程的只有台积电、三星以及稍后一步的英特尔。

当前，市场对于先进制程的热度只增不减，市占率不停飙升。据IC Insights数据显示，在2019年，10nm以下先进制程的市占率仅为4.4%，到2024年其比例将增进到30%，而10nm-20nm制程的市占率将从38.8%下降到26.2%，20nm-40nm制程的市占率将从13.4%下降到6.7%。

数据泉源：IC Insights

可以预见，在广漠市场远景吸引下，各厂商展现出抢占先进制程的妄想心。

本次三星3nm芯片基于GAA晶体管结构，率先抛开了延续已久的FinFET架构。在3nm制程争先一步的三星，是否意味着在与台积电的“双雄”之战中占有了先机？台积电恪守FinFET的背后有哪些考量？开启IDM2.0战略的英特尔，又在代工领域取得了哪些新突破？

本文将围绕三者在手艺蹊径、市场希望和客户等方面举行剖析梳理，在即将到来的3nm时代，谁将成为新的主宰者。

GAA“登位”，FinFET“退位”

什么是GAA架构？

GAA——（Gate all around Field Effect Transistors，GAAFET），又称全环栅晶体管，是一种继续延续现有半导体手艺蹊径的新兴手艺，可进一步增强栅极控制能力，战胜当前手艺的物理缩放比例和性能限制。

三星电子在3nm工艺中最先引入GAA架构。据资料先容，与接纳FinFET架构的5nm工艺相比，三星*代3nm工艺可以使功耗降低45%，性能提升23%，芯片面积削减16%；而未来*代3nm工艺则使功耗降低50%，性能提升30%，芯片面积削减35%。

三星电子强调，其GAA手艺的设计优势来自于DTCO（设计手艺协同优化），这能够辅助提升芯片的PPA（性能、功率、面积）。信托关注AMD和英特尔的人来说对照熟悉，DTCO是一种凭证芯片设计的能力定制尺度单元和电路的手艺一定的工艺手艺，以*限度地提高性能，降低功耗，降低成本。

在这一层面，三星是勇敢接纳新手艺的“刷新者”，全球*接纳GAA晶体管结构的芯片，标志着芯片制造进入了新的时代。

据领会，GAAFET有两种结构：一种是使用纳米线（Nanowire）作为电子晶体管鳍片的常见GAAFET，另外一种则是以纳米片（Nanosheet）形式泛起的较厚鳍片的多桥通道场效应管MBCFET。

三星电子的3nm制程为MBCFET手艺。从GAAFET到MBCFET，可以视为从二维到三维的跃进，能够改善电路控制，降低泄电率，带来更高的效能与更佳的能源效率。

在3nm手艺的演进中，三星接纳GAA手艺，而台积电则继续接纳FinFET工艺。

毫无疑问，已往很长一段时间内，FinFET都是个好器械。它除了让摩尔定律得以延续外，同时也让晶圆制造厂可以延续提升芯片的效能并缩小体积。其*的特色就是接纳了立体式的结构，改善了MOSFET的电路控制性能，并削减泄电流的发生，另一方面也缩短了晶体管的闸长。

台积电是在2013年11月宣布乐成试产FinFET，而那时所接纳的制程是16nm；英特尔更早，在2011年就推出了商业化的22nm FinFET制程手艺。

至于三星，则是在14nm制程才接纳了FinFET架构。不外那时三星处于追赶的位置，还因此跳过了20nm制程，直接进攻一个全新世代的手艺，而且取得了相当的功效，可以说是一次乐成的计谋。

自2011年以来，FinFET运用立体的结构，增添了电路闸极的接触面积，进而让电路加倍稳固，同时也杀青了半导体制程延续微缩的目的。

但走到现在3nm这个关口，FinFET的微缩之路终究来到了终点，再向下将会遇到制程微缩而发生的电流控制泄电等物理极限问题。洞悉到FinFET的极限之后，晶圆制造厂就最先着手举行相关的研究结构，以*未来的先进制程之争。

由于当前先进工艺市场两强之争的事态，让落伍的三星不得不选择较为激进的“弯道超车”计谋，妄想在3nm这个制程世代上最先导入新的晶体管架构手艺，期望借此追上甚至逾越台积电。

相较于三星接纳大动作追击的计谋，台积对于导入GAA架构则显得守旧且小心，其3nm中仍将沿用FinFET架构，到2nm时再切入GAA架构。台积电之以是仍选择FinFET，除了其壮大的制造能力之外，很大缘故原由还在于FinFET不用更改太多的生产工具，也能有较具优势的成本结构。对于客户来说，既不用有太多设计转变还能降低生产成本，可以说是双赢事态。

另外，台积电已是市场的*者，稳健拓展营业远比勇敢推进手艺更为主要。台积电一直看重生产良率和高赚钱率，不会贸然举行量产不稳固、不够成熟的制程。

台积电在工艺手艺开发方式和新工具的使用上相当守旧，这为其客户提供了许多可展望性。这点也可以从使用EUV光刻机中看出，2018年三星最先部署EUV光刻来生产7nm芯片，而台积电在2018年并未将EUV装备用于其N7节点，仅在原始工艺的问题获得解决或确定以及EUV工具成熟后，才在2019年为厥后续的N7 手艺提供EUV层。

复旦大学微电子学院副院长周鹏曾在采访中示意，FinFET结构在2011年最先商业化，从22nm最先接纳，至今已经履历了11年的生长。虽然在芯片进入到5nm之后，接纳FinFET结构的芯片最先泛起泄电等问题，然则相对照于崭新的GAA结构，仍是相对稳固和成熟的手艺。GAA的工艺并不比FinFET简朴，它的生长也需要一个改善的历程。

先进制程竞赛，谁走的更快？

三星“率先出击”

从市场希望来看，三星未来的*手艺节点将接纳GAA器件架构，三星代工厂设计推出两种3nm GAA工艺——3GAE和3GAP。

*代3GAE已进入风险生产，将在年底年和明年实现量产。*代产物3GAP预计将迅速跟进，并于明年年底进入量产阶段。三星示意，与 3GAE 相同的 5nm 工艺相比，3GAP 将提供降低高达 50% 的功耗，性能提升 30%，面积削减 35%。

据大略估量，三星的3GAE将跨越台积电的N5，但有可能在密度方面与N4并驾齐驱。展望明年，3GAP可能与台积电的N3节点相当。

图源：WikiChip

三星预计2nm将在3GAP之后的两年内推出，其2nm节点称为2GAP，设计于2025年进入量产阶段。

台积电“恪守城池”

在3nm的竞争中，台积电是三星的一大强敌。

台积电却似乎并没有被三星“拼命三郎”般的追赶打乱量产的节奏。相比于三星电子的GAA制程，台积电的3nm工艺仍将接纳FinFET晶体管结构。

台积电在日前召开的年度手艺论坛上，宣布3nm将于下半年面世，现实芯片将于2023年头交付给客户。并谈到了将在未来几年推出的四种N3衍生制造工艺（总共五个3nm级节点）——N3E、N3P、N3S和N3X。

这些N3衍生工艺旨在为超高性能应用提供改善的工艺窗口、更高的性能、增添晶体管密度和增强电压。台积电提供多个N3版本的缘故原由在于知足其客户的需求，这些客户仍在追求每瓦性能的改善以及每年左右晶体管密度的提升。另一方面，代工厂的N2依赖于使用GAA架构，预计这将带来更高的成本、新的设计方式、新IP和许多其他转变。虽然*芯片的开发职员将很快转向N2，但台积电的许多通俗客户将在未来几年坚持使用种种N3手艺。

同时，台积电还推出支援N3的TSMC FINFLEX手艺，这是台积电的“隐秘武器”，极大地增强了其设计天真性，并允许芯片设计职员正确优化性能、功耗和成本。

FinFlex手艺将允许芯片设计职员在一个模块内夹杂和匹配差异类型的FinFET，以正确定制性能、功耗和面积。对于像CPU内核这样的庞大结构，这样的优化提供了许多提高内核性能的时机，同时仍然优化了裸片尺寸。

除了3nm“撞档”之外，三星与台积电在2纳米芯片量产时间上同样你追我赶。三星设计2025年量产接纳GAA手艺的2纳米芯片，台积电也将于2025年量产2纳米芯片，并将以GAA工艺取代FinFET工艺。

台积电2nm手艺的宣布，单就手艺上来说，就是正式宣告FinFET架构微缩之路的终结。这个堪称是近十几年以来，台积电*竞争力的芯片制程手艺，止步于3nm。

依据台积电自己宣布的资料，相对于N3，N2手艺在相同功耗下，速率提升了10-15%；在相同速率下，则功耗降低25-30%。而在应用领域方面，N2将会推出针对行动运算的基本版本，另也会推出高效能版本和小芯片整合的解决方案，预计在2025年最先量产。

与台积电的N7和N5一样，N3或将成为另一个持久节点系列。尤其是随着台积电在2nm阶段转向基于纳米片的GAAFET，3nm将成为“经典”前沿FinFET节点的最后一个系列，许多客户将坚持使用几年。反过来，这也是台积电为差异应用准备多个版本的N3以及FinFlex手艺的缘故原由，以便为芯片设计职员的设计提供一些分外的天真性。

英特尔“重返战场”

在履历了移动互联网时代“被逾越”，传统PC市场“被蚕食”后，英特尔希望通过一系列战略行动，重新夺回“半导体行业领头羊”的职位，半导体制造能力的强化正是其中最要害的一环。

面临台积电与三星的压力，2021年3月，英特尔CEO帕特·基辛格正式推出IDM2.0战略，强化英特尔半导体制造的竞争力。7月份，英特尔宣布了详细的制程工艺和封装手艺蹊径图，宣布到2025年将在工艺上再度*业界。

在2022年投资者大会上，英特尔曾示意，Intel 4(以前为英特尔7nm)将在2022年下半年实现量产。Intel 3（英特尔7nm ）在2023年下半年量产。Intel 20A(前身为英特尔5nm)将在2024年量产。

若是英特尔继续走上正轨，根据蹊径图明年公布Intel 3，那么他们就将拥有一个在密度和性能上具有竞争力的代工工艺，而且英特尔已经开放了其代工事业。

凭证英特尔之前的信息，其新建的两座晶圆厂划分命名为Fab52、Fab62，并*透露这些工厂将会在2024年量产20A工艺，这是英特尔面向未来的CPU工艺，*进入后纳米时代，首发埃米级工艺，其中的A就代表埃米。

虽然工艺细节还没宣布，不外从Intel 4最先，它对应的是台积电的7nm工艺，Intel 3工艺对应的是6nm工艺，20A工艺则是对标的台积电5nm工艺，还会有2大黑科技——Ribbon FET及PowerVia。

凭证英特尔所说，RibbonFET是英特尔对GAA晶体管的实现，它将成为公司自2011年率先推出FinFET以来的*全新晶体管架构。该手艺加速了晶体管开关速率，同时实现与多鳍结构相同的驱动电流，且占用空间更小；PowerVia是英特尔独占的、业界*后头电能传输网络，通过消除晶圆正面供电布线需求来优化信号传输。

不外英特尔的3nm工艺似乎还没有宣布详细计划。现在在3nm芯片的生产上，英特尔选择了台积电。

整体来看，台积电、三星、英特尔都在加泰半导体制造领域的投入力度。先进工艺稀奇是3nm、2nm则成为本轮三泰半导体巨头在半导体制造领域竞争的焦点。来自5G、云盘算、大数据相关应用的动员，未来几年对高性能盘算、低功耗的需求不停增添，将更需要先进工艺的支持。

届时，三大巨头将围绕先进制程睁开一场对决。

得客户者得天下

三星“客户疑云”

若是仅从0到1的角度来剖析，三星是*个量产3nm芯片的厂商，意味着其正起劲重新站稳脚跟，与主要竞争对手台积电抗衡。

据日经亚洲谈论报道，纵然三星宣布量产3nm，看似在猛烈竞争下取得主要*，但后续有许多细节值得考察。其中，“客户在哪”这个问题攸关3nm制程量产的可信度，且*个交货客户是谁，更是相当主要的考察指标。

从当前市场现状来看，台积电显然已在5nm/4nm一代中处于*职位。市场之以是对三星的能力持守旧态度，是由于其先进制程芯片良率不如预期。此前，三星电子8/7/5nm制程产物均泛起良率和功耗问题，使高通、英伟达等头部客户转投台积电。近几个月来，三星电子的良率情形曝光和代工营业高管人事调整不停。

但放眼未来，若想评判谁更乐成，还需要看三星3nm芯片的性能是否比台积电的强，客户选择用谁的芯片更多。若是一切顺遂，作为*家接纳GAA手艺的晶圆厂，三星可能会比台积电获得暂时质料上的优势，提供一个高性能、高收益的工艺，或有助于恢复下游客户的信心。

三星迄今尚未透露3nm芯片的客户名单，只示意这些芯片初期将用于“高性能盘算应用”，供应商和其他新闻人士示意，这些运算芯片的首批客户，将包罗中国大陆的加密钱币矿商，但由于最近加密钱币价值崩跌，这些客户可能无法耐久依赖。

三星3nm芯片将在开发制造手艺的华城园区制造，而不是在最新制作的平泽厂量产，因此预计其生产规模不大。

另一方面，三星自由品牌旗舰手机都正在弃守自家生产的处置器芯片，这对三星晶圆代工事业来说无疑是一大挫败。天风证券剖析师郭明錤指出，三星今年头推出的Galaxy S22系列中，7成搭载高通处置器，预期明年头推出的Galaxy S23系列将舍弃自家生产的Exynos处置器，仅推出搭载型号SM8550的高通新旗舰芯片骁龙8 Gen 2机型。

在当前趋势下，预计骁龙8 Gen 2明年将在高阶Android智能手机市场取得更多市占率。随着其市占率扩增，台积电将同步沾恩。

台积电“高枕无忧”

由于在先进制程芯片上的显示优异，台积电已进一步扩大*三星的差距。TrendForce数据显示，台积电已拿下56.3%的晶圆代工市场，位居*，远高于*名三星的16.3%。

除了上面提到的高通之外，台积电也是苹果CPU芯片的主要代工厂。由于iPhone是销量*的智能手机，要求在很短的周期内制造并出货CPU。现在除了台积电外，其他厂商的制造装备和手艺极难知足这项要求。

从苹果等其他客户的角度来看，选择台积电也较有重大的利益。相较于三星，台积电并非垂直市场的直接竞争者，可以较放心地把芯片设计隐秘数据托付给台积电。台积电的现成设计数据也稀奇齐全，能支援客户的半导体设计。

图源：DIGITIMES

从DIGITIMES整理的数据来看，半导体设计巨头均是台积电的头部大客户。

据悉，台积电3nm的首批客户将包罗英特尔、苹果两大科技巨头。其他如英伟达、高通、AMD与联发科也已排队预约产能。大摩剖析师Charlie Chan日前揭晓讲述称，台积电在2023年的3nm芯片代工市场上险些是垄断性的，市场份额靠近100%。

不仅云云，站在苹果等客户的角度来看，台积电的纯晶圆代工厂的优势相当显著，主要是台积电并非手机营业的竞争对手，而三星旗下仍有手机营业，会让客户郁闷手艺与隐秘遭到窃取，苹果反而可以更轻松的晶片隐秘交给台积电。

从工厂方面来看，中国台湾南科18厂四至六期是台积电3nm量产基地。6月中旬据外媒报道，台积电正准备在台南的生产中央再建4座价值100亿美元的工厂，都将用来生产3nm芯片。台积电CEO魏哲家在今年一季度的财报剖析师电话聚会上曾透露，在3nm制程的量产上，预计量产后*年的投片量将高于7nm和5nm制程同期。

不外日经也提到，全球芯片荒突显全球晶圆代工重押在台积电身上的风险，三星则是要证实他们的产物能成为台积电的替换品。

英特尔“马不停蹄”

克日，英特尔宣布将为联发科提供芯片代工营业，这无疑是英特尔重启代工营业以来的一个重大利好新闻。

该通告密布之际，美国半导体行业，尤其是英特尔，正处于从政府获得大量津贴以增添美国芯片制造的风口浪尖。

当前，联发科大部门代工营业均由台积电代工，但它也在追求通过增添美国和欧洲的产能来实现其供应链的多元化。据悉，新兴的英特尔代工服务 (IFS) 将为联发科生产一系列智能边缘装备的芯片，但英特尔拒绝就联发科产物的发货时间表揭晓谈论，示意“英特尔16”节点将在2022年为其客户提供流片，然后在2023年头最先量产。

对于“英特尔16”节点，英特尔进一步对 22FFL 手艺举行了现代化刷新，并增添了对第三方芯片设计工具的支持，这与英特尔在内部使用的专有设计工具形成鲜明对比。对于 IFS 而言，若是它设计吸引芯片设计企业加入其生产服务，那么支持第三方电子设计自动化 (EDA) 软件举行芯片设计是向前迈出的要害一步。

英特尔设计将200亿美元的自有资金投入IFS部门，希望扭转多年来的下滑趋势，部门缘故原由是向联发科等芯片设计师提供制造服务。另外，IFS的投资动力泉源于签署了高通和亚马逊网络服务（AWS）作为初始客户，并赢得了美国国防部的条约。同时还引起了其他行业巨头英伟达的兴趣。

但仅靠*批客户不会确立一个蓬勃生长的第三方代工厂，英特尔一直在鼎力投资以确立其自动性。英特尔斥资 54 亿美元收购了现有的第三方晶圆厂 Tower Semiconductor，后者是一家拥有大量客户组合的大批量后缘节点生产专家，并从台积电招募了 Suk Lee等履历厚实的*，以扩展其设计手艺生态系统。

英特尔还通过向RISC-V生态系统投入10 亿美元来扩大其视野，准许在需要时构建Arm芯片，并为其客户授权其自己的x86 IP以构建他们的定制设计。 

随着英特尔调整代工营业模式，将联发科相助同伴加入名单是另一项主要成就。

结语

随着三星率先量产3nm，台积电原有优势伟大，英特尔最先追击。

现在来看，这场“先进制程”之间的竞争还没有*的输赢之分，由于绝大部门晶圆代工厂已经告辞了先进制程的竞赛，使得诸多客户只能在台积电、三星及英特尔之间举行选择，而台积电一家的产能，也难以维持重大的先进制程市场。因此，哪怕三星的芯片有再次陷入性能“滑铁卢”的风险，英特尔漫长的“挤牙膏”之后重启IDM2.0营业，依旧会有厂商愿意再去“尝尝螃蟹”。

未来，台积电、三星、英特尔等先进制程玩家的竞争仍将继续，这场迫近物理极限的战争“硝烟”正浓。