晶片製程之戰：從7nm到5nm，同場競技哪家強？

2020年伊始，全球半導體先進位程之戰已然火花四射。

從華為和蘋果打響7nm旗艦手機晶片第一槍開始，7nm晶片產品已是百花齊放之勢，5nm晶片也將在下半年正式首秀。

這些逐漸縮小的晶片製程數字，正是全球電子產品整體性能不斷進化的核心驅動力。

7nm與5nm差距在哪

半導體製程技術從7nm邁入5nm，將為晶片性能及工藝效率等帶來極大程度的提升。

尺寸越小意味著在相同面積之內可以儲存更多的電晶體，從而達到更快的運行速度，並降低能耗。

製程工藝的進步將會為晶片帶來哪些屬性的提升呢？5nm製程工藝目前還沒有商用，我們不妨用10nm和7nm做個對比。

以華為麒麟處理器來看，從麒麟970（台積電10nm製程工藝）到麒麟980（台積電7nm製程工藝），其電晶體數量從55億上升至69億，同比增長25.5%，這也導致其CPU性能提升50%、GPU性能提升100%、NPU性能也提升了100%。

當然，製程工藝的提升除了會改變處理器的性能外，還會降低功耗、縮短產品研發周期等，這也是行業不斷提升晶片製程工藝的原因所在。

按照全球IC晶圓廠技術演進路線來看，在2020年這個時間節點上，僅台積電和三星實現5nm量產。

其中，格羅方德和聯電基本已經放棄了7nm製程工藝的研發；英特爾目前還在研發7nm；中芯國際的7nm製程工藝將於2020年年底實現量產。

在對比台積電和三星兩家5nm工藝方面，由於兩家企業對製程工藝定義的標準不同，很難界定孰好孰壞。

但根據此前雙發公布的信息來看，他們5nm主要的對比對象是上一代的7nm工藝，我們不妨先來看看兩家企業7nm技術的差異化。

基於此數據，業內相關專業人士得出的結果是，這兩家7nm工藝在電晶體密度上非常接近，但台積電的產能會高於三星。

也就是說，三星第三代7nm工藝與台積電第二代7nm工藝相當，那麼他們5nm工藝究竟如何呢？

三星暫時落後

三星電子高管在2020年3月份的股東大會上曾表示，三星與台積電在代工業務方面存在差距，但三星將利用新工藝的領先優勢來發展代工業務。

這也暗示著，三星即將量產的5nm工藝與台積電的存在著差距。

早在2019年4月16日，三星便宣布5nm FinFF工藝技術已開發完成，可以為用戶提供樣品，預計將在2020年下半年量產。

具體來看，三星曾透漏，5nm工藝將使用相同的7LPP電晶體SRAM並提供GR兼容性。

5LPE與7LPP相比具有許多優勢，具體取決於選擇的遷移路徑。

通過增強電晶體的改進，三星聲稱在使用5LPE 7.5T庫時其7LPP工藝的性能提高了10％。

同時，三星還增加了單鰭器件低泄漏器件，它們可將功耗降低20%。

據外媒報導，三星正加速在韓國華城建造的5nm工廠，預計6月份完成建設，最快年底可以生產5nm工藝，目前三星收到了高通的訂單，以現在的時間線來推算，三星可以在年底量產高通X60 5G數據機晶片組。

除了高通外，谷歌也正式宣布，公司自研的SOC已經流片，將有望在Pixel系列手機上搭載。

這顆晶片代號叫「Whitechapel」，搭載的是8核CPU，將採用三星5nm工藝製程。

另外，由於受疫情影響，荷蘭ASML公司很難將設備出口，這給三星、台積電等在內的全球半導體廠商帶來了負面影響。

業內人士表示，荷蘭ASML設備交付影響了三星、台積電這兩家巨頭的研發、生產進度，其中三星遭受的損失會更大。

由於三星去年購買的EUV設備部分用於DRAM生產，導致量產5nm工藝所需的EUV設備數量不夠，與台積電相比有較大差距。

台積電5納米產能全開

供應鏈透露，台積電遭華為旗下海思砍5nm投片量，相關產能缺口由蘋果全數吃下，蘋果並要求台積電第4季追加近1萬片產能，與超微爭食5nm強化版，加上英偉達、超微等大客戶同步擴增7nm投片量，台積電5nm不僅如期並全產能開出，7nm也持續滿載至年底。

此外，外界普遍認為新冠肺炎疫情導致客戶下修訂單之際，供應鏈先傳來好消息，有助提振市場信心。

台積電稍早曾預告，5nm先進位程已準備量產，預定第2季放量，同時看好5nm和7nm二大主力製程齊發威，今年營收增幅可望超過行業平均數達17%以上。

台積電營收強勁成長走勢，是否會因為新冠肺炎疫情攪局而出現變數，成為各大法人機構近期密切追蹤的焦點。

不少外資最近相繼下修台積電第2季、甚至第3季營收展望，甚至有人推估蘋果將5nm的訂單遞延一到二季，相關報告趕在台積電發布會前出爐，普遍認為台積電5nm訂單將不如預期，甚至連原本排隊的7nm訂單，也因海思、聯發科等大客戶砍單，導致排隊潮逐步消散。

台積電不對外資報告及客戶訂單做任何評論，強調5nm計劃一切依進度進行。

供應鏈透露，台積電5nm製程確實因客戶端考量疫情發展而有所調整。

其中，海思因手機銷售不佳，下修在台積電5nm及7nm下單量，但海思釋出5nm的產能，已全數被蘋果包下；至於原打算在18廠P1 、P2廠追加至6萬片的計劃，也如期進行。

據了解，海思下修台積電5nm和7nm約20%產能，以手機晶片為主。

5G基地台晶片則不變，但騰出的產能已被蘋果、超微和英偉達等晶片大廠全部分食，主要是因為疫情帶動在家上班、線上購物、遠距教學和遊戲等宅經濟需求大幅成長，蘋果筆電、平板賣到缺貨，各大資料中心擴增伺服器，加上5G基礎建議也加速布局，帶動高速運算雲電腦晶片、網通晶片和繪圖處理器強勁需求。

台積電迄今一直未發布的南科18廠第三期計劃（P3）產能規劃，據了解，原為超微打造的5nm強化版，超微已提出每月超過2萬片12吋晶圓的需求，規劃第4季到位；蘋果追加約1萬片的產能需求，也將採用這項製程。

換句話說，台積電今年資本支出幾乎集重兵在5nm，未受新冠肺炎疫情影響，全力衝刺當中，預期在5nm和7nm全數滿載下，台積電今年依舊繳出年增雙位數、續新高佳績。