摩爾定律的創(chuàng)造者戈登?摩爾本人曾說過: 他相信，在摩爾定律遇到技術(shù)障礙之前，我們會先遇到經(jīng)濟(jì)障礙。幾十年來，半導(dǎo)體行業(yè)一直遵循著摩爾的技術(shù)微縮定律與建立經(jīng)濟(jì)門檻的節(jié)奏，一步一步地往前進(jìn)步。
在 20 世紀(jì) 50 年代和 60 年代芯片工廠出現(xiàn)的初期，幾乎每個硅谷芯片制造商都在工廠里設(shè)計與生產(chǎn)自己的芯片 (IDM)。 IDM 芯片廠商雖然都能藉由更大的產(chǎn)量來創(chuàng)造更多的收入，但是為建設(shè)新工廠而積累的資本，與新產(chǎn)品銷售的風(fēng)險卻變得巨大起來。
會費(fèi)百億美元的芯片廠俱樂部變得越來越小
Globalfoundries (格芯) 這家全球第二大的芯片代工廠，于 2018 年 8 月底宣布，將不再投資于 7 納米 (nm) 制造工廠。格芯的退出，成為繼聯(lián)電去年 7月初宣布，不參與先進(jìn)技術(shù)競賽的另ㄧ家代工大廠。半導(dǎo)體的技術(shù)競賽代價極為昂貴，現(xiàn)在建造一個最先進(jìn)且全新的的芯片制造廠，需要花費(fèi) 100 億 美元甚至 150 億美元，將來這樣的芯片廠造價會更高達(dá) 200 - 250 億美元，而世界上只有極少數(shù)的國家與幾家公司能夠積累這樣的專業(yè)人才、知識、資金和產(chǎn)業(yè)鏈。
格芯稱這一決定是出于經(jīng)濟(jì)方面的考慮，而非 7LP 面臨的任何技術(shù)障礙。放棄先進(jìn)技術(shù)爭奪戰(zhàn)的邏輯非常簡單: 停止把大量預(yù)算投入可能永遠(yuǎn)無法獲得回報的研發(fā)和設(shè)備，轉(zhuǎn)而投資客戶可能仍會使用多年的現(xiàn)有技術(shù)。今年年底之后，格芯也將停止與位于紐約奧爾巴尼的 IBM 芯片研究部門 (SUNY Polytechnic Institute) 的合作，并將與 IBM 和 AMD 重新商談供應(yīng)協(xié)議。
這一決定，也讓擁有 10nm 以下的先進(jìn)芯片技術(shù)工廠降到只剩三家。早在一年以前，聯(lián)電退出芯技競賽時的聲明猶言在耳: 聯(lián)電會選擇自己的戰(zhàn)場，要在特定技術(shù)做到最領(lǐng)先、最極致，做出競爭力及提高獲利率。短短的一年后，格芯也做出了類似的決定。
據(jù)研究公司 IC Insight 的資料，2017 年臺積電在芯片代工的市占率 55.9%，格芯位居第二，市占率 9.4%，聯(lián)電位居第三，三星排名第四。然而以今年上半年的資料來看，臺積電的市占率仍高達(dá) 56.1%，格芯雖仍位居第二，但市占率卻降到 9%，與排名第三的聯(lián)電市占率 8.9% 幾乎沒有差別。
臺積電統(tǒng)治 7nm，三星 7nm 只接了自己的單，而英特爾的芯片代工業(yè)務(wù)已經(jīng)陷入兩難的境地
臺積電和三星這幾年在技術(shù)上是你追我趕，至少在半導(dǎo)體工藝的數(shù)字上已經(jīng)逐漸甩開英特爾。臺積電在 7nm 代工幾乎拿下了所有國際大客戶的訂單，比如蘋果 iPhone A12 處理器，華為、高通、博通、Xilinx、AMD、NVIDIA 等。使得代工廠排名第二和第三的格芯與聯(lián)電因接不到高階訂單，只好相繼暫停先進(jìn)工藝開發(fā)的窘境。在 7nm 節(jié)點(diǎn)上，臺積電已經(jīng)占據(jù)了優(yōu)勢地位。
更進(jìn)一步的，臺積電還投資了 250 億美元，開發(fā)下一代 5nm 工藝，往后還有 3nm 工藝，計劃在 2022 年底量產(chǎn)。
從存儲器賺到盆滿缽滿的三星，更是全力以赴沖刺 EUV量產(chǎn) 7nm 工藝與 InFO封裝技術(shù)，意圖在 2019 年奪回蘋果的訂單。
目前，三星 7nm 工藝的訂單有很大部分是靠著三星自家產(chǎn)品，這其中包括手機(jī)、家電及消費(fèi)性電子產(chǎn)品等需求所堆砌出來的。此外還有高通的驍龍 5G 芯片，畢竟三星也是高通高端方案的最大客戶。高通愿意在三星的代工廠下單，有部分也是害怕三星手機(jī)產(chǎn)品全面采用自有的 Exynos 方案，如果不配合，掉單也是很有可能的事情。
除了技術(shù)方面的競爭外，三星也因良率偏低的問題，其收費(fèi)方式不以單片芯片計價，而是以良品芯片作為計價標(biāo)準(zhǔn)，讓客戶比較不用擔(dān)心因良率低而需付出額外的成本。但即便如此，韓國以外的芯片設(shè)計客戶多半還是半信半疑，不敢輕易下單。
三星抓不到國際大客戶的最大原因是難以取得客戶的信任。三星過去的經(jīng)營風(fēng)格，一直以來都是為取得關(guān)鍵技術(shù)而不擇手段而聞名，與其合作的廠商幾乎都面臨產(chǎn)品或技術(shù)被 “參考” 的的命運(yùn)，即便是蘋果也難以幸免。
英特爾曾在芯技競賽中居於領(lǐng)先地位，10nm 工藝一拖再拖，除了自家的處理器業(yè)務(wù)外，代工客戶數(shù)量一直沒有增加，甚至將面臨無客戶的尷尬局面。至于英特爾的代工業(yè)務(wù)是否分家，已經(jīng)陷入了兩難的境地。這對一向自傲于全球半導(dǎo)體霸主，且技術(shù)至少領(lǐng)先競爭對手 3 年的英特爾而言，顯然是極不尋常的瓶頸關(guān)卡。
英特爾的制造策略長久以來一直是以快速地采用最新的工藝技術(shù)，大量的資本投入，堆高競爭門檻。最終逼得對手 AMD 分家，成立格芯芯片代工制造廠。分析英特爾的營收大部分，也來自于先進(jìn)制程節(jié)點(diǎn)的貢獻(xiàn)。至于舊有的生產(chǎn)設(shè)施，要不進(jìn)行更新，要不就是關(guān)廠收攤。
相較而言，純代工廠所追求的是另一套截然不同的優(yōu)化策略。盡管臺積電也年年支出高額資本在開發(fā)先進(jìn)工藝技術(shù)上，但從臺積電的技術(shù)工藝營收占比來分析，就可以知道臺積電最先進(jìn)的 10nm，或 7nm 工藝在所有的營收進(jìn)帳中，只有部分的占比。
芯技爭霸 預(yù)見中芯國際的成長與限制
以往的迷思，稍具規(guī)模的 IC 設(shè)計公司除了主要的芯片代工廠外，一定會尋找第二供應(yīng)商，以降低區(qū)域或壟斷的風(fēng)險。但是以現(xiàn)今的實(shí)際狀況來看，7nm 芯片幾乎就是高階 CPU、GPU 與 FPGA 等，才玩得起的技術(shù)。而擁有這些芯片設(shè)計能力的大廠，即使非不得已，也不愿意選擇 IDM 分家的代工廠來生產(chǎn)他們的產(chǎn)品。畢竟產(chǎn)品或技術(shù)被 "參考" 的結(jié)果，將造成這些 IC 設(shè)計大廠長期的競爭風(fēng)險。臺積電經(jīng)曾歷過無預(yù)警斷電或跳電、地震與機(jī)臺病毒等，不可控因素或人為疏失所造成的重大損失。然而，IC 設(shè)計大廠們對臺積電的黏著度還是非常的高。主要是所有設(shè)計大廠的競爭產(chǎn)品都在臺積電，發(fā)生風(fēng)險的機(jī)率相同，再加上價格的透明性，并不會造成壟斷抬價或上市時程上的差異所帶來的競爭劣勢。
想想看，全球現(xiàn)在僅存的高端芯片供應(yīng)商就只臺積電一家，但卻也沒聽說 IC 設(shè)計大廠排隊要去三星投片，建立第二供應(yīng)商的急迫性與傳聞。由此可以大膽猜測，除非三星的工藝技術(shù)超前臺積電一代，否則短期內(nèi)其市占率很難有大幅攀升的機(jī)會。臺積電也因為已囊括所有設(shè)計大廠最先進(jìn)的產(chǎn)品，最進(jìn) AMD 7nm 的轉(zhuǎn)單，將再度推升臺積電的市占，而對格芯來說卻是失去了營收的助力。
要窺看未來芯片代工市場的變化，就要先掌握近年來 IC 設(shè)計產(chǎn)業(yè)的成長動態(tài)。全球前十大 IC 設(shè)計公司集中在美國、臺灣、新加坡和中國。歐洲 IC 設(shè)計公司方面，2017 年只占了全球市場市占率的 2%，而在日本或南韓等地，IC 設(shè)計企業(yè)并不流行。
中國的 IC 設(shè)計廠商家數(shù)成長快速，而且敢于采用最先進(jìn)的芯片制造工藝生產(chǎn)自家的產(chǎn)品，在全球 IC 設(shè)計市場中扮演重要的角色。自 2010 年以來，IC 設(shè)計市場成長比例，大部分都是來自中國廠商的貢獻(xiàn)。中國的 IC 設(shè)計從 2010 年市場占有率為 5%，到了 2017 年已經(jīng)成長到了 11%。
近期中興通訊事件以及中美貿(mào)易戰(zhàn)的爆發(fā)，中國為積極擺脫半導(dǎo)體晶片需仰賴進(jìn)口，進(jìn)一步改由國產(chǎn)芯片取代的情況下，急需先進(jìn)的技術(shù)來解決長期的 "缺芯" 問題。
值此風(fēng)口浪尖之際，中芯國際的 14nm 技術(shù)開發(fā)在梁孟松帶領(lǐng)下傳出了好消息。
不同于格芯與聯(lián)電退出 14nm 以下的芯技競賽，中芯國際的 14nm FinFET 工藝技術(shù)已接近研發(fā)完成，進(jìn)入客戶導(dǎo)入階段。而且更加大舉投資在下一代 7nm 的研發(fā)，自荷商艾司摩爾 (ASML) 買來中國首臺極紫外線光刻機(jī)的消息曝光之后，過去阻礙中國半導(dǎo)體發(fā)展的關(guān)鍵的設(shè)備取得的枷鎖，似乎正逐漸地被打開。與此同時，聯(lián)同兩大政府產(chǎn)業(yè)基金共同投資 102.4 億美元，以加快 14nm 及以下先進(jìn)制程的研發(fā)與量產(chǎn)計畫，擴(kuò)建天津廠使最終達(dá)到每月量產(chǎn) 3.5 萬片的目標(biāo)。
中國這幾年積極布局與投資在 5G 通訊、人工智能與物聯(lián)網(wǎng)的硬件、韌件與軟件的應(yīng)用產(chǎn)品開發(fā)與布建。期望藉由全球 5G 通訊大規(guī)模啟用后，能快速提升國產(chǎn)半導(dǎo)體芯片的產(chǎn)品多元性、技術(shù)性、高值性與進(jìn)口替代。中芯國際也是是中國所依靠的牽頭企業(yè)，帶領(lǐng)國產(chǎn)半導(dǎo)體材料商、設(shè)備商與設(shè)計公司，邁向全產(chǎn)業(yè)鏈自主生產(chǎn)目標(biāo)。倘若 14nm FinFET 正式進(jìn)入量產(chǎn)與加速擴(kuò)大 28nm 產(chǎn)能，中國市場上交由海外代工的部分產(chǎn)品將會被引導(dǎo)而轉(zhuǎn)回由中芯國際代工，其市占率的提升將不能小覷。
中芯未來能否超 (三) 星追聯(lián) (電) 趕格 (芯)，取決于未來貿(mào)易戰(zhàn)的規(guī)模與美國的國防授權(quán)法案的落實(shí)速度。尤其值得注意的是，美國參眾兩院高票通過的國防授權(quán)法案，不只確立了中、美成為戰(zhàn)略對手的現(xiàn)實(shí)外，也表明了美國國內(nèi)政治菁英動員及集結(jié)的完成。從中興案、嚴(yán)審?fù)赓Y對美國企業(yè)并購與投資、調(diào)漲國際郵資，與 ASML 被要求不得聘雇中國人等幾個端倪，可以看出美國已逐步出手干預(yù)自由市場的運(yùn)作機(jī)制，與先進(jìn)技術(shù)的輸出限制。由此推測，美國 IC 設(shè)計企業(yè)對于高端芯片的代工選擇，將不只是價格與地緣的經(jīng)濟(jì)因素考量，而會改以政治考量為優(yōu)先。
這是中芯未來成長可能的限制，也是中國其他代工廠潛在的成長限制。
在 2022 年 3nm 芯技爭霸到來前，臺積電的霸主地位應(yīng)該是不會被動搖的。三星、格芯與聯(lián)電則因角逐共同的 5G、AI 與 IOT 等新興應(yīng)用市場需求外，反而有被中國廠商抽單的隱憂，三家廠商的市占率總和，約略是持平或微幅下滑的方向發(fā)展。中芯國際則具有坐五望四搶二三的勢頭，前提是美國的保護(hù)主義，與貿(mào)易壁壘的極限施壓，仍在可控的范圍內(nèi)。且需要中國政府協(xié)助廠商，突圍關(guān)稅壁壘及擴(kuò)大新興市場。