過去兩年，國(guó)產(chǎn)手機(jī)廠商都在發(fā)力高端手機(jī)市場(chǎng)，在發(fā)布會(huì)和宣傳上自然繞不開「最強(qiáng)性能」的芯片，但高通驍龍 888 和驍龍 8 Gen 1 連續(xù)兩代的功耗、發(fā)熱翻車，也連帶 Android 旗艦和高通都被消費(fèi)者不待見。
最終，這場(chǎng)持續(xù)兩代的「發(fā)燒」以高通轉(zhuǎn)投臺(tái)積電代工驍龍 8＋ Gen 1 收尾。背后是 5nm（含 4nm）先進(jìn)工藝芯片戰(zhàn)爭(zhēng)基本結(jié)束了，臺(tái)積電在過去兩年以無可爭(zhēng)議的技術(shù)和客戶優(yōu)勢(shì)再次將三星打落馬下。
但 3nm 節(jié)點(diǎn)的戰(zhàn)爭(zhēng)也開始了。
高通、英偉達(dá)「回歸」三星
據(jù)韓國(guó)經(jīng)濟(jì)新聞本月報(bào)道，三星電子代工事業(yè)部副社長(zhǎng)沈相弼在近期的事業(yè)說明會(huì)上表示，該公司在 3nm 工藝的客戶關(guān)系上不比臺(tái)積電落后，多家來自中國(guó)和美國(guó)的企業(yè)都在和三星合作開發(fā) 3nm 工藝半導(dǎo)體，其中包括高通（手機(jī) SoC）、英偉達(dá)（GPU）、百度（AI 芯片）、IBM（服務(wù)器 CPU）等。
如無意外，我們將在 2014－2015 年陸續(xù)看到采用三星 3nm 制程的產(chǎn)品上市，包括高通的驍龍 8 Gen 3。這可能不是手機(jī)消費(fèi)者，尤其是手游玩家希望看到，但這些廠商的決策自然有其原因。
據(jù)稱，這些公司之所以選擇三星 3nm 進(jìn)行芯片代工，是基于 3nm 的技術(shù)能力、過去的戰(zhàn)略合作關(guān)系、確保多個(gè)供應(yīng)鏈的必要性等多個(gè)因素。
事實(shí)上，在英特爾 3nm 還遙遙無期的背景下，全球科技公司在 3nm 先進(jìn)工藝上的選擇有且僅有臺(tái)積電和三星。從多元化的代工戰(zhàn)略角度，芯片設(shè)計(jì)廠商為了考慮風(fēng)險(xiǎn)分散，在部分產(chǎn)品上采用多家代工廠并不少見。
但英偉達(dá)和高通的選擇顯然不只是考慮到風(fēng)險(xiǎn)。除了在 7nm 節(jié)點(diǎn)選擇過三星進(jìn)行代工，長(zhǎng)期以來英偉達(dá)的 GPU 都是由臺(tái)積電進(jìn)行代工生產(chǎn)，兩家的合作非常穩(wěn)定。
然而高漲的成本已經(jīng)足以改變很多事情。英偉達(dá)創(chuàng)始人黃仁勛在 RTX 4090 發(fā)布后回答媒體關(guān)于漲價(jià)的疑問時(shí)表示，摩爾定律已死，12 英寸硅圓晶的價(jià)格比過去貴得太多，先進(jìn)工藝的成本也高很多，公司不得不漲價(jià)。
根據(jù) DigiTimes 報(bào)道，臺(tái)積電 3nm FinFET 工藝圓晶目前的每片報(bào)價(jià)已經(jīng)突破了 2 萬美元，相比 7nm 工藝的價(jià)格翻倍，相比 5nm 工藝的漲幅也有 25％，并可能在 2023 年進(jìn)一步上漲。
盡管三星 3nm GAA 工藝的價(jià)格也迎來了上漲，但在價(jià)格上還是繼續(xù)延續(xù)了之前的優(yōu)勢(shì)，7nm 階段三星就曾靠「大大低于」臺(tái)積電的報(bào)價(jià)爭(zhēng)取到英偉達(dá)。
高通的情況則不太相同，長(zhǎng)期以來主要是與三星在芯片代工上進(jìn)行合作，然而在經(jīng)歷驍龍 888 和驍龍 8 Gen 1 連續(xù)兩代產(chǎn)品的失敗之后，不得不轉(zhuǎn)向工藝更成熟的臺(tái)積電，以代工驍龍 8＋ Gen 1 和剛發(fā)布不久的驍龍 8 Gen 2。
除了更高的報(bào)價(jià)，高通過往更多考慮三星而非臺(tái)積電，主要是臺(tái)積電更優(yōu)先滿足蘋果的訂單需求，其次還有與三星旗艦機(jī)上采用驍龍芯片的秘密合同，這些可能都是促使高通再次「回歸」三星代工的原因。
爭(zhēng)奪客戶和技術(shù)
價(jià)格的上漲也實(shí)非臺(tái)積電所愿。先進(jìn)制程正在逼近硅材料的物理極限，興建一條 3nm 產(chǎn)線的成本已經(jīng)大幅上漲到了 150－200 億美元，加之訂單需求上更大的壓力，都是促使臺(tái)積電提出更高報(bào)價(jià)的原因。臺(tái)積電總裁魏哲家就表示，「即使經(jīng)濟(jì)下滑臺(tái)積電也不會(huì)下調(diào)價(jià)格?！?/p>
相對(duì)應(yīng)，高漲的報(bào)價(jià)意味著初期只有科技巨頭們才有財(cái)力選擇臺(tái)積電 3nm，供應(yīng)鏈的消息就指出明年年臺(tái)積電 3nm 的客戶只有蘋果和英特爾，其他有意愿的客戶都尚未給出時(shí)間表。8 月，英特爾傳出因產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝驗(yàn)證問題先是推遲明年上半年，后又推到了年底，導(dǎo)致蘋果幾乎包下了臺(tái)積電 3nm 明年的訂單需求。
這不意味著三星就在客戶關(guān)系上勝過臺(tái)積電。
兩家代工廠都預(yù)計(jì)在 2023 年開始投產(chǎn)，經(jīng)過初期的產(chǎn)量和良率爬升，到 2024 年開始大規(guī)模量產(chǎn)。臺(tái)積電 3nm 工藝明年將率先應(yīng)用于蘋果 A17，三星 3nm 首發(fā)客戶的主要是國(guó)內(nèi)的礦機(jī)芯片廠商 PanSemi，向英偉達(dá)、高通等客戶提供的產(chǎn)能預(yù)計(jì)最早也要等到 2024 年。
當(dāng)然，3nm 客戶的爭(zhēng)奪最終都要先回歸到技術(shù)，尤其在芯片代工的領(lǐng)域，最核心的依然是技術(shù)實(shí)力。今年 6 月，三星宣布全球率先量產(chǎn) 3nm。臺(tái)積電 3nm 的量產(chǎn)時(shí)間則從原定的 9 月底先是推遲到了今年第四季度晚些時(shí)候，最新消息指又要推遲到明年年初。
但關(guān)鍵還是良率。三星看似在 3nm 節(jié)點(diǎn)上已經(jīng)搶占先機(jī)，但實(shí)際生產(chǎn)良率一言難盡，據(jù)稱實(shí)際 3nm 良率僅為 20％，其中主要原因被認(rèn)為是 GAA 工藝。
三星在 3nm 節(jié)點(diǎn)上率先采用了 GAA 工藝，理論上可以實(shí)現(xiàn)更小的尺寸和更低的功耗，被三星譽(yù)為「游戲規(guī)則的改變者」，臺(tái)積電也預(yù)計(jì)在 2nm 上引入該工藝。但有分析指該技術(shù)尚不成熟，近期就有媒體指出三星正在和美國(guó) Silicon Frontline Technology 公司合作，共同提高 3nm GAA 工藝的良率。
臺(tái)積電在 3nm 節(jié)點(diǎn)則繼續(xù)沿用更為成熟的 FinFET 工藝，第一代 3nm 較 5nm 圓晶密度高出 1．3 倍，功耗降低 30－35％，性能提升 15－20％，魏哲家在 2022 年臺(tái)積電技術(shù)論壇上還暗示，「對(duì)手的 3nm 比臺(tái)積電的 4nm 還有些差距。」
至少目前來看，三星 3nm 的問題主要還是集中在良率上，如此低的良率完全不足以支撐大規(guī)模量產(chǎn)，所謂官宣的量產(chǎn)更像是一次試運(yùn)營(yíng)，可能這也是高通和英偉達(dá)的訂單要排到 2024 年的原因。
漲價(jià)勢(shì)在必行了
3nm 的爭(zhēng)奪戰(zhàn)，最早影響的會(huì)是手機(jī)市場(chǎng)。
iPhone 15 Pro 版本不出意外將是首批采用 3nm 的產(chǎn)品，按照蘋果最近兩代在 Pro版和標(biāo)準(zhǔn)版芯片性能上的差異化策略，iPhone 15 可能將采用 4nm 的 A16 芯片。
而在聯(lián)發(fā)科尚未明確的情況下，由于高通的 3nm 產(chǎn)能需要等到 2014 年，加之高通旗艦級(jí)芯片通常在第四季度發(fā)布，實(shí)際產(chǎn)品上市要到次年年初，Android 廠商也許要等到 2025 年年初才能推出采用 3nm 工藝芯片的旗艦機(jī)產(chǎn)品。
除此之外，臺(tái)積電在 3nm 節(jié)點(diǎn)還規(guī)劃了至少 4 個(gè)加強(qiáng)版，包括 N3S（密度增強(qiáng)）、N3X（超高性能）、N3E（增強(qiáng)）、N3P（性能增強(qiáng)）等，試圖滿足不同行業(yè)客戶的需求，特別是高性能計(jì)算客戶。
事實(shí)上，未來兩年我們?cè)?PC 市場(chǎng)也會(huì)看到廠商在 3nm 上的爭(zhēng)奪。預(yù)計(jì)基于 3nm 工藝的蘋果 M2 Pro 芯片將搭載在 MacBook Air 和 MacBook Pro 上，將于明年發(fā)布；英特爾也將 Meteor Lake 的 GPU 芯片交由臺(tái)積電 3nm 代工，原計(jì)劃今年第二季度流片，2023 年發(fā)貨，但由于前文提到的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝驗(yàn)證問題，不知道又要跳票到何時(shí)。
但在先進(jìn)工藝芯片不斷推進(jìn)的另一面，我們可能不得不在旗艦級(jí)產(chǎn)品上面對(duì)即將到來漲價(jià)潮。據(jù)估算蘋果 A16 的制造成本約為 110 美元，占 iPhone 14 Pro 美版售價(jià)的 10％ 以上，而 A17 的成本預(yù)計(jì)將上漲至 150 美元，按照蘋果的習(xí)慣不太可能獨(dú)自吞下這部分上漲成本，也意味著至少 Pro 機(jī)型的漲價(jià)幾乎是勢(shì)在必行。
Android 旗艦終究也要面對(duì)同樣的問題。實(shí)際上在過去兩年，先進(jìn)工藝芯片的成本上漲一部分也傳導(dǎo)到了 Android 旗艦上，到今年，旗艦機(jī)的售價(jià)基本都來到了 4 千元以上。據(jù)澎湃新聞消息，即將搭載臺(tái)積電 4nm 芯片發(fā)布的小米 13 售價(jià)也將大幅上調(diào) 15－20％，預(yù)期售價(jià)將在 4500 元左右。
寫在最后
過去十年，智能手機(jī)等消費(fèi)電子產(chǎn)品一直是推動(dòng)芯片先進(jìn)工藝不斷前進(jìn)的重要?jiǎng)恿?。芯片代工是?qiáng)者愈強(qiáng)、贏者通吃的游戲，臺(tái)積電和三星之所以能成為絕代雙驕，很大程度上也是因?yàn)楸澈蟮奶O果和三星，去年蘋果就貢獻(xiàn)了臺(tái)積電全年?duì)I收的 26％，在先進(jìn)工藝芯片上更是貢獻(xiàn)近一半的銷售額。
而先進(jìn)工藝芯片的不斷前進(jìn)，也是智能手機(jī)等一系列消費(fèi)電子產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)極致性能和功耗，甚至十年輝煌的重要基礎(chǔ)。尤其在過去兩三年，所有人都發(fā)現(xiàn)了我們的生活根本不離開芯片進(jìn)步帶來的改變。
不僅是個(gè)人，芯片對(duì)于整個(gè)電子行業(yè)的核心作用越發(fā)被重視，中國(guó)、美國(guó)、歐盟都在試圖強(qiáng)化本國(guó)的芯片產(chǎn)業(yè)，其中先進(jìn)工藝更是代表了芯片科技的最前沿，3nm之爭(zhēng)既不是開始，也不會(huì)終點(diǎn)。
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