一枚隨心所欲變換圖案的胸章背後的技術

三星電子和台積電兩大晶片代工巨頭之間的火藥味已經越來越濃了，這場持續近十年的拉鋸戰如烈火烹油般愈演愈烈。

今年6月，拓墣產業研究院發布2019年Q2全球十大晶圓代工廠排行榜，數據顯示，在晶片代工市場整體下滑的局勢下，頭部玩家也不堪重壓，2019年第二季度10大廠商總營收為153.6億美元，同比下降8%。

其中，台積電以75.53億美元的營收位居第一，市場份額高達49.2%，盤踞著晶片代工市場半壁江山，三星電子則以27.73億美元營收緊隨其後，市場份額為18%。

雖然三星電子的市場份額離台積電還有不少差距，但相比之下，縱觀分別憑13.36億美元和11.6億美元位列第三、第四的格芯與聯電，三星電子成為唯二份額破10%，且能與台積電對台較勁的玩家。

實際上，台積電與三星電子之間的博弈相持已久，本來在製程工藝上還有英特爾這個不可小看的勁敵，但近年來它在製程競賽上的表現並不積極，一派坐山觀虎鬥之態，因此三星電子和台積電之間的纏鬥在業界顯得更加耀眼。

（晶片終極戰事！誰是製程之王？）

訂單爭奪賽中，前段時間三星電子吞下英偉達下一代GPU肥單，並有傳聞它也將高通驍龍865訂單收入囊中。

而彭博社和Digitimes在今年5月陸續報導，台積電憑藉先進的7nm EUV（N7+）製程，緊握蘋果A13處理器和華為海思的麒麟985訂單。

晶片製程大戰中，三星電子的7nm製程與台積電相比雖面世較晚，但在今年8月7日，三星電子正式發布了全球首顆採用7nm EUV工藝製成的Exynos 9825晶片。

台積電則在今年5月宣布已開始量產採用EUV光刻技術的N7+，並計劃在2020年量產3nm。

如今，距戈登·摩爾提出的「摩爾定律」已過去了54年，關於「摩爾定律已死」的論調也已傳聲數年。

這次，芯潮將目光聚焦在台積電和三星電子的十年拉鋸戰，通過深度調查，看清兩家晶片代工巨頭之間的對戰背後的晶片產業大局。

在這個特殊的時間點，可以看到台積電和三星電子的晶片代工戰已經攪動從晶片到5G、消費電子多個產業，其手法和細節遠比想像中複雜和精彩。

▲三星電子與台積電市場爭奪戰關鍵點

01

晶片代工搶單拉鋸戰

說起台積電和三星電子的晶片代工之戰，必然繞不開雙方競搶商業訂單的話題。

其實早在2014年，雙方就已開始在相互搶奪代工話語權。

當時，一路在製程工藝研發上不斷超速躍進的台積電，已然擁有了和三星電子對抗的實力，並順利用28nm工藝從後者手中搶獲了蘋果的iPhone A8訂單，三星電子只能抱著32nm製程遺憾退場。

轉眼到2015年，三星電子因其14nm晶片工藝的突飛猛進，並開出比台積電更低的代工費用，搶回高通、AMD和NVIDIA等不少大客戶訂單。

然而，當時全球手機市場正開始略顯衰退之色，並在2016年出現頹勢，市場高端智慧型手機需求下滑，導致高端晶片的需求也隨之減少。

但已經在先前一波對抗中嘗到甜頭的三星電子並不滿足於此。

於是，它將目光重新放在了蘋果iPhone晶片這塊肥肉上。

原本蘋果在2015年推出iPhone 6s時，其A9晶片的代工訂單是由台積電和三星電子分食。

▲iPhone A9晶片

但別忘了，與台積電只專注代工晶片製造不同，三星電子的整體業務十分廣泛，晶片代工只是其中的一小部分，更別說它在移動終端也有龐大的智慧型手機業務。

這意味著，三星電子的晶片也自產自銷。

但是，一向不喜歡把雞蛋都放在一個籃子裡的蘋果公司感到了危機。

一方面，從2011年起，蘋果和三星電子就因專利戰陷入了長達七年的官司泥沼，主要圍繞產品的實用和設計方面。

雖然三星電子曾在2015年同意向蘋果賠付5.48億美元，但雙方並未真正和解，再次進入上訴流程。

另一方面，在2012年，三星電子的競爭力不斷提升，不僅成為了蘋果iPad最大的螢幕供應商之一，還壟斷了iPad的NAND快閃記憶體、DRAM內存和其他核心配件，在一台均價560美元的iPad供應鏈中占據了36%的份額。

與此同時，當時的台積電與三星電子相比，前者不僅在晶片製程工藝、封裝工藝和出貨量上都更為成熟，成本也更低，自然成為了蘋果的優選。

基於這不可避免的多元競爭關係，蘋果和三星電子徹底分手，將三星電子晶片代工拒之門外。

隨後，蘋果2016年iPhone 7/7 Plus的A10 Fusion晶片、2017年iPhone 8/X的A11 Bionic晶片，這些代工訂單基本由台積電獨食，分別採用了16nm製程和10nm製程。

▲iPhone A11 Bionoc晶片

面對這筆得而復失的肥單，三星電子也不是沒有努力過。

可三星電子未曾料到，2017年5月，台積電宣布其7nm製程工藝成功試產，並將於2018年開始量產，而當時三星電子要完成7nm工藝的研發也得等到一年後了。

隨後6月，64歲的三星電子CEO權五鉉親自赴美拜訪蘋果高層，想要借雙方在OLED螢幕方面的合作關係，試圖在蘋果A12處理器的訂單上分一杯羹。

但事實證明，當時台積電的7nm製程工藝無論是在能效、功耗還是運算速率上，均優於三星電子。

不僅是蘋果，就連華為海思、高通、英特爾和聯發科等都紛紛投入台積電懷抱，三星電子搶單計劃流產。

在7nm上吃了虧的三星電子，在2018年4月正式完成7nm製程的研發，隨後便在10月宣布了7nm EUV工藝的量產計劃。

▲三星Exynos晶片

起初，由於三星電子的7nm EUV工藝技術不夠成熟，一度未曾被市場認可。

直到今年，三星電子的這一尷尬境況才稍見好轉。

三星電子憑藉著7nm EUV工藝技術和低價搶單手段，先是在今年6月搶下了英偉達大單，負責生產英偉達計劃於明年推出的下一代GPU。

隨後又有產業鏈消息傳言，三星電子重新獲得高通驍龍865處理器訂單，並將在今年年底前實現量產。

另一方面，彭博社曾在今年5月報導稱，台積電將繼續獨食蘋果A13處理器，準備進行大規模量產，此外Digitimes也在5月透露，台積電準備在第三季度開始量產華為麒麟985。

雖然，這些都表明台積電的手裡還有幾張分量十足的底牌，但對三星電子來說，今年可是它首次在7nm領域搶下台積電的大客戶訂單。

這也意味著，三星電子和台積電的晶片代工搶單大戰再次打響。

02

三星電子擴大代工業務，直追台積電

實際上，曾經三星電子的晶片代工業務一直「寄人籬下」，並不是一個獨立的部門。

2017年之前，三星電子的半導體帝國主要運營著存儲晶片和非存儲晶片兩大部門。

其中，後者又被稱為S.LSI（System LSI），主要負責IC設計和Fab晶片代工，為其客戶和自家的智慧型手機生產晶片。

但在移動終端廠商們看來，他們與三星電子之間存在的競爭關係，在三星電子的這種業務結構下存在著較大的商業風險。

因此，三星電子晶片代工業務的發展一直受到阻礙。

2016年，三星電子的半導體業務營收以401.04億美元位居世界第二，市場占有率達11.7%，僅次於英特爾。

然而，三星電子的晶片代工部門在這一年的營收僅為44億美元。

為了進一步擴大自身的晶片代工業務，提高半導體市場的競爭力，2017年5月，三星電子宣布將組建一個新的晶片代工業務部門，主要為高通和英偉達等客戶提供晶片代工服務，其中包括移動處理器和其他非存儲晶片。

不僅如此，2018年初，三星電子相關負責人曾放出狠話，表示要在2018年底實現超越聯電和格芯，躍升晶片代工市場份額第二的目標，並在未來直逼台積電。

那時，台積電已在晶片代工領域馳騁多年。

據拓墣產業研究院公布的數據顯示，2017年台積電的營收為320.4億美元，以55.9%的市場份額穩坐第一。

而當時排名第四的三星電子，晶片代工業務的營收為43.98億美元，市場占有率7.7%。

有趣的是，在這十大代工廠中，只有三星電子是唯一的IDM（Integrated Design Manufacturing ，整合組件製造商）廠商，雖遠不及台積電，但也是全球最大的IDM代工廠。

▲拓璞產業研究院發布2017年全球前十大晶圓代工廠排名

那麼三星電子在2018年是否達成了目標呢？

實際上，2018年上半年，三星電子的晶圓代工業務營收為21.64億美元，同比降低2.2%，市場占有率為7.4%。

反觀一哥台積電，上半年營收163.08億美元，相當於7個半三星電子，並瓜分著56.1%的市場占有率。

▲拓璞產業研究院發布2018年上半年全球前十大晶圓代工廠排名

但市場調研機構IC Insights統計，三星電子的晶片代工業務營收在2018年將增長至100億美元，以14%的市場占有率超越位列第二的格芯。

同時，台積電的營收也將達到347.65億美元。

值得注意的是，IC Insights的報告還指出，三星電子市場占有率的迅速提高主要得益於晶片代工部門的獨立，把其自產自銷的Exynos晶片歸在了晶片代工業務的營收中。

然而事實證明，三星電子不僅做到了，並且其營收還勢如破竹般增長，將格芯和聯電甩在了後頭。

截至今年6月，拓璞產業研究院發布2019年Q2全球前10大晶圓代工營收數據。

數據顯示，當下全球晶片代工需求仍在下滑，台積電Q2營收達75.53億美元，同比降低4%，市場占有率達49.2%。

三星電子Q2營收為27.73億美元，同比降低9%，市場占有率為18%，僅次於台積電。

而本季度的格芯、聯電以及中芯，其市場占有率均未達10%。

▲拓璞產業研究院發布2019年Q2全球前十大晶圓代工廠排名

目前看來，台積電在全球的晶片代工市場中，仍然無出其右，而三星電子則是一支最有機會在未來市場中挑戰台積電的潛力股。

但需要注意的是，今年第一季度中，台積電和三星電子的市場占有率分別為48.1%和19.1%。

如此看來，這兩季度以來，兩者之間的差距不僅沒有縮小，反而呈小幅拉大之勢。

03

7nm製程領域大戰激烈

如今，在全球晶片代工市場中，7nm製程技術是戰況最為激烈的一處戰場，也僅剩下台積電和三星電子雙方對峙，上演了一場又一場「神仙打架」。

率先在7nm領域取得優勢的台積電，在2018年實現量產後，憑這一技術陸續將蘋果A12、華為麒麟980和高通驍龍855大客戶訂單收入囊中。

今年6月，台積電總裁魏哲家在上海技術論壇上表示，台積電作為全球第一家大規模量產7nm工藝的晶圓代工產，目前市面上所有採用7nm製程工藝的晶片全都是由台積電生產。

據台積電2019年第二季度數據顯示，該公司今年Q2營收77.46億美元，其中7nm晶片的出貨量就占了晶片業務總營收的21%，位列第二。

第一則是16nm製程，占比23%。

▲台積電2019年Q2財報中晶片製程營收分布

誠然，在7nm這一節點上落後的三星電子，幾乎就只能和自己玩。

直到2018年，三星電子才正式完成7nm製程研發。

但不甘心讓台積電一家獨大的它，便隨後在10月宣布量產7nm EUV計劃，並將在2020年1月實現正式量產。

憑藉這項7nm EUV技術，三星電子紛紛拉客，終於在今年搶回了英特爾的晶片大單。

EUV（Extreme Ultraviolet Lithography）又稱極紫外光刻，是一種採用13.5nm長的極紫外光作為光源的光刻技術，對光照強度、能耗效率和精度等都有極高要求。

現在，大多數晶片生產使用的都是一種名為DUV（深紫外光刻）的技術，波長193nm。

但隨著半導體工藝的發展，晶片電晶體的面積和密度越來越接近物理極限，DUV技術在製造晶片時會產生嚴重的衍射現象，難以推進著製程工藝的進步，因此EUV技術就成為突破這一瓶頸的關鍵。

但目前，全球僅有荷蘭公司ASML掌握著高端光刻機的核心技術，設備的造價成本十分高昂，並且該公司在今年年初表示，2019年僅出貨30台EUV設備，每台售價超過1.2億美元，幾乎是DUV光刻機價格的2倍。

這麼看來，能夠搶到一台EUV光刻機設備無疑是對晶片代工廠實力和財力的雙重考驗。

▲ASML生產的第四代EUV光刻機

去年，ASML公開了EUV光刻機的預定情況，各大廠商共預定了21台光刻機，其中台積電占了10台，三星則占了6台。

而這，也將成為它們在7nm製程競賽中拔得頭籌的關鍵。

三星電子官方表示，其7nm EUV工藝相較於自己的10nm，不僅能將晶片面積減少約40%，還能提升50%能效，並和其他7nm工藝相比，能效也將提升10%。

緊接著在今年8月7日，三星電子公布了採用7nm EUV工藝的Exynos 9825晶片。

官方稱，該晶片性能將提升20%至30%，同時耗電量也將減少30%至50%。

值得一提的是，三星電子推出的Exynos 9825也是全球首顆7nm EUV晶片。

另一方面，早在今年5月，就有報導稱台積電已開始量產7nm+ EUV，並由華為麒麟985先行，同時蘋果的A13晶片也瞄準了這一技術。

雖然雙方都並未官宣將採用台積電的7nm+ EUV技術，但就目前來看，台積電和三星電子在7nm EUV製程的對決上，三星電子確實以Exynos 9825占了先機。

▲三星Exynos 9825晶片

04

7nm製程以下，搶先攻克物理極限

其實，在7nm以下的製程工藝方面，三星電子和台積電也照樣打得火熱，但以口水戰為主的成分更大。

今年6月，台積電正式官宣6nm工藝，其採用EUV技術，電晶體密度相比7nm提升了18％。

同時，該工藝預計在2020年第1季度進入試產階段。

在5nm製程方面，2018年6月，台積電宣布將投資250億美元研發5nm工藝，並在今年3月進入了風險試產階段，預計將在明年2月實現量產。

此外，台積電也早把3nm工藝的研發提上日程。

今年7月，官方表示3nm製程正處於早期研發階段，其尺寸將比前一代縮小30%，預計將在2020年實現量產。

甚至在2nm工藝節點上，台積電同樣布下了局。

今年6月，台積電宣布正式啟動2nm工藝研發，預計將於2024年投產。

三星電子也不甘落後，它在前段時間公布了最新的晶片代工計劃路線圖，其6nm、5nm和4nm工藝也將接踵而至。

▲三星最新公布的晶片製程路線圖

路線圖顯示，三星電子首先計劃將在今年下半年量產6nm LPP（6nm Low Power Plus），該工藝作為三星電子7nm LPP的加強版，其電晶體密度也將提升10%，並實現更低功耗。

其次，5nm LPE（5nm Low Power Early）將在今年內完成流片，並於明年上半年投入量產。

5LPE不管是在性能、功耗還是核心面積上都將得到一定的提升。

同時，4nm LPE（4nm Low Power Early）將會在今年內完成設計，並將在2020年實現首次流片，2021年投入量產。

三星電子表示，這三項工藝技術，實際上是在其7LPP工藝的基礎上不斷推進得來的。

同樣，三星電子也將其工藝研發的觸手伸向了3nm節點。

此前2018年12月，三星電子曾表示其3nm工藝已完成性能驗證，將在2020年實現大規模量產。

▲台積電與三星電子的晶片製程之戰節點

05

結語：兩大晶片代工巨頭迎來新競賽浪潮

如今，三星電子和台積電在晶片代工領域仍在持續火拚。

一方面，三星電子雖然在過去幾年與大客戶訂單失之交臂，但今年憑7nm EUV工藝強勢搶單英偉達後，也意味著其向台積電重新宣戰。

另一方面，台積電一直以來坐擁著晶片代工市場的半壁江山。

三星電子自重新調整其半導體業務結構後，一路突破重圍，其市場份額也從全球第四斬殺到僅次於台積電的地位。

在晶片製程領域，7nm及以下領域雖僅剩台積電和三星電子對打，但雙方在製程上的不斷研發和力爭量產，也將是一場漫長而激烈的搶食戰。

與此同時，這也是純晶片代工巨頭和全產業鏈電子巨頭之間的一場對決。

台積電作為晶片代工模式的首創者，自1987年創立以來，經過了32年的發展，已然成為全球最大的晶片代工企業。

而三星電子想要將公司業務布局全產業鏈的野心也日益明顯，一邊忙著推進其智慧型手機等移動終端的業務發展，一邊也不忘提高自身在半導體領域的競爭力。

雖然，今年全球政治和經濟的摩擦影響了晶片代工市場的需求，各大晶片代工廠商營收同比均成下滑之勢，但整體晶片市場隨著晶片AI化和雲端AI晶片的創新，其發展勢頭仍較可觀。

晶片代工領域的頭部玩家格局亦未定型，各方玩家還在不停廝殺。

特別是韓國半導體產業也正面臨著危急關頭，以三星電子為首的韓系玩家不甘落後，它們既不想繼續受到日本在半導體原材料方面的限制，同時三星電子作為全產業鏈的電子巨頭，也不想輸給代工廠。

無論是晶片代工一哥台積電，還是全產業鏈電子巨頭三星電子，它們都希望在晶片製程技術的研發和量產落地中先奪優勢，並順勢而上進一步刮分市場。