50695 晶圓代工,戰火蔓延
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晶圓代工,戰火蔓延
長(cháng)期以來(lái),在摩爾定律的驅動(dòng)下,晶圓代工廠(chǎng)一直緊追芯片制程工藝一路向前。時(shí)至今日,這場(chǎng)決賽的最后僅剩臺積電、三星和英特爾,在先進(jìn)制程節點(diǎn)展開(kāi)肉搏。
本文來(lái)自于微信公眾號“半導體行業(yè)觀(guān)察”(ID:icbank),作者: L晨光,投融界經(jīng)授權發(fā)布。

近年來(lái),在人工智能、移動(dòng)和高性能計算應用的驅動(dòng)下,半導體市場(chǎng)逐漸復蘇,市場(chǎng)對于先進(jìn)制程產(chǎn)能的需求非常旺盛。據數據預測,全球芯片制造產(chǎn)能中,10nm以下制程占比將會(huì )大幅提升,將由2021年的16%上升至2024年近30%。

另一方面,瞄準先進(jìn)制程的幾大巨頭間的競爭也十分激烈,都意在通過(guò)展示綜合實(shí)力獲得更多市場(chǎng)份額。

在這場(chǎng)晶圓代工行業(yè)的反擊和保衛戰中,臺積電、三星和英特爾都在不斷創(chuàng )新,爭奪制程技術(shù)的領(lǐng)先地位。臺積電會(huì )繼續“封神”嗎?多面出擊的三星和英特爾,又將奪得幾杯羹?

臺積電披露工藝路線(xiàn)與前景展望

作為半導體行業(yè)的領(lǐng)導者,臺積電在過(guò)去的30多年中立下赫赫戰功,成為世界第一大芯片代工企業(yè)。

在半導體科技的快速演進(jìn)中,臺積電一直是全球先進(jìn)制程技術(shù)的引領(lǐng)者。

臺積電工藝路線(xiàn)圖披露

近期,臺積電又宣布了一系列雄心勃勃的工藝路線(xiàn)圖更新,預示著(zhù)半導體制造即將邁入一個(gè)前所未有的時(shí)代——?ngstr?m級工藝節點(diǎn)到來(lái)。

根據其工藝路線(xiàn)圖顯示,在2025年至2026年間,臺積電即將推出的幾項關(guān)鍵工藝技術(shù),包括N3X、N2、N2P,以及革命性的A16工藝,揭示它們如何推動(dòng)技術(shù)邊界,以及這些進(jìn)步對電子產(chǎn)品性能、能耗和未來(lái)技術(shù)發(fā)展的影響。

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臺積電工藝路線(xiàn)圖

N3P:作為N3工藝的增強版,N3P在性能、功耗和密度方面進(jìn)一步優(yōu)化,為客戶(hù)提供更多選擇。

N3X:面向極致性能的3納米級工藝,通過(guò)降低電壓至0.9V,在相同頻率下能實(shí)現7%的功耗降低,同時(shí)在相同面積下提升5%的性能或增加約10%的晶體管密度。

N2:臺積電首個(gè)采用全柵(GAA)納米片晶體管技術(shù)的節點(diǎn),GAA晶體管通過(guò)環(huán)繞溝道四周的柵極提高了對電流的控制能力,從而顯著(zhù)提升PPA特性,相較于N3E有明顯進(jìn)步,N2可使功耗降低25%-30%,性能提升10%-15%,晶體管密度增加15%。

N2P:N2的性能增強版本,進(jìn)一步優(yōu)化功耗和性能,在相同晶體管數量和頻率下,N2P預計能降低5%-10%的功耗,同時(shí)提升5%-10%的性能。適合對這兩方面都有較高要求的應用。

A16:臺積電的A16工藝首次引入背面供電網(wǎng)絡(luò )技術(shù)(BSPDN),這一創(chuàng )新直接將電源供應集成到晶體管的背面,極大地提升了電力傳輸效率和晶體管密度;同時(shí)結合GAAFET納米片晶體管,目標是在性能和能效上有顯著(zhù)提升。A16將成為首個(gè)“埃級”工藝節點(diǎn),標志著(zhù)半導體制造進(jìn)入一個(gè)新的時(shí)代。

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與N2P相比,A16在相同電壓和復雜度下,預計性能提升8%-10%,功耗降低15%-20%,芯片密度提升了1.1倍。這一技術(shù)的引入,將為高性能計算產(chǎn)品,尤其是那些對能源效率和信號路徑有極高要求的應用,開(kāi)啟新的可能性。

綜合來(lái)看,臺積電這一系列工藝技術(shù)創(chuàng )新不僅展示了其在半導體制造領(lǐng)域的持續領(lǐng)導力,更為未來(lái)電子產(chǎn)品的性能升級、能源效率提升以及更廣泛的技術(shù)革新奠定了堅實(shí)基礎。尤其是隨著(zhù)“?!奔壒に嚬濣c(diǎn)的到來(lái),半導體行業(yè)正步入一個(gè)充滿(mǎn)挑戰與機遇的新時(shí)代。

另外,據了解臺積電的A16制程不依賴(lài)于最新的High-NA EUV技術(shù),這使得成本更具競爭力,也符合了當前AI芯片公司對設計最佳化的迫切需求。

還值得關(guān)注的是,臺積電整個(gè)N2系列將增加全新的NanoFlex功能,該功能允許芯片設計人員在同一塊設計中混合和匹配來(lái)自不同庫的單元,以?xún)?yōu)化芯片的性能、功率和面積 (PPA)。

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相較于臺積電的N3制造工藝已經(jīng)支持類(lèi)似功能的FinFlex,由于N2依賴(lài)于GAAFET晶體管,因此NanoFlex能為臺積電提供了一些額外的控制:比如臺積電可以?xún)?yōu)化通道寬度以提高性能和功率,然后構建短單元(以提高面積和功率效率)或高單元(以提高15%的性能)。

時(shí)間方面,臺積電N2工藝將于2025年進(jìn)入風(fēng)險生產(chǎn),并于2025年下半年進(jìn)入大批量生產(chǎn);性能增強型N2P和電壓增強型N2X將于2026年問(wèn)世;A16先進(jìn)制程預計將于2026年下半年推出。

臺積電市場(chǎng)展望:AI需求強勁,車(chē)用與工控疲軟

從市場(chǎng)研究機構TrendForce集邦咨詢(xún)近日公布的2024年第一季全球前十大晶圓代工企業(yè)營(yíng)收排名來(lái)看,盡管AI相關(guān)HPC需求相當強勁,TSMC第一季仍受到智能手機、NB等消費性備貨淡季,營(yíng)收季減約4.1%,收斂至188.5億美元,由于其他競業(yè)同樣面臨消費淡季挑戰,因此市占維持在61.7%。第二季隨著(zhù)主要客戶(hù)Apple進(jìn)入備貨周期,及AI服務(wù)器相關(guān)HPC芯片需求持續穩健,有機會(huì )帶動(dòng)營(yíng)收呈個(gè)位數季成長(cháng)率走勢。

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另有數據顯示,2024年前五個(gè)月,臺積電的營(yíng)收同比增長(cháng)27%,遠超行業(yè)平均水平,這表明臺積電的市場(chǎng)需求依然強勁。

目前臺積電占據著(zhù)全球代工市場(chǎng)61%的市場(chǎng)份額,遠超排名第二的三星的11%。這種市場(chǎng)主導地位使得臺積電在客戶(hù)中具有很高的吸引力,許多頂尖的芯片制造商,如Nvidia、AMD、蘋(píng)果和高通等,都是其長(cháng)期合作伙伴。

隨著(zhù)AI技術(shù)迅速發(fā)展,AI芯片需求呈現爆炸式增長(cháng)。臺積電歐亞業(yè)務(wù)資深副總暨副共同營(yíng)運長(cháng)侯永清指出,今年AI需求非常的強勁,手機跟PC業(yè)務(wù)也已經(jīng)開(kāi)始緩慢復蘇中,但是車(chē)用與工控需求仍稍微疲軟。

從數據來(lái)看,與去年相比,今年AI加速器增長(cháng)大約2.5倍;PC市場(chǎng)今年會(huì )有1-3%增長(cháng);手機市場(chǎng)在經(jīng)歷兩年衰退后今年會(huì )增長(cháng)1-3%;車(chē)用芯片市場(chǎng)今年需求疲軟,業(yè)績(jì)預估衰退1-3%;IoT預估增長(cháng)7-9%,但相較過(guò)往年增幅20%是呈現下滑。

花旗指出,大多數AI GPU目前使用4/5/7納米工藝,隨著(zhù)AI PC和智能手機的需求增長(cháng),疊加芯片制造技術(shù)的逐漸成熟,預計其中的大多數將在2025年底前遷移到3納米工藝。而作為先進(jìn)半導體技術(shù)的領(lǐng)頭羊,臺積電預計將在2025年獲得更多3納米芯片訂單,特別是來(lái)自蘋(píng)果、高通和聯(lián)發(fā)科等客戶(hù)。屆時(shí),臺積電3納米工藝的利用率將保持緊張狀態(tài)。

臺積電此前也表示,預計2024年的資本支出在280億至320億美元之間,預計2025年可能增至350億至400億美元,這些巨額預算主要用于2/3納米工藝的研發(fā)和生產(chǎn)。

臺積電通過(guò)持續的技術(shù)創(chuàng )新和戰略投資,已經(jīng)建立了堅實(shí)的市場(chǎng)基礎。

全球擴建產(chǎn)能,先進(jìn)工藝留在臺灣

臺積電在中國臺灣生產(chǎn)了世界上大多數最先進(jìn)的處理器,但近年來(lái)正在改變戰略,在將制造業(yè)務(wù)留在臺灣的同時(shí),并在美國建立晶圓廠(chǎng)生產(chǎn)先進(jìn)芯片,在日本生產(chǎn)相當先進(jìn)的處理器,并在歐洲生產(chǎn)專(zhuān)用芯片。

據了解,臺積電自2022年到2023年新建了五座工廠(chǎng),今年在建有七座工廠(chǎng),其中三個(gè)是晶圓廠(chǎng)、兩個(gè)是封裝廠(chǎng),還有兩個(gè)海外晶圓廠(chǎng),今年臺積電先進(jìn)制程占67%

在代工方面,在臺灣新建的新竹Fab 20和高雄Fab 22均為2nm晶圓廠(chǎng),目前已開(kāi)始裝機,預計2025年量產(chǎn)。

從全球來(lái)看,臺積電在美國亞利桑那州計劃投資650億美元興建三座尖端制程晶圓廠(chǎng)。其中,第一座晶圓廠(chǎng)已經(jīng)開(kāi)始裝機,預計明年量產(chǎn)4nm;2022年底動(dòng)工的第二座晶圓廠(chǎng),預計2028年量產(chǎn)3nm;第三座晶圓廠(chǎng)還在規劃中,預計2030年之前進(jìn)入量產(chǎn)。

在日本熊本,臺積電計劃建設兩座晶圓廠(chǎng),熊本第一座晶圓廠(chǎng)2022年4月動(dòng)工,預計今年第四季度量產(chǎn)22/28nm和12/16nm制程;熊本二廠(chǎng)預計2027年量產(chǎn)6/7nm制程。在德國臺積電將建16nm晶圓廠(chǎng),預計今年第四季度動(dòng)工,2027年量產(chǎn)。

圍繞先進(jìn)封裝,臺積電也在加速擴大CoWoS和SoIC產(chǎn)能。根據規劃,到2026年CoWoS生產(chǎn)線(xiàn)的年復合增長(cháng)率將超過(guò)60%,到年底產(chǎn)能將是2023年的4倍。SoIC產(chǎn)能將比2023年增長(cháng)8倍,年復合增長(cháng)率高達100%。

多管齊下,臺積電拉開(kāi)了其大膽路線(xiàn)圖的帷幕,在先進(jìn)工藝、先進(jìn)封裝、國際化布局層面勾勒了宏偉藍圖。但其也表示將最關(guān)鍵的開(kāi)發(fā)留在中國臺灣。

今年5月,中國臺灣新任科技部部長(cháng)吳正文表示,他相信臺積電能夠保護其專(zhuān)有的先進(jìn)技術(shù),并在向國際擴張的同時(shí)繼續在中國臺灣建設其尖端晶圓廠(chǎng)。盡管臺積電在全球發(fā)展,但其最先進(jìn)的技術(shù)開(kāi)發(fā)仍將在中國臺灣得到保障。

臺積電:全球工廠(chǎng)復制計劃

臺積電近期也證實(shí),其海外晶圓廠(chǎng)復制了中國臺灣首次采用的技術(shù)和工藝配方。

目前業(yè)界已充分認識到,大型跨國晶圓廠(chǎng)需具備一套流程來(lái)復制其設施。隨著(zhù)Gigafab(超級晶圓廠(chǎng))規模的擴大,為了保持必要的生產(chǎn)量并避免由于必須重新調整晶圓廠(chǎng)而產(chǎn)生的季度瓶頸,芯片制造商需能夠迅速將新的及更新的制造工藝應用到其他設施。

英特爾已因其實(shí)施的“精確復制”計劃而聞名,該計劃允許其全球各地的晶圓廠(chǎng)共享工藝配方,以提升產(chǎn)量并降低性能波動(dòng),這成為了英特爾的主要競爭優(yōu)勢之一。

同樣,隨著(zhù)臺積電在全球范圍內不斷增設新產(chǎn)能,也開(kāi)始實(shí)施類(lèi)似的計劃,以便盡快提升其在日本和美國新建晶圓廠(chǎng)的產(chǎn)量和效率。

據悉,臺積電實(shí)施了統一的晶圓廠(chǎng)管理,以確保全球范圍內的超級晶圓廠(chǎng)能實(shí)現一致的運營(yíng)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。同時(shí),還在全球業(yè)務(wù)中致力于可持續發(fā)展,這涵蓋了綠色制造、全球人才培育、供應鏈本地化以及履行社會(huì )責任。

談到工藝技術(shù)的改進(jìn)時(shí),主要有兩種主要機制:用于提高產(chǎn)量的持續工藝改進(jìn)(CPI),以及減少性能變化的統計過(guò)程控制(SPC)。為此,通過(guò)全球Gigafab制造,臺積電可以使用CPI和SPC通過(guò)在不同站點(diǎn)之間共享知識來(lái)提高全球范圍內的產(chǎn)量和性能。

臺積電或將啟動(dòng)新一輪漲價(jià)

近期,多家芯片廠(chǎng)商和晶圓代工廠(chǎng)陸續宣布價(jià)格調整。

隨著(zhù)頭部客戶(hù)(英偉達、AMD、英特爾、高通、聯(lián)發(fā)科、蘋(píng)果及谷歌)陸續導入3 納米制程,臺積電訂單已滿(mǎn)至2026年。為此,臺積電或將啟動(dòng)新一輪漲價(jià)談判。

在6月4日的股東大會(huì )上,剛剛全面掌舵臺積電的新任董事長(cháng)魏哲家表示,目前所有的AI半導體全部是由臺積電生產(chǎn)。暗示有漲價(jià)想法,3nm代工報價(jià)漲幅或在5%以上。

需要注意的是,晶圓代工廠(chǎng)的“內卷”已經(jīng)出現收斂的信號。雖然目前晶圓廠(chǎng)漲價(jià)尚未成為既定事實(shí),但各大晶圓廠(chǎng)的產(chǎn)能利用率已經(jīng)明顯提升,不少廠(chǎng)商已出現滿(mǎn)產(chǎn)、甚至利用率超100%的情況。

在業(yè)內看來(lái),晶圓代工環(huán)節稼動(dòng)率的持續提升以及部分代工廠(chǎng)的滿(mǎn)產(chǎn),未來(lái)將帶來(lái)價(jià)格上漲的彈性。

此外,AI熱潮極大地推升了CoWoS需求,臺積電先進(jìn)封裝產(chǎn)能供不應求也將延續至2025年。據悉,臺積電先進(jìn)封裝明年年度報價(jià)漲幅在10%-20%。

重重困境下,三星代工如何突圍?

在先進(jìn)制程芯片這場(chǎng)激烈的競賽中,臺積電猶如一位穩健的領(lǐng)跑者,而三星則似乎陷入了重重困境。

尤其是在尋求突破3nm工藝的過(guò)程中,三星電子良率和能效問(wèn)題尤為突出。然而,隨著(zhù)全球無(wú)晶圓廠(chǎng)半導體公司和科技巨頭紛紛將目光投向3nm工藝,作為主流技術(shù)的未來(lái)趨勢已然明朗。在這一大背景下,臺積電憑借其卓越的技術(shù)實(shí)力,吸引了眾多公司的青睞,英偉達、AMD、英特爾、高通、聯(lián)發(fā)科、蘋(píng)果、谷歌等業(yè)界巨頭已紛紛決定將訂單交付給這位全球最大的代工芯片制造商。這一決策無(wú)疑進(jìn)一步拉大了臺積電與三星電子在市場(chǎng)份額上的差距。

盡管三星曾一度在3nm工藝領(lǐng)域占據先機,但現實(shí)卻頗為殘酷。據報道,三星電子代工部門(mén)的原型在關(guān)鍵指標上明顯落后于臺積電,從而使其在這場(chǎng)競賽中失去了早期的優(yōu)勢地位。谷歌和高通等公司的選擇更是對三星的一次沉重打擊,它們在經(jīng)過(guò)深思熟慮后,最終決定將訂單交給臺積電,這無(wú)疑讓三星的處境雪上加霜。

據TrendForce數據顯示,今年第一季度,三星電子的代工市場(chǎng)份額有所下滑,而臺積電的市場(chǎng)份額則有所上升。這一趨勢預示著(zhù)未來(lái)臺積電在半導體代工領(lǐng)域的地位將更加穩固,而三星則需要在技術(shù)和市場(chǎng)策略上做出更多努力以追趕領(lǐng)先者。

三星公布未來(lái)工藝路線(xiàn)圖

日前,三星在2024年三星代工論壇上公布了其芯片制造工藝技術(shù)的最新路線(xiàn)圖,涉及的重點(diǎn)包括2納米/1.4納米工藝,以及將在未來(lái)三年內向客戶(hù)提供具有背面供電技術(shù)的路線(xiàn)圖。

其中,SF2節點(diǎn)(以前稱(chēng)為SF3P)預計會(huì )在2025年推出,主要針對高性能計算和智能手機應用而設計。與3nm工藝(SF3)相比,三星的2nm工藝性能提升12%,功率效率提升25%,面積減少5%。

2026年,三星計劃推出SF2P,這是SF2的性能增強版本,其特點(diǎn)是速度更快但密度更低;2027年,三星將發(fā)布SF2Z,該產(chǎn)品將采用背面供電技術(shù)(BSPDN),從而提高性能并增加晶體管密度。此外,這一改進(jìn)還旨在提高電源質(zhì)量和管理壓降(IR Drop),以應對先進(jìn)芯片生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵挑戰。

三星SF1.4節點(diǎn)(1.4納米)計劃,標志著(zhù)三星將有望在2027年進(jìn)入1.4 納米級別賽道。與SF2Z不同的是,SF1.4將不包括背面電源傳輸,這使三星有別于英特爾和臺積電,后者將在其2nm級和1.6nm級節點(diǎn)上引入背面供電技術(shù)。

晶圓代工,戰火蔓延

除了推出高端節點(diǎn)外,三星還發(fā)布了SF4U節點(diǎn),這是4納米級節點(diǎn)的高性?xún)r(jià)比變體,通過(guò)光學(xué)收縮提高了功率、性能和面積,預計將于2025年量產(chǎn)。

三星最新的工藝技術(shù)路線(xiàn)圖展示了其在2nm及以下節點(diǎn)上的持續創(chuàng )新和發(fā)展。隨著(zhù)BSPDN技術(shù)的引入和1.4nm節點(diǎn)的推出,三星致力于在半導體制造領(lǐng)域保持領(lǐng)先地位。

在過(guò)去一年中,三星代工的AI需求相關(guān)銷(xiāo)售額增長(cháng)了80%,預計到2028年,其AI芯片代工客戶(hù)數量將比2023年增加4倍,代工銷(xiāo)售額將比2023年增加9倍。

三星電子正在開(kāi)發(fā)一種集成了封裝晶圓代工非內存半導體和HBM的AI解決方案,旨在制造出既高性能又低能耗的AI芯片。與現有技術(shù)相比,這一新工藝有望將研發(fā)到生產(chǎn)的時(shí)間縮短大約20%。

三星電子總裁兼代工業(yè)務(wù)負責人崔時(shí)永博士表示:“在眾多技術(shù)圍繞人工智能不斷發(fā)展的時(shí)代,實(shí)現人工智能的關(guān)鍵在于高性能、低功耗的半導體。除了針對AI芯片優(yōu)化的成熟GAA工藝外,我們還計劃推出集成式共封裝光學(xué) (CPO) 技術(shù),以實(shí)現高速、低功耗的數據處理,為客戶(hù)提供一站式人工智能解決方案?!?/span>

晶圓代工,戰火蔓延

此外,在論壇上,三星還分享了其2027年采用硅光子的計劃,這是其首次宣布此類(lèi)計劃。利用光纖在芯片上傳輸數據,與I/O相比,預計數據傳輸速度將大幅提高。

三星晶圓廠(chǎng),又丟客戶(hù)

正如上文所述,客戶(hù)陸續決定將訂單交給臺積電,無(wú)疑讓三星的處境雪上加霜。

近日又有消息指出,此前曾使用三星代工廠(chǎng)的設計公司Gaonchips作為其生產(chǎn)合作伙伴的DeepX,最近與臺積電的設計公司合作伙伴Asicland簽署了一項協(xié)議,計劃使用臺積電的先進(jìn)節點(diǎn)來(lái)制造具有神經(jīng)處理單元(NPU)的SoC。

此外,盡管三星為AMD提供3nm制程服務(wù)的傳聞已久,但AMD CEO Lisa Su在2024年臺北國際電腦展的發(fā)布會(huì )上強調,公司仍在與臺積電合作。

不難看出,搶奪競爭對手的先進(jìn)制程訂單有多么困難。

除了上面提到的3nm客戶(hù)丟失外,三星的4nm工藝同樣在此付出了代價(jià)。

本來(lái)高通連續兩代芯片交給三星代工,但是據說(shuō)三星的4nm工藝只有35%的良率,這使得產(chǎn)能始終上不去,導致高通不得不把訂單轉給了臺積電,讓后者為其代工4nm的驍龍8 Gen 1 Plus芯片。后續從驍龍8+、驍龍8 Gen 2到驍龍7+芯片,高通都已經(jīng)轉向了臺積電。

英偉達的RTX 40顯卡也放棄了三星,改用臺積電的5nm工藝,且未來(lái)這些廠(chǎng)商都會(huì )繼續和臺積電合作。

能看到,三星為自己芯片工藝的良率付出了慘痛的教訓,后續其工藝制程除了要跟上節奏之外,三星晶圓代工部門(mén)還需要全力以赴來(lái)提高良率,否則因良率不高導致無(wú)人問(wèn)津的故事或將重演。

英特爾代工,瞄向尖端節點(diǎn)

新一輪AI浪潮引發(fā)的算力需求急速膨脹,在將GPU之王英偉達捧上神壇的同時(shí),也讓英特爾這位CPU霸主顯得有些落寞。

2024年第一季度財報顯示,英特爾營(yíng)收保持增長(cháng),但利潤卻無(wú)較大起色。但面對競爭,英特爾仍有沖勁,從其大舉押注AI芯片及芯片代工的動(dòng)作來(lái)看,英特爾正在全新AI時(shí)代找回失落的王座。

從代工業(yè)務(wù)來(lái)看,英特爾也同樣在積極推進(jìn)其戰略目標尖端節點(diǎn)的開(kāi)發(fā)。

英特爾近期宣布,已經(jīng)開(kāi)始為客戶(hù)批量生產(chǎn)intel 3工藝,Intel 3代表了英特爾IDM 2.0戰略中的第三個(gè)工藝節點(diǎn),該戰略旨在四年內開(kāi)發(fā)五個(gè)工藝節點(diǎn),并將成為第一個(gè)針對代工廠(chǎng)制造的先進(jìn)節點(diǎn)。

晶圓代工,戰火蔓延

Intel 3工藝節點(diǎn)帶來(lái)的一些重大優(yōu)勢包括更密集的設計庫、更大的晶體管驅動(dòng)電流和更多EUV的使用。該節點(diǎn)還有三種變體,包括3-T、3-E 和 3-PT。前兩種變體與Intel 4相比,每瓦性能提升了18%,而PT則帶來(lái)了額外的性能并且易于使用。所有四種節點(diǎn)變體都支持240nm高性能和210nm高密度庫。其中,“T”代表硅通孔 (TSV),這是一種垂直方向的電氣連接,可實(shí)現芯片元件之間或堆疊芯片之間的高速互連。

晶圓代工,戰火蔓延

在英特爾看來(lái),Intel 3將在未來(lái)至少十年內長(cháng)期支持代工廠(chǎng)客戶(hù),從而為汽車(chē)和物聯(lián)網(wǎng)等需要更長(cháng)生命周期的應用打開(kāi)大門(mén)。Intel 3的生產(chǎn)爬坡不僅僅是一項制造成就,它代表了英特爾代工廠(chǎng)的一個(gè)重要里程碑和證明點(diǎn)。

值得一提的是,Intel 3節點(diǎn)是英特爾路線(xiàn)圖上的最后一代FinFET節點(diǎn),因為從下一代開(kāi)始,英特爾就開(kāi)始推出了其GAA晶體管RibbonFET。

在5月的財報電話(huà)會(huì )議上,Intel CEO帕特·基辛格(Pat Gelsinger)指出,公司的第一代GAA RibbonFET工藝,即intel 20A,有望在今年推出;后續產(chǎn)品是intel 18A,預計將于2025年上半年投入生產(chǎn),并逐步推進(jìn)至2027年的Intel 10A節點(diǎn)。

晶圓代工,戰火蔓延

英特爾兩大利器分別是RibbonFET和PowerVia技術(shù):RibbonFET是英特爾對GAA晶體管的實(shí)現,它將成為英特爾自2011年率先推出FinFET以來(lái)的首個(gè)全新晶體管架構;PowerVia是英特爾獨有的、業(yè)界首個(gè)背面電能傳輸網(wǎng)絡(luò ),通過(guò)消除晶圓正面供電布線(xiàn)需求來(lái)優(yōu)化信號傳輸。

在英特爾的規劃中,還將率先采用ASML最新的High-NA EUV光刻機,這也是與競爭對手不同的點(diǎn)。英特爾表示,新工具能夠大幅提高下一代處理器的分辨率和功能擴展能力,使英特爾代工廠(chǎng)能夠在英特爾18A之后繼續保持工藝領(lǐng)先地位。

與此同時(shí),英特爾也在持續加大力度,今年2月公布了Intel 14A制程,采用了High-NA EUV技術(shù),預計最快于2026年量產(chǎn)。而最新的14A-E版本則在14A基礎上進(jìn)一步提升了能耗效率。

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英特爾強調了與ASML TWINSCAN EXE:5000 High-NA EUV光刻設備結合的重要性,這將為英特爾的制程技術(shù)帶來(lái)新的突破,進(jìn)一步推動(dòng)了制程藍圖的實(shí)現。

英特爾:力爭成為全球第二大代工廠(chǎng)

英特爾的“全新制程技術(shù)路線(xiàn)圖”證實(shí),其“四年五個(gè)制程節點(diǎn)”路線(xiàn)圖仍在穩步推進(jìn),并將在業(yè)內率先提供背面供電解決方案。英特爾預計將于2025年通過(guò)Intel 18A制程節點(diǎn)重獲制程領(lǐng)先性。

能看到,英特爾正在規劃一條新的道路,試圖讓自己成為晶圓代工市場(chǎng)的重要參與者,與臺積電、三星等晶圓代工廠(chǎng)競爭,希望重新獲得全球領(lǐng)先芯片制造商的地位。

英特爾的目標是在2030年成為全球第二大的半導體制造工廠(chǎng)。為了實(shí)現這一目標,英特爾正在加強執行力,推動(dòng)面向AI時(shí)代的系統級代工,打造前沿并具多元化的制造能力。

此外,英特爾還重點(diǎn)介紹了其在成熟制程節點(diǎn)上的進(jìn)展,如今年1月份宣布與UMC聯(lián)合開(kāi)發(fā)的全新12納米節點(diǎn)。英特爾代工計劃每?jì)赡晖瞥鲆粋€(gè)新節點(diǎn),并一路推出節點(diǎn)的演化版本,通過(guò)英特爾領(lǐng)先的制程技術(shù)幫助客戶(hù)不斷改進(jìn)產(chǎn)品。

英特爾代工還宣布將FCBGA 2D+納入英特爾代工先進(jìn)系統封裝及測試(Intel Foundry ASAT)的技術(shù)組合之中,這一組合將包括FCBGA 2D、FCBGA 2D+、EMIB、Foveros和Foveros Direct等技術(shù)。

英特爾代工策略&;換帥

自從Pat Gelsinger于2021年重返英特爾CEO職位以來(lái),公司便積極調整戰略,致力于擺脫傳統產(chǎn)品和制造技術(shù)難以按計劃實(shí)現的困境。蓋爾辛格領(lǐng)導下的英特爾,以“IDM2.0”為核心戰略,持續推動(dòng)新產(chǎn)品和制造技術(shù)的研發(fā)與落地。

作為IDM2.0戰略的重要組成部分,英特爾推出了IFS(Intel Foundry Service)業(yè)務(wù),與傳統的制造模式不同,IFS將英特爾的制造設施開(kāi)放給除Intel產(chǎn)品部門(mén)外的其他公司,承接它們設計的半導體產(chǎn)品的制造。這一創(chuàng )新模式不僅拓展了英特爾的業(yè)務(wù)范圍,也為其帶來(lái)了更多的合作機會(huì )和市場(chǎng)空間。

半導體產(chǎn)業(yè)被譽(yù)為“規模經(jīng)濟”的代表,生產(chǎn)規模對制造效率具有重要影響。當前,諸如TSMC等專(zhuān)注于受托制造高性能半導體的廠(chǎng)商,在規模上已經(jīng)超越了僅面向Intel制造的Intel制造部門(mén)。然而,英特爾通過(guò)IFS業(yè)務(wù)的推出,正積極尋求在規模和效率上的平衡,以實(shí)現更大的市場(chǎng)份額和競爭優(yōu)勢。

英特爾通過(guò)明確的目標、積極的路線(xiàn)圖、創(chuàng )新的IDM2.0戰略以及IFS業(yè)務(wù)的推出,正逐步在半導體產(chǎn)業(yè)中展現出其強大的競爭力和領(lǐng)導力。

在一個(gè)多月前,英特爾宣布聘請了資深行業(yè)人士凱文·奧巴克利擔任其代工芯片制造業(yè)務(wù)的高級副總裁兼總經(jīng)理,標志著(zhù)英特爾在代工領(lǐng)域的新一輪戰略布局正式啟動(dòng)。奧巴克利在IBM、格芯、Avera Semiconductor以及Marvell等知名企業(yè)擔任過(guò)高級職位

奧巴克利的到來(lái),無(wú)疑為英特爾的代工業(yè)務(wù)注入了新的活力。他將在5月底接替即將退休的斯圖·潘恩,成為執行領(lǐng)導團隊的一員,直接向CEO帕特·基辛格匯報工作。這一變動(dòng),不僅體現了英特爾對于代工業(yè)務(wù)的重視,也彰顯了其對于未來(lái)半導體市場(chǎng)發(fā)展趨勢的深刻洞察。

隱瞞巨額虧損,英特爾面臨集體訴訟

據外媒近日披露,英特爾正面臨一項集體訴訟,投資人指控其涉隱瞞“英特爾代工服務(wù)”部門(mén)約70億美元的巨額虧損。

報道稱(chēng),投資人指控英特爾在今年1月報告2023年業(yè)績(jì)時(shí),沒(méi)有正確披露制造部門(mén)的虧損情況。訴狀指控,英特爾夸大其代工服務(wù)部門(mén)的成長(cháng)和利潤,該部門(mén)在2023年實(shí)際遭受巨額虧損,產(chǎn)品利潤也下降,這使得公司及其代工策略的正面表態(tài)具有誤導性,涉嫌虛假陳述或隱瞞行為。

不僅如此,英特爾還將約30%的產(chǎn)能外包給臺積電等晶圓代工廠(chǎng)商,這一行為也進(jìn)一步激怒了投資者。

訴狀具體列舉了英特爾涉嫌的虛假陳述或隱瞞行為,包括:

英特爾代工服務(wù)的成長(cháng)并不代表內部部門(mén)可報告的收入成長(cháng);

英特爾代工部門(mén)在2023 年出現重大經(jīng)營(yíng)虧損;

由于內部收入下降,該部門(mén)的產(chǎn)品利潤出現下滑;

因此,代工模式不會(huì )成為公司整合封裝測試(IFS)策略的有力推手;

由于上述原因,被告關(guān)于公司業(yè)務(wù)、營(yíng)運和前景的積極表態(tài)在實(shí)質(zhì)上具有誤導性或缺乏合理依據。

此訴訟由Levi &; Korsinsky律師事務(wù)所發(fā)起,該所呼吁英特爾投資者加入針對該公司的集體訴訟。

先進(jìn)制程之外,

三巨頭“火拼”先進(jìn)封裝

從三家代工巨頭的路線(xiàn)圖來(lái)看,先進(jìn)晶圓代工市場(chǎng)競爭激烈,臺積電和三星在先進(jìn)制程上競爭,英特爾四年五個(gè)節點(diǎn)制程開(kāi)發(fā)依計劃進(jìn)行中。

三大晶圓代工巨頭動(dòng)作頻頻,正在進(jìn)行新一輪的競爭激戰。

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數據參考:全球半導體觀(guān)察

誰(shuí)將成為下一個(gè)晶圓代工業(yè)的“王者”或許仍是一個(gè)懸而未決的問(wèn)題,但可以確定的是,持續的創(chuàng )新和技術(shù)突破將成為決定性因素。

而另一邊,在摩爾定律逐漸放緩的趨勢下,僅僅從微縮晶體管,提高密度以提升芯片性能的角度正在失效。對此,先進(jìn)封裝成為后摩爾時(shí)代彌補芯片性能和成本的重要解決方案之一。

這也成為了晶圓代工巨頭們的新戰場(chǎng)。

其中,臺積電是全球先進(jìn)封裝技術(shù)的領(lǐng)軍者,旗下3D Fabric擁有CoWoS、InFO、SoIC等多種先進(jìn)封裝工藝。

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CoWoS是臺積電最經(jīng)典的先進(jìn)封裝技術(shù)之一。2011年至今,臺積電的CoWoS工藝已經(jīng)迭代至第五代,期間中介層面積、晶體管數量、內存容量不斷擴大。英偉達、AMD、博通、Marvell等都是臺積電CoWoS工藝的大客戶(hù)。

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臺積電CoWoS結構示意圖

自AIGC爆火之后,CoWoS也隨之成為行業(yè)焦點(diǎn),行業(yè)重量級客戶(hù)持續對臺積電追加CoWoS訂單。為應對大客戶(hù)需求,臺積電加快CoWoS先進(jìn)封裝產(chǎn)能擴充腳步。

此外,臺積電還開(kāi)發(fā)了廉價(jià)版的CoWoS技術(shù),即InFO技術(shù),降低了單位成本和封裝高度。這也是InFO技術(shù)在移動(dòng)應用和HPC市場(chǎng)成功的重要原因,為臺積電后來(lái)能獨占蘋(píng)果A系列處理器打下了關(guān)鍵基礎。

除了CoWoS和InFO,2018年,臺積電首度對外界公布了創(chuàng )新的系統整合單芯片(SoIC)多芯片3D堆疊技術(shù)SoIC,這標志著(zhù)臺積電已具備直接為客戶(hù)生產(chǎn)3D IC的能力。作為業(yè)內第一個(gè)高密度3D chiplet堆疊技術(shù),SoIC被看作“3D封裝最前沿”技術(shù)。

憑借其凸塊密度更高,傳輸速度更快,功耗更低等優(yōu)勢,SoIC或將成為行業(yè)未來(lái)發(fā)展的主要封裝技術(shù)趨勢。當前,臺積電也正在積極上調SoIC的產(chǎn)能計劃,計劃到2024年年底,月產(chǎn)能躍升至5000-6000顆,以應對未來(lái)AI和HPC的強勁需求。

可見(jiàn),臺積電憑借其領(lǐng)先的先進(jìn)封裝技術(shù)吃盡紅利。

當然,英特爾,三星兩位強敵在此領(lǐng)域也絲毫不敢懈怠。

英特爾通過(guò)多年技術(shù)探索,相繼推出了EMIB、Foveros和Co-EMIB等多種先進(jìn)封裝技術(shù),在互連密度、功率效率和可擴展性三個(gè)方面持續精進(jìn)。

從英特爾發(fā)布的先進(jìn)封裝技術(shù)藍圖來(lái)看,其計劃將傳統基板轉為更為先進(jìn)的玻璃材質(zhì)基板,以實(shí)現新的超越;同時(shí)英特爾也將在布局硅光模塊中的CPO(共封裝光學(xué))技術(shù),通過(guò)玻璃材質(zhì)基板設計,利用光學(xué)傳輸的方式增加信號交換時(shí)的可用頻寬,以?xún)?yōu)化算力成本。

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英特爾先進(jìn)封裝路線(xiàn)圖(圖源:英特爾官網(wǎng))

結合英特爾在先進(jìn)制程上一系列動(dòng)態(tài),外界預期,英特爾將結合先進(jìn)制程與先進(jìn)封裝兩條線(xiàn),希冀在晶圓代工領(lǐng)域實(shí)現“1加1大于2”的效果。

三星在2.5D/3D先進(jìn)封裝技術(shù)領(lǐng)域同樣也在積極布局,并已經(jīng)推出I-Cube、X-Cube等先進(jìn)封裝技術(shù)。針對2.5D封裝,三星推出的I-Cube技術(shù)可以和臺積電的CoWoS技術(shù)相媲美。針對3D封裝,三星在2020年推出X-Cube技術(shù),將硅晶圓或芯片物理堆疊,并通過(guò)TSV連接,最大程度上縮短了互聯(lián)長(cháng)度,在降低功耗的同時(shí)提高傳輸速率。

另外,三星計劃在2024年量產(chǎn)可處理比普通凸塊更多數據的X-Cube封裝技術(shù),并預計2026年推出比X-Cube處理更多數據的無(wú)凸塊型封裝技術(shù)。擁有從存儲器、處理器芯片的設計、制造到先進(jìn)封裝業(yè)務(wù)組合的優(yōu)勢。

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三星先進(jìn)封裝技術(shù)路線(xiàn)圖(圖源:方正*券研究所)

綜合來(lái)看,先進(jìn)芯片是工藝的決戰,也是先進(jìn)封裝的交鋒。先進(jìn)封裝與制程工藝可謂相輔相成,在提高芯片集成度、加強互聯(lián)、性能優(yōu)化的過(guò)程中扮演了重要角色,是性能持續提升的重要保障。對于在工藝節點(diǎn)時(shí)間上的爭奪,先進(jìn)封裝已成為三大巨頭“不可忽視”變數。

更多先進(jìn)封裝詳細技術(shù)細節和廠(chǎng)商布局情況,筆者在此前文章《臺積電“攻防戰”》、《先進(jìn)封裝大戰,升級!》中有過(guò)詳細介紹,更詳細內容可跳轉前文了解。

寫(xiě)在最后

Counterpoint數據顯示,半導體行業(yè)在2024年第一季度已顯露出需求復蘇的跡象。行業(yè)在經(jīng)過(guò)連續幾個(gè)季度去庫存后,渠道庫存已經(jīng)趨于正?;?。AI的強勁需求和終端產(chǎn)品需求的復蘇將成為2024年晶圓代工行業(yè)的主要增長(cháng)動(dòng)力。

隨著(zhù)全球經(jīng)濟的逐步復蘇和半導體需求的增加,這些確實(shí)可能會(huì )幫助晶圓代工廠(chǎng)抓住市場(chǎng)機遇,提高產(chǎn)能利用率,并增強與客戶(hù)的合作關(guān)系。

然而,半導體行業(yè)是一個(gè)高度競爭和快速變化的領(lǐng)域,晶圓廠(chǎng)需要不斷創(chuàng )新和調整戰略,以適應市場(chǎng)的長(cháng)期變化。此外,還需要關(guān)注全球供應鏈的穩定性、技術(shù)進(jìn)步以及政策和地緣政治因素的影響。

回到行業(yè)格局來(lái)看,臺積電一家的產(chǎn)能占比縱然超過(guò)60%,但仍難以完全維持龐大的先進(jìn)制程市場(chǎng)。哪怕三星和英特爾的芯片會(huì )陷入性能或良率“滑鐵盧”的風(fēng)險,也依舊會(huì )有廠(chǎng)商在產(chǎn)能和價(jià)格因素的驅動(dòng)下,愿意去“嘗嘗螃蟹”。

未來(lái),圍繞先進(jìn)工藝和先進(jìn)封裝的技術(shù)之爭將在臺積電、三星和英特爾之間長(cháng)期進(jìn)行,代工三巨頭的拉鋸戰也將成為推動(dòng)摩爾定力繼續前行的動(dòng)力,推動(dòng)下一個(gè)“彎道”時(shí)刻的到來(lái)。

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