光刻機(jī)一直是半導(dǎo)體領(lǐng)域的熱門話題。
從早期的深紫外（DUV）光刻機(jī)起步，其穩(wěn)定可靠的性能為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)；到后來(lái)的極紫外（EUV）光刻機(jī)以其獨(dú)特的極紫外光源和更短的波長(zhǎng)，成功將光刻精度推向了新的高度；再到如今的高數(shù)值孔徑（High-NA）光刻機(jī)正式登上歷史舞臺(tái)，進(jìn)一步提升了光刻的精度和效率，為制造更小、更精密的芯片提供了可能。
尤其是隨著ASML High-NA EUV光刻機(jī)的問(wèn)世，這一目前世界上最先進(jìn)的芯片制造設(shè)備，顯著提升了芯片的晶體管密度和性能，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)2nm以下先進(jìn)制程的大規(guī)模量產(chǎn)至關(guān)重要。
在此形勢(shì)下，英特爾、臺(tái)積電、三星、SK海力士等晶圓制造大廠伺機(jī)而動(dòng)，爭(zhēng)相導(dǎo)入或宣布High-NA EUV光刻機(jī)市場(chǎng)進(jìn)展，預(yù)示著半導(dǎo)體行業(yè)將迎來(lái)新一輪的技術(shù)革新和競(jìng)爭(zhēng)高潮。
英特爾：時(shí)運(yùn)不濟(jì)
在半導(dǎo)體巨頭中，英特爾是率先向ASML訂購(gòu)新型High-NA EUV設(shè)備EXE:5000的企業(yè)。
早在2023年12月，英特爾就拿下了全球首臺(tái)High NA EUV光刻機(jī)，并于今年4月宣布其已在位于美國(guó)俄勒岡州希爾斯伯勒的Fab D1X研發(fā)晶圓廠完成世界首臺(tái)商用High-NA(0.55NA) EUV光刻機(jī)的組裝工作，目前已進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)校準(zhǔn)階段，并計(jì)劃在其18A（1.8nm）和14A（1.4nm）節(jié)點(diǎn)上使用。
今年8月，英特爾又宣布成功接收全球第二臺(tái)價(jià)值3.83億美元的High-NA EUV光刻機(jī)，目前在俄勒岡州的晶圓廠已經(jīng)順利完成安裝調(diào)試。
ASML早些時(shí)候曾表示，2nm光刻機(jī)近期的產(chǎn)能只有10臺(tái)，預(yù)計(jì)到2028年才能每年生產(chǎn)20臺(tái)。值得注意的是，這10臺(tái)最新光刻設(shè)備，公開(kāi)資料顯示有6臺(tái)已被英特爾拿下。
可見(jiàn)，在最先進(jìn)光刻機(jī)的導(dǎo)入進(jìn)展上，英特爾取得了遙遙領(lǐng)先的優(yōu)勢(shì)。
常言道“吃一塹，長(zhǎng)一智”，而英特爾之所以如此積極的選擇High-NA EUV設(shè)備，實(shí)際上很大原因在于其此前在EUV上跌過(guò)的跟頭。
Tick-Tock模式潰敗、錯(cuò)失EUV技術(shù)窗口
眾所周知，英特爾與ASML合作了數(shù)十年時(shí)間，推動(dòng)了光刻技術(shù)從193nm浸沒(méi)式光刻技術(shù)發(fā)展到EUV，但出于成本考慮，英特爾時(shí)任CEO不愿采用昂貴的ASML EUV光刻機(jī)，選擇不在其10nm工藝中使用該技術(shù)，而是使用DUV光刻機(jī)進(jìn)行四重圖案化，結(jié)果導(dǎo)致英特爾在良率方面遇到了重重困難。
回顧歷史能看到，2011年英特爾首發(fā)了22nm FinFET工藝，遠(yuǎn)超當(dāng)時(shí)臺(tái)積電、三星的28nm，技術(shù)優(yōu)勢(shì)可謂遙遙領(lǐng)先。然而從14nm節(jié)點(diǎn)開(kāi)始，英特爾接連遭受重創(chuàng)。
2014年，英特爾和三星都實(shí)現(xiàn)了14nm制程芯片的生產(chǎn)，可到2017年，臺(tái)積電已經(jīng)推進(jìn)到10nm、7nm工藝，英特爾卻因?yàn)椴辉敢獠捎米钚碌腅UV光刻技術(shù)，導(dǎo)致其原計(jì)劃在2016年大規(guī)模量產(chǎn)10nm芯片直到2019年才實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，比臺(tái)積電推出時(shí)間晚了兩年半，而其7nm芯片更是直至2022年才推出。
實(shí)際上，除了沒(méi)能把握住EUV技術(shù)之外，英特爾代工的衰退與其“Tick-Tock”戰(zhàn)略也脫不了關(guān)系。
英特爾前任CEO保羅·歐德寧對(duì)于芯片制造曾提出“Tick-Tock”戰(zhàn)略，即在Tick年（工藝年）更新制作工藝，Tock年（架構(gòu)年）更新微架構(gòu)，相當(dāng)于每?jī)赡暌淮喂に囍瞥踢M(jìn)步。但同期，為推行“高效管理”、“成本節(jié)約計(jì)劃”，英特爾裁員2萬(wàn)人，大量參與下一代芯片工藝和架構(gòu)研發(fā)的工程師被裁撤，導(dǎo)致“Tick-Tock”模式難以持續(xù)，14nm芯片延遲一年才推出，10nm芯片更是幾番推遲。
英特爾像擠牙膏一樣對(duì)芯片技術(shù)進(jìn)行微小的年度更新，那些年一度被大家譏諷為“牙膏廠”。
隨著Tick-Tock模式的崩潰，以及錯(cuò)失EUV早期技術(shù)窗口，英特爾開(kāi)始逐漸掉隊(duì)。
與此同時(shí)，臺(tái)積電和三星從ASML大量采購(gòu)EUV設(shè)備，不斷縮小芯片的制程尺寸，提高芯片的效率和性能，大大提升了在晶圓代工領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力。在先進(jìn)制程上，英特爾被臺(tái)積電、三星遠(yuǎn)遠(yuǎn)甩在了身后。
更嚴(yán)重的是，生產(chǎn)工藝落后、產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力下滑，不僅影響了英特爾的代工業(yè)務(wù)，也使其臺(tái)式機(jī)芯片和服務(wù)器芯片的市場(chǎng)份額不斷被蠶食。
可謂，牽一發(fā)而動(dòng)全身。
英特爾自救，前路何在？
因此，痛定思痛后的英特爾，率先對(duì)High-NA EUV光刻機(jī)展開(kāi)了攻勢(shì)，試圖追回被拉開(kāi)的差距。
上面提到，2024年4月，重達(dá)150噸的巨大設(shè)備被安裝在英特爾位于美國(guó)俄勒岡州的研究設(shè)施里。
這也是在英特爾CEO Pat Gelsinger提出“IDM 2.0”戰(zhàn)略后，迅速重新聚焦于尖端制程工藝的提升，提出了四年五個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)的計(jì)劃，希望在2025年憑借Intel 18A實(shí)現(xiàn)對(duì)于臺(tái)積電2nm工藝的追趕和超越。
與此同時(shí)，英特爾希望通過(guò)率先采用High NA EUV光刻機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于臺(tái)積電等競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的持續(xù)領(lǐng)先。英特爾的目標(biāo)是在2026至2027年間實(shí)現(xiàn)Intel 14A制程技術(shù)的量產(chǎn)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升制程技術(shù)。最終在2030年前實(shí)現(xiàn)英特爾代工業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)收支平衡的運(yùn)營(yíng)利潤(rùn)率，并成為全球第二大晶圓代工廠。
目標(biāo)指引下，英特爾正在不斷加強(qiáng)代工基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，計(jì)劃未來(lái)5年投資1000億美元擴(kuò)大先進(jìn)芯片制造能力。同時(shí)將投資約300億歐元在德國(guó)馬格德堡建設(shè)兩家半導(dǎo)體工廠。這些投資計(jì)劃將使英特爾芯片代工能力大幅提升。
然而，戰(zhàn)略愿景很美好，但現(xiàn)實(shí)卻很殘酷。
盡管英特爾雄心勃勃，但由于四年五個(gè)節(jié)點(diǎn)及路線演進(jìn)、生態(tài)構(gòu)建和產(chǎn)能擴(kuò)建等巨額的投入，英特爾披露其代工業(yè)務(wù)去年?duì)I收同比下降31.2%至189億美元，經(jīng)營(yíng)虧損70億美元，同比擴(kuò)大34.6%。
2024年有可能將是英特爾芯片制造業(yè)務(wù)經(jīng)營(yíng)虧損最嚴(yán)重的一年，今年Q1財(cái)報(bào)顯示，該業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)虧損25億美元，幾乎是上一季度的兩倍；Q2虧損更是達(dá)到28.3億美元，代工虧損額不斷擴(kuò)大。
據(jù)研究機(jī)構(gòu)TrendForce集邦咨詢數(shù)據(jù)，2024年二季度，英特爾并未進(jìn)入全球晶圓代工廠營(yíng)收前10名。在過(guò)去幾年里，英特爾曾經(jīng)在2023年第三季度短暫上榜，市場(chǎng)份額僅為1%。
這意味著，IFS三年來(lái)無(wú)法真正托舉起英特爾以尖端芯片制造重塑行業(yè)地位的目標(biāo)，同時(shí)作為美國(guó)本土唯一有能力能承擔(dān)起前沿代工行業(yè)承擔(dān)著的角色，英特爾也無(wú)法扛起時(shí)代重任。
據(jù)心智觀察所報(bào)道，美國(guó)半導(dǎo)體咨詢公司D2D Advisory總裁Jay Goldberg也特別指出：“英特爾代工面臨的真正挑戰(zhàn)，還在于他們的經(jīng)濟(jì)模式中必須要擁有更多的客戶，以支持不斷推進(jìn)其制造流程所需的研發(fā)。必須加大外部客戶需求，將收入規(guī)模增加一倍，以支持保持在摩爾定律的軌道上繼續(xù)前進(jìn)。”
不難看到，英特爾目前已陷入到兩難境地，業(yè)績(jī)持續(xù)下滑，2024年甚至由盈轉(zhuǎn)虧，股價(jià)暴跌將近60%，市值幾度跌破千億美元，成為標(biāo)普500指數(shù)中表現(xiàn)最差的科技股之一。
面對(duì)危機(jī)，英特爾在內(nèi)部信上表示，將進(jìn)一步分離芯片制造和設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)，這是該公司解決50年歷史上最嚴(yán)重危機(jī)之一的一系列新措施的一部分。
根據(jù)英特爾此前公布的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，分拆晶圓制造業(yè)務(wù)后，2023年可以節(jié)省30億美元成本，2025年將節(jié)省 80-100億美元成本。同時(shí)也推遲德國(guó)和波蘭建廠計(jì)劃2年；馬來(lái)西亞建廠則會(huì)完成，但正式啟用時(shí)間則視市況與產(chǎn)能利用率而定。
在英特爾繼續(xù)緊急行動(dòng)執(zhí)行上個(gè)月宣布的計(jì)劃的同時(shí)，英特爾也在努力謹(jǐn)慎管理現(xiàn)有的現(xiàn)金，以有意義地改善資產(chǎn)負(fù)債表和流動(dòng)性。其中就包括出售部分 Altera的股份，并推動(dòng)其獨(dú)立IPO；產(chǎn)品研發(fā)策略方面，也規(guī)劃將簡(jiǎn)化x86產(chǎn)品組合。這也是英特爾多次公開(kāi)討論的計(jì)劃。
今年8月，英特爾甚至還被曝出正在考慮分拆其產(chǎn)品和代工業(yè)務(wù)。值得一提的是，在傳出或分拆其晶圓業(yè)務(wù)之后，英特爾股價(jià)曾反彈9%以上，可見(jiàn)投資者對(duì)芯片代工業(yè)務(wù)有多失望。
處在低谷中的英特爾就是美國(guó)芯片制造業(yè)的一個(gè)縮影，成本、技術(shù)、資源、IDM身份等，都在制約英特爾野心勃勃的芯片代工計(jì)劃。但盡管業(yè)界也有放棄芯片代工的可能性探討，盡管芯片代工業(yè)務(wù)持續(xù)的虧損已經(jīng)讓資本市場(chǎng)不滿意，但這也是為數(shù)不多能拯救英特爾于水火的關(guān)鍵布局。
英特爾沒(méi)有選擇，只有抓住任何的可能性，硬著頭皮上。
因此，英特爾需要最尖端的High-NA EUV光刻機(jī)作為生產(chǎn)和營(yíng)銷工具，以宣示自身在3nm以下的研發(fā)制造實(shí)力且嘗試壯大客戶群，但High-NA EUV光刻機(jī)作為新機(jī)，又讓英特爾不得不冒著設(shè)備折舊和量產(chǎn)攤銷成本的壓力以平息外界質(zhì)疑。
從行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的持續(xù)以及芯片代工“重資產(chǎn)、長(zhǎng)周期”的產(chǎn)業(yè)屬性來(lái)看，英特爾還有諸多硬仗要打。尤其是在英特爾開(kāi)啟公司史上最大轉(zhuǎn)型以自救的處境下。
英特爾過(guò)去也有過(guò)從困境中復(fù)蘇的經(jīng)歷。1980年代在日本企業(yè)的攻勢(shì)下，英特爾撤出了DRAM，把經(jīng)營(yíng)資源集中于CPU，席卷了個(gè)人電腦市場(chǎng)。
正如基辛格所述：“這是英特爾四十多年來(lái)最重要的轉(zhuǎn)型。自從內(nèi)存過(guò)渡到微處理器以來(lái)，我們還沒(méi)有嘗試過(guò)如此重要的事情。我們當(dāng)時(shí)成功了，我們將迎接這一時(shí)刻，并在未來(lái)幾十年內(nèi)打造更強(qiáng)大的英特爾?！?/p>
但英特爾的種種自救，仍需要時(shí)間檢驗(yàn)。
三星電子，陷代工陰霾
今年8月，在“2024年光刻+圖案學(xué)術(shù)會(huì)議”上，三星電子表示為了在與英特爾、臺(tái)積電等全球半導(dǎo)體競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的“芯片戰(zhàn)”中保持競(jìng)爭(zhēng)力，公司正在積極參與技術(shù)開(kāi)發(fā)，最早將在2024年底到2025第一季度之間引進(jìn)公司首臺(tái)High-NA EUV設(shè)備“EXE:5000”，并有望在2027年實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的全面商業(yè)化。
據(jù)悉，該設(shè)備可能被放置在位于華城園區(qū)的半導(dǎo)體研究所(NRD)，預(yù)計(jì)將用于代工業(yè)務(wù)，以進(jìn)一步提升在先進(jìn)節(jié)點(diǎn)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
實(shí)際上，三星芯片代工在早年占據(jù)了絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。2007年喬布斯發(fā)布第一代iPhone時(shí)，使用的正是從三星采購(gòu)的ARM架構(gòu)芯片。后續(xù)搭載于iPhone 4、iPhone 4s、iPhone 5、iPhone 5s/5c身上的A4、A5、A6、A7芯片也均由三星代工，那時(shí)候還沒(méi)有臺(tái)積電什么事。
直到2011年，因?yàn)槿亲约阂矎氖率謾C(jī)芯片和手機(jī)終端研發(fā)和銷售業(yè)務(wù)，如此一來(lái)就與蘋果在智能手機(jī)市場(chǎng)上有了競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。雙方互相拉扯，直到2018年6月才達(dá)成和解。
在這個(gè)過(guò)程中，蘋果也開(kāi)啟了“去三星化”進(jìn)程。2014年推出的A8芯片，全部轉(zhuǎn)由臺(tái)積電代工。臺(tái)積電能順利從三星手中搶到蘋果的訂單，一方面是蘋果急著尋找可替代的代工商，給臺(tái)積電制造了很大的機(jī)會(huì)。另一方面是臺(tái)積電在20nm工藝上取得重大突破，良品率大幅提升，而三星的20nm工藝突然掉鏈子，關(guān)鍵問(wèn)題遲遲無(wú)法解決，良品率滿足不了蘋果的要求。正是這樣的天時(shí)地利，讓臺(tái)積電成功抱到了蘋果這條大腿。
反觀三星，大客戶被搶之后，決定不搞20nm，選擇直接從28nm跳到14nm，對(duì)臺(tái)積電的16nm形成反超。所以，在2015年的A9芯片上，蘋果又重新分給三星一部分訂單，于是出現(xiàn)臺(tái)積電代工和三星代工兩種版本。理論上，三星14nm表現(xiàn)應(yīng)該是優(yōu)于臺(tái)積電16nm，但消費(fèi)者的口碑卻完全相反，很多人都擔(dān)憂買到三星代工的版本。
這次的失利，讓三星徹底失去蘋果的代工訂單，蘋果公司之后的芯片均由臺(tái)積電代工，制程也從2015年的16nm，穩(wěn)步提升到4nm。
與此同時(shí)，高通也險(xiǎn)些在三星代工中跌了跟頭，驍龍8+Gen1緊急轉(zhuǎn)為臺(tái)積電4nm代工，才強(qiáng)行挽回了高通的口碑和市場(chǎng)地位。
在芯片代工賽道上，三星具有起步優(yōu)勢(shì)，但奈何中期連續(xù)多次失利，才讓臺(tái)積電一步步實(shí)現(xiàn)反超，直至今日的大幅領(lǐng)先。然而，三星也清楚自己與臺(tái)積電之間存在這技術(shù)差距，所以想要對(duì)臺(tái)積電形成反超，就必須拿出更強(qiáng)的“殺手锏”。
于是，三星幾乎把追趕臺(tái)積電的全部希望都押注在3nm工藝上。2023年，三星率先推出3nm制程工藝，采用更加先進(jìn)的GAA（環(huán)繞柵極晶體管）技術(shù)，領(lǐng)先于臺(tái)積電的FinFET技術(shù)。
可以說(shuō)，3nm相當(dāng)于三星最后的“背水一戰(zhàn)”，如果能一舉追趕臺(tái)積電，或許未來(lái)有機(jī)會(huì)形成雙雄爭(zhēng)霸的局面。
然而從市場(chǎng)進(jìn)展來(lái)看，三星3nm工藝在良率方面面臨挑戰(zhàn)，這導(dǎo)致了一個(gè)很尷尬的局面，即三星的3nm芯片，雖然比臺(tái)積電先推出，但是成本卻比臺(tái)積電高出很多，性能表現(xiàn)也存在差距。據(jù)悉，三星第二代3nm制程工藝良品率不穩(wěn)定，自家Exynos2500良品率都不足20%，三星Galaxy25系列手機(jī)全系搭載驍龍8Gen4處理器，放棄自研Exynos2500版本，原因是體驗(yàn)差異太大。
與臺(tái)積電差距拉開(kāi)之后，給三星下訂單的客戶越來(lái)越少。
過(guò)去高通先進(jìn)制程的芯片一直都是三星獨(dú)家代工，結(jié)果在5nm芯片之后，高通也將先進(jìn)制程的芯片訂單交給了臺(tái)積電；現(xiàn)如今，蘋果的A17、A18系列芯片，全部采用臺(tái)積電的3nm工藝制造；高通的3nm芯片和聯(lián)發(fā)科的天璣9400等也全由臺(tái)積電代工；連英偉達(dá)、AMD、特斯拉的3nm芯片，都是臺(tái)積電代工，包括現(xiàn)在英特爾的訂單也給了臺(tái)積電。
在芯片制造上，臺(tái)積電一家拿下了全球60%以上的市場(chǎng)份額，3nm的芯片制造幾乎拿下100%的份額，而7nm以下的芯片制造，拿下了90%的份額。第二大晶圓廠三星的市場(chǎng)份額僅為11.5%。
據(jù)《朝鮮日?qǐng)?bào)》消息，三星已經(jīng)將平澤2廠，3廠的4nm，5nm和7nm生產(chǎn)線關(guān)閉了30%產(chǎn)能。預(yù)計(jì)到2024年底，還將繼續(xù)關(guān)閉產(chǎn)能直到50%。這一舉措顯然是為了應(yīng)對(duì)全球科技巨頭如英偉達(dá)、AMD及高通等未能給予三星電子大規(guī)模訂單的現(xiàn)狀。
有行業(yè)專家強(qiáng)調(diào)，一旦設(shè)備關(guān)閉，恢復(fù)正常運(yùn)營(yíng)是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。通常情況下，即使在需求低迷時(shí)期，公司也會(huì)降低利用率，而不是全面停工。然而，三星近30%的先進(jìn)工藝設(shè)備閑置是前所未有的。
2024年第三季度，三星包括晶圓代工和系統(tǒng)LSI等非內(nèi)存部門虧損金額超過(guò)1萬(wàn)億韓元。此外，三星3nm制程的良率持續(xù)處于低位，也一直沒(méi)有獲得大客戶的采用，近期還將美國(guó)得州泰勒市先進(jìn)代工晶圓廠量產(chǎn)時(shí)間延后到2026年。
綜合來(lái)看，這樣的差距，讓三星在3nm時(shí)代，想要超越臺(tái)積電的夢(mèng)想徹底破滅了。
因此，三星引進(jìn)High-NA EUV光刻機(jī)的消息，意味著其將與英特爾和臺(tái)積電在下一代光刻技術(shù)上展開(kāi)更為激烈的競(jìng)爭(zhēng)。
三星計(jì)劃在2025年量產(chǎn)2nm制程，并逐步擴(kuò)展到其他應(yīng)用領(lǐng)域。比如，2025年首先用于行動(dòng)領(lǐng)域，2026年擴(kuò)展到HPC應(yīng)用，2027年再擴(kuò)展至汽車領(lǐng)域。三星的2nm制程節(jié)點(diǎn)采用了優(yōu)化的背面供電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以降低供電電路對(duì)信號(hào)電路的干擾。
這一發(fā)展標(biāo)志著三星首次涉足High NA EUV技術(shù)。此前，三星電子曾與IMEC合作進(jìn)行電路處理研究。三星計(jì)劃利用自己的設(shè)備加速先進(jìn)節(jié)點(diǎn)的開(kāi)發(fā)，并設(shè)定了到2027年實(shí)現(xiàn)1.4nm工藝商業(yè)化的目標(biāo)，這可能為1nm生產(chǎn)鋪平道路。
此外，為了實(shí)現(xiàn)全面商業(yè)化，三星還正在積極構(gòu)建相關(guān)生態(tài)系統(tǒng)。
據(jù)悉，三星電子已購(gòu)買了雷射技術(shù)公司的High-NA EUV掩膜檢查設(shè)備"Actis(ACTIS) A300"。預(yù)計(jì)在三星電子內(nèi)部完成ASML的EXE:5000安裝后，將從明年上半年開(kāi)始正式引進(jìn)。同時(shí)與電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）公司合作設(shè)計(jì)新型光罩，包括用于High-NA EUV的非直線(Curvilinear)掩膜電路繪制方法，以提高晶圓上印刷電路的清晰度。此次合作涉及半導(dǎo)體EDA工具全球領(lǐng)導(dǎo)者Synopsys等公司。
除了ASML、雷射技術(shù)公司、Synopsys之外，三星電子預(yù)計(jì)還會(huì)與JSR等光刻膠公司、將光刻膠涂在晶圓上的跟蹤設(shè)備"Number One"東京電子等多家公司合作，為High-NA時(shí)代到來(lái)做準(zhǔn)備。據(jù)悉，三星電子正通過(guò)這樣的生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)工作，準(zhǔn)備在2027年正式商用High-NA。
三星電子的晶圓代工業(yè)務(wù)正站在一個(gè)關(guān)鍵的十字路口，其生死存亡，似乎全系于2nm芯片制程技術(shù)的量產(chǎn)之上。這不僅是技術(shù)上的飛躍，更是三星晶圓代工業(yè)務(wù)能否重獲新生的關(guān)鍵。
然而通往成功的道路從來(lái)都不是一帆風(fēng)順的。三星在推進(jìn)其技術(shù)藍(lán)圖的過(guò)程中，不得不面對(duì)一系列嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)：
首先是技術(shù)層面的難題，先進(jìn)制程的良率問(wèn)題一直是懸在半導(dǎo)體廠商頭上的達(dá)摩克利斯之劍。三星的3納米制程就因良率低迷、可靠性存疑而未能達(dá)到量產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，這無(wú)疑給其晶圓代工業(yè)務(wù)蒙上了一層陰影。
更糟糕的是，市場(chǎng)的反應(yīng)也并未如三星所愿。盡管三星努力提升技術(shù)實(shí)力，但在客戶心中，其晶圓代工業(yè)務(wù)的可靠性和競(jìng)爭(zhēng)力仍顯不足。面對(duì)臺(tái)積電等強(qiáng)勁對(duì)手，三星在爭(zhēng)取高端客戶方面顯得力不從心。這種市場(chǎng)困境，進(jìn)一步加劇了三星的財(cái)務(wù)壓力。據(jù)估算，三星晶圓代工業(yè)務(wù)在第三季度恐將虧損數(shù)千億韓元，這是對(duì)三星管理層的一次重大考驗(yàn)。
面對(duì)內(nèi)憂外患，三星高層不得不做出一系列艱難的決定。
根據(jù)研究公司Statista的數(shù)據(jù)，盡管三星多年來(lái)一直努力挑戰(zhàn)臺(tái)積電，但三星在代工制造市場(chǎng)的份額在過(guò)去五年里下降了8個(gè)百分點(diǎn)，2024年第二季度，三星占據(jù)全球代工市場(chǎng)份額的11.5%，而臺(tái)積電占據(jù)62.3%的市場(chǎng)份額。
三星市場(chǎng)份額的下降凸顯了其在掌握先進(jìn)芯片制造技術(shù)方面面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)，在代工業(yè)務(wù)上投資過(guò)多，既沒(méi)有獲得足夠的客戶，也沒(méi)有穩(wěn)定生產(chǎn)工藝，這進(jìn)一步導(dǎo)致了三星目前的危機(jī)。
綜合來(lái)看，半導(dǎo)體行業(yè)本身是技術(shù)快速迭代與市場(chǎng)變幻莫測(cè)的領(lǐng)域，三星必須保持足夠的敏銳度，以應(yīng)對(duì)未來(lái)的變化。如何在快速變化的市場(chǎng)中找到適合自身發(fā)展的道路，是三星當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題。
臺(tái)積電“有條不紊”，贏下“談判游戲”
作為半導(dǎo)體行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者，臺(tái)積電在過(guò)去的30多年中立下了赫赫戰(zhàn)功。過(guò)去多年來(lái)，在面對(duì)三星和英特爾帶來(lái)的巨大挑戰(zhàn)和壓力時(shí)，臺(tái)積電審時(shí)度勢(shì)并采取有效的措施，成為了世界第一大芯片代工企業(yè)。
如今，即使行業(yè)頭部半導(dǎo)體企業(yè)紛紛爭(zhēng)奪High-NA EUV設(shè)備，臺(tái)積電似乎并不急于加入這一行列。
此前，談到何時(shí)導(dǎo)入High-NA EUV設(shè)備，臺(tái)積電資深副總暨副共同營(yíng)運(yùn)長(zhǎng)張曉強(qiáng)接受外采訪時(shí)透露，臺(tái)積電胸有成竹，不會(huì)因?yàn)閷?duì)手們搶先添購(gòu)設(shè)備而盲目擴(kuò)大采購(gòu)，仍采穩(wěn)扎穩(wěn)打方式布局先進(jìn)制程，迎接挑戰(zhàn)。
然而，近期有消息報(bào)道，臺(tái)積電預(yù)計(jì)將于今年年底從ASML接收首批全球最先進(jìn)的芯片制造設(shè)備——高數(shù)值孔徑極紫外（High NA EUV）光刻機(jī)。這一消息標(biāo)志著臺(tái)積電在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域再次邁出了重要一步。
有趣的是，臺(tái)積電前期以成本為由，遲遲不肯接受High NA EUV。早些時(shí)候，臺(tái)積電CEO魏哲家缺席“臺(tái)積電技術(shù)研討會(huì)2024”，而是前往荷蘭埃因霍溫的ASML總部洽談設(shè)備。
如今看來(lái)，這有點(diǎn)像臺(tái)積電的談判游戲，也許是在與ASML爭(zhēng)取更好的條件。
傳聞魏哲家親自與ASML談判并達(dá)成了一項(xiàng)協(xié)議，通過(guò)購(gòu)買新設(shè)備和出售舊型號(hào)相結(jié)合的方式，將整體價(jià)格降低了近20%。ASML同意以折扣價(jià)向臺(tái)積電出售High-NA EUV設(shè)備的原因主要是因?yàn)榕_(tái)積電是其超級(jí)VIP客戶，ASML給予了很大的讓步。這一讓步包括全力協(xié)助臺(tái)積電進(jìn)機(jī)、調(diào)校與技術(shù)支援等，以加速上線時(shí)間點(diǎn)。
因此，臺(tái)積電的態(tài)度也發(fā)生了戲劇性的轉(zhuǎn)變，由原先對(duì)新款High NA EUV光刻機(jī)價(jià)格的猶豫，轉(zhuǎn)為積極尋求合作。
據(jù)悉，臺(tái)積電則預(yù)計(jì)將在本季度在其位于中國(guó)臺(tái)灣新竹總部附近的研發(fā)中心安裝新的High NA EUV光刻機(jī)。短期內(nèi)，臺(tái)積電計(jì)劃將High NA EUV光刻機(jī)主要用于研發(fā)，以開(kāi)發(fā)客戶推動(dòng)創(chuàng)新所需的相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施和模式解決方案。
根據(jù)ASML的路線圖，第一代的High-NA EUV光刻機(jī)TWINSCAN EXE:5000或許主要是被晶圓制造商用于相關(guān)實(shí)驗(yàn)與測(cè)試，以便公司更好地了解High-NA EUV設(shè)備的使用，獲得寶貴經(jīng)驗(yàn)。實(shí)際量產(chǎn)將會(huì)依賴于2024年底出貨的TWINSCAN EXE:5200。
臺(tái)積電即將推出的N2（2納米級(jí)）和A16（1.6納米級(jí)）工藝技術(shù)將完全依賴于傳統(tǒng)的EUV設(shè)備，這些設(shè)備的光學(xué)元件具有0.33 NA。業(yè)界預(yù)計(jì)，臺(tái)積電最早可能在2028年或更晚的A14（1.4納米級(jí)）工藝技術(shù)中采用0.55 NA EUV工具，盡管目前公司尚未對(duì)此進(jìn)行官方確認(rèn)。
與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手相比，臺(tái)積電可以通過(guò)持續(xù)的生產(chǎn)實(shí)踐積累寶貴的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)與優(yōu)化工藝，從而難以構(gòu)建起“訂單驅(qū)動(dòng)-技術(shù)迭代-再獲訂單”的良性循環(huán)體系。換言之，臺(tái)積電有著極為龐大的優(yōu)質(zhì)客戶群協(xié)助他們調(diào)試各種設(shè)備bug，這恰恰是三星和英特爾所缺少的。
臺(tái)積電布局策略：無(wú)寶不落
筆者此前曾提到，從三巨頭布局策略和方式來(lái)看，臺(tái)積電往往被認(rèn)為是一個(gè)保守技術(shù)開(kāi)發(fā)者，其傾向于確保新技術(shù)的成熟和可靠性，然后再進(jìn)行部署，而不是急于將新技術(shù)推向市場(chǎng)。
從實(shí)際的市場(chǎng)表現(xiàn)來(lái)看，臺(tái)積電此舉可以降低技術(shù)失敗的風(fēng)險(xiǎn)，提高其芯片的產(chǎn)量和質(zhì)量，從而確?？蛻舻臐M意度。
例如，三星在2018年開(kāi)始在其7nm工藝中使用EUV光刻機(jī)，然而臺(tái)積電選擇等待。直到EUV工具的穩(wěn)定性和成熟性得到確認(rèn)，以及相關(guān)問(wèn)題得到解決或至少得到確定，才在2019年的N7+工藝中開(kāi)始使用EUV。
此后，在FinFET向GAA工藝的過(guò)渡上，臺(tái)積電依舊重操這一模式。憑借工藝領(lǐng)先性和生產(chǎn)良率上的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和積累完全有實(shí)力與采用GAA技術(shù)架構(gòu)的三星抗衡。
在英特爾大力押注的BSPDN背面供電技術(shù)上，臺(tái)積電依舊不緊不慢，計(jì)劃將在2026年底才開(kāi)始大規(guī)模生產(chǎn)的N2P上加入。
這種謹(jǐn)慎的方法有助于臺(tái)積電確保其制程技術(shù)的穩(wěn)定性和可預(yù)測(cè)性，從而提供高質(zhì)量的芯片給其客戶。
但從先進(jìn)封裝領(lǐng)域來(lái)看，臺(tái)積電則一改常態(tài)，積極布局率先落地，在先進(jìn)制程與先進(jìn)封裝的組合拳下，為其帶來(lái)了新的增長(zhǎng)浪潮。
在這張弛有度的策略下，充分凸顯著臺(tái)積電的戰(zhàn)略哲學(xué)和獨(dú)到眼光。在其看準(zhǔn)的藍(lán)海賽道，臺(tái)積電始終敢為人先，無(wú)論是十年前率先試產(chǎn)16nm FinFET制程技術(shù)超越英特爾，還是五年前部署先進(jìn)封裝收獲如今的AI紅利，臺(tái)積電都精彩演繹了所謂鳳凰無(wú)寶不落。
而在其保持較大優(yōu)勢(shì)的先進(jìn)制程領(lǐng)域，縱然面對(duì)三星和英特爾的步步緊逼，臺(tái)積電沒(méi)有選擇盲目激進(jìn)，反而采取了先觀察再跟隨的策略，在做好充分的準(zhǔn)備和規(guī)劃后“亦步亦趨”，憑借自身強(qiáng)大的產(chǎn)能、良率和客戶基礎(chǔ)的基本盤優(yōu)勢(shì)，維持不敗之地。
SK海力士發(fā)力 High NA EUV，
押寶HBM
此外，在存儲(chǔ)領(lǐng)域，SK海力士的首臺(tái)High NA EUV光刻機(jī)“EXE:5200”則有望2026年引入，旨在支持其先進(jìn)DRAM產(chǎn)品的量產(chǎn)。這一舉措進(jìn)一步彰顯了半導(dǎo)體行業(yè)對(duì)于先進(jìn)制程技術(shù)的持續(xù)追求和投入。
2023年，SK海力士就曾單獨(dú)組建了一個(gè)團(tuán)隊(duì)，專門開(kāi)發(fā)High-NA EUV技術(shù)。
SK海力士作為HBM領(lǐng)域巨頭，正不斷加大對(duì)High-NA EUV技術(shù)開(kāi)發(fā)的內(nèi)部投入，積極擴(kuò)大相關(guān)研發(fā)團(tuán)隊(duì)。盡管關(guān)于設(shè)備安裝的具體晶圓廠位置及額外投資方向等信息尚未公開(kāi)，但業(yè)界普遍預(yù)期，該技術(shù)將迅速應(yīng)用于0a（個(gè)位數(shù)納米）DRAM的規(guī)模化生產(chǎn)，以進(jìn)一步提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。
寫在最后
7nm以下的世界是另類冒險(xiǎn)家的樂(lè)園，臺(tái)積電，三星和英特爾的競(jìng)合關(guān)系變得愈發(fā)微妙。
根據(jù)光刻機(jī)之“瑞利公式”，光刻工藝的提升在過(guò)去幾十年來(lái)一直在多維度全面出擊，即不斷優(yōu)化曝光波長(zhǎng)、數(shù)值孔徑以及工藝因子。但目前曝光波長(zhǎng)的縮短、數(shù)值孔徑（NA）的增加都已經(jīng)逼近了物理和成本綜合考量的極限。
如今距離摩爾定律的極限越來(lái)越近，行業(yè)幾乎走到了隧道盡頭，2nm及接下來(lái)幾代工藝節(jié)點(diǎn)將會(huì)是芯片巨頭搶灘的關(guān)鍵。
在全球范圍內(nèi)，臺(tái)積電、英特爾和三星等半導(dǎo)體巨頭之間的競(jìng)爭(zhēng)正在升溫，它們競(jìng)相獲得2nm以下工藝的High NA EUV設(shè)備。英特爾于2023年12月率先獲得該設(shè)備，臺(tái)積電于2024年第三季度緊隨其后。盡管三星的訂單來(lái)得晚，但實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的生產(chǎn)可能是決定行業(yè)領(lǐng)先地位的關(guān)鍵因素。
但芯片代工的競(jìng)爭(zhēng)，不僅僅是技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)，更是客戶、品牌、良率、產(chǎn)能等各方面的綜合競(jìng)爭(zhēng)。不知道，英特爾和三星能否在新市場(chǎng)的黎明期抓住重新崛起的機(jī)會(huì)。如果失敗，臺(tái)積電將繼續(xù)獨(dú)占鰲頭。