全球大型科技公司正在積極采用 3nm 工藝作為主流芯片技術(shù)，而它們多數(shù)選擇臺(tái)積電作為其供應(yīng)商，包括英偉達(dá)、AMD、英特爾、高通、聯(lián)發(fā)科、蘋(píng)果和谷歌等科技巨頭。

而這其中一些公司之前選擇的是三星電子的代工業(yè)務(wù)。

盡管三星于 2022 年 6 月成為全球首家開(kāi)始使用全柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管（GAAFET）工藝量產(chǎn) 3nm 工藝芯片的制造商，但業(yè)內(nèi)人士指出，三星電子的芯片工藝在良率和能效方面落后于臺(tái)積電，使其在 3nm 競(jìng)賽中處于不利地位。

據(jù)了解，與臺(tái)積電相比，三星 3nm 工藝的效率仍然低 10%-20%。由于性能和良率低于預(yù)期，三星第一代 3nm 工藝僅在加密貨幣挖礦芯片和三星內(nèi)部開(kāi)發(fā)的 Exynos 2500 處理器中被采用。

圖 | 臺(tái)積電 3nm 制程的主要生產(chǎn)基地晶圓十八廠(來(lái)源：臺(tái)積電)

由于 3nm 工藝面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，三星已經(jīng)“痛失”重要客戶。谷歌前第四代 Tensor 處理器一直由三星代工，但從第五代開(kāi)始將轉(zhuǎn)向臺(tái)積電 3nm 工藝。同樣，高通也決定將其驍龍 8 Gen 4 產(chǎn)品交與臺(tái)積電進(jìn)行初始生產(chǎn)，而此前三星一直努力爭(zhēng)取這款芯片的訂單。

此外，據(jù)悉，英特爾已將剛推出的筆記本電腦處理器系列的 3nm 芯片訂單交給臺(tái)積電，并且晶圓生產(chǎn)已經(jīng)開(kāi)始。具體來(lái)說(shuō)，英特爾的 Lunar Lake 處理器的兩個(gè)模塊將由臺(tái)積電代工，其中計(jì)算模塊采用臺(tái)積電 N3B 工藝，而平臺(tái)控制模塊則使用 N6 工藝。另外，Arrow Lake 處理器的圖形模塊、計(jì)算模塊也可能會(huì)使用臺(tái)積電 3nm 工藝來(lái)制造。

不過(guò)，英特爾也可能混用自家 20A 工藝和臺(tái)積電 N3 工藝，在引入 Foveros 先進(jìn)封裝技術(shù)后，英特爾的消費(fèi)級(jí)處理器也采用了模塊化設(shè)計(jì)，使用不同模塊的不同組合可以創(chuàng)造出更多差異化的產(chǎn)品。需要說(shuō)明的是，英特爾在制程工藝命名上進(jìn)行了改變，Intel 20A 是 Intel 3 之后的節(jié)點(diǎn)，將采用全新晶體管架構(gòu) RibbonFET。

谷歌、高通等公司轉(zhuǎn)投臺(tái)積電，能效是一個(gè)重要考量。隨著人工智能在服務(wù)器和移動(dòng)等關(guān)鍵市場(chǎng)的擴(kuò)展，芯片能效已成為半導(dǎo)體制造中最關(guān)鍵的指標(biāo)之一，也是 AI 芯片時(shí)代的主要挑戰(zhàn)。

能效不僅影響著設(shè)備的電池續(xù)航時(shí)間，且直接關(guān)系到芯片的性能和穩(wěn)定性。過(guò)熱問(wèn)題可能導(dǎo)致手機(jī)和服務(wù)器的系統(tǒng)崩潰。

因此，盡管臺(tái)積電的 3nm 工藝報(bào)價(jià)更高，與 5nm 芯片相比，價(jià)格提高了 25% 以上，客戶依舊傾向于選擇臺(tái)積電。這也證明了在競(jìng)爭(zhēng)激烈的芯片市場(chǎng)中，高能效的重要性。

另外，據(jù)了解，臺(tái)積電將提高其 3nm 和 5nm 節(jié)點(diǎn)的價(jià)格，明年 3nm 節(jié)點(diǎn)價(jià)格可能上漲 5%，先進(jìn)封裝價(jià)格可能上漲 10%-20%。同時(shí)，晶圓代工行業(yè)正普遍有漲價(jià)趨勢(shì)。

臺(tái)積電新董事長(zhǎng)魏哲家也曾透露，臺(tái)積電產(chǎn)品擁有極高的電源效率，并且良率更佳。若以每顆芯片的成本計(jì)算，臺(tái)積電是最具成本效益的選擇。

今年下半年，消費(fèi)市場(chǎng)將迎來(lái)眾多 AI 產(chǎn)品的發(fā)布，手機(jī)芯片市場(chǎng)中，除了高通驍龍 8 Gen 4，聯(lián)發(fā)科天璣 9400、蘋(píng)果 A18 和 M4 系列，都將采用臺(tái)積電的 N3 工藝。

臺(tái)積電或?qū)⑦M(jìn)一步拉大與三星電子之間的市場(chǎng)份額差距。根據(jù)市場(chǎng)研究公司 TrendForce 的數(shù)據(jù)，2024 年第一季度，三星電子的晶圓代工市場(chǎng)份額為 11%，低于去年第四季度的 11.3%。同期臺(tái)積電的市場(chǎng)份額從 61.2% 上升至 61.7%。

由于 AI 熱潮爆發(fā)，大型科技公司紛紛導(dǎo)入 3nm 制程，臺(tái)積電 3nm 產(chǎn)能預(yù)計(jì)在 2026 年售罄。據(jù)業(yè)界消息，臺(tái)積電計(jì)劃兩年內(nèi)通過(guò)轉(zhuǎn)換部分 5nm 設(shè)備支持 3nm，以緩解產(chǎn)能短缺，確保穩(wěn)定生產(chǎn)和供應(yīng)。

除了英偉達(dá)，臺(tái)積電也是人工智能熱潮的主要受益者之一。近日，臺(tái)積電股價(jià)上漲，達(dá)到 9350 億美元，正向萬(wàn)億美元里程碑邁進(jìn)。上周超越伯克希爾哈撒韋，成為全球市值第八大公司。

值得一提的是，三星電子為在未來(lái)保持競(jìng)爭(zhēng)力，決定加快 2nm 工藝（SF2）的商業(yè)化進(jìn)展，從最初計(jì)劃的 2027 年之后，改為明年或 2026 年開(kāi)始大規(guī)模生產(chǎn)。并計(jì)劃在今年下半年量產(chǎn)其第二代 3nm 工藝。

三星還提到其 2nm 工藝將引入背面供電（Backside Power Delivery, BSPDN）技術(shù)來(lái)大幅改善能效問(wèn)題。

（來(lái)源：三星）

隨著晶體管數(shù)量的增加，傳統(tǒng)的正面供電方式越來(lái)越難以滿足高性能和高能效的需求，背面供電技術(shù)被視為一種可能的解決方案，三星甚至將其稱(chēng)為代工行業(yè)的“游戲規(guī)則改變者”。

據(jù)了解，背面供電技術(shù)的核心在于將供電線路分配到芯片的背面，從而減少正面線路擁擠。由于供電線路遠(yuǎn)離了晶體管，電阻可以降低，從而減少電壓降，提高能效。背面供電也可以配合更好的散熱設(shè)計(jì)，比如通過(guò)背面的金屬層來(lái)傳導(dǎo)熱量，改善散熱性能。當(dāng)然，該技術(shù)也面臨著一些挑戰(zhàn)，比如制造工藝的復(fù)雜性增加、成本上升以及對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)流程的調(diào)整等。

而臺(tái)積電也正加快其 N2 工藝（2nm）進(jìn)程，預(yù)計(jì)在 2025 年左右開(kāi)始量產(chǎn)，將首次采用納米片（Nanosheet）晶體管技術(shù)，提供更高的性能和更低的功耗。這也代表了臺(tái)積電開(kāi)始從傳統(tǒng)的 FinFET（鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管）結(jié)構(gòu)向全環(huán)繞柵極（GAA,Gate-All-Around）晶體管的轉(zhuǎn)變。

總體而言，目前臺(tái)積電憑借其領(lǐng)先的工藝技術(shù)和穩(wěn)定的良率，在 3nm 市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)了優(yōu)勢(shì)地位。隨著 AI 等技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)先進(jìn)芯片的需求將持續(xù)增長(zhǎng)，預(yù)期多數(shù)公司會(huì)優(yōu)先將訂單委托給臺(tái)積電。三星則需要克服其工藝在良率和能效方面存在的問(wèn)題。

參考：

https://www.chosun.com/english/industry-en/2024/06/18/SWLS2QOL2NEH3KRHYWGPSVAPU4/

https://www.digitimes.com/news/a20240617PD217/tsmc-intel-3nm-production.html

https://semiconductor.samsung.com/us/news-events/news/samsung-showcases-ai-era-vision-and-latest-foundry-technologies-at-sff-2024/