從7nm看晶片行業的貧富差距

2020-09-05

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和1Xnm半導體工藝的百花齊放相比，個位數的製程就顯得單調許多了，很多在10Xnm大放異彩的半導體公司都在7nm製程處遭遇到了苦頭，隨著AMD御用代工廠商GF宣布無限期延期7nm製程工藝，目前僅剩下的7nm工藝也只有台積電能夠在現階段實現量產，無論是華為的麒麟970處理器還是蘋果的A12處理器，他們清一色地選擇了台積電作為代工廠。

在這個贏者通吃的半導體工業中，台積電似乎占據了半壁江山，尤其是7nm這種先進位程工藝。

而晶片行業也隨著工藝難度的加深呈現貧富兩極分化的情況。

為什麼7nm工藝製程這麼難？

在討論7nm製程難度的時候，我們需要普及一個量子力學上的概念，這樣子可以有助於我們理解為什麼低製程的成本急劇提升，那就是量子隧穿效應。

在量子力學裡，量子隧穿效應指的是，像電子等微觀粒子能夠穿入或穿越位勢壘的量子行為，儘管位勢壘的高度大於粒子的總能量。

在經典力學裡，這是不可能發生的，但使用量子力學理論卻可以給出合理解釋。

如果通俗點來講，就是說製程工藝到一定程度下，電路與電路之間的距離降低到一定程度就會出現量子隧穿效應，這些電子呈現的是一種我們所不知道的規律進行運動，於是這些不可控制的電子造成了半導體的漏電率急劇上升，有太多的能源被浪費在控制電子運動上，自然不能發揮電晶體應該有的性能，宏觀上表現為處理器的發熱量增加，但是性能沒有太大的變化。

當然對於量子隧穿效應目前還沒有完全能夠消除的辦法，畢竟這個已經屬於自然規律，即使是量子力學我們也沒有完全掌握，因此只能減少這種情況的發生。

這就意味著製造材料需要進行重新研發，而這種尖端技術的投入可能是無底洞，投資了一大筆錢，最後獲得的成果或許不進入人意，沉沒成本實在太高，因此只有充足的資金才能夠投入到更新的工藝製程的研發中去。

而實現低距離製程的還有一個重要的因素，那就是被稱之為現代光學工業之花的光刻機，7nm製程的實現離不開高性能光刻機的運行，其中荷蘭的ASML幾乎壟斷了全球頂級光刻機的份額。

眾所周知，光刻機這種精密儀器製造成本和製造時間都十分漫長，其中ASML最新的光刻機之一的NXT2000i光刻機單台售價更是達到上億美元，而NXT2000i光刻機也是進行7nm乃至於未來5nm製程的最佳利器，儘管光刻機售價高昂，但是追求者絡繹不絕。

除了台積電之外，三星和Intel也砸巨資追求這台性能出色的光刻機，在產量有限的情況下，其他的晶片工藝製造商即使擁有合適的工藝，沒有性能出色的光刻機，同樣不能進行優秀的代工。

這也就是7nm製程晶片成本急劇提升，量產困難的另外一個原因。

除了台積電，還有誰？

當然不差錢的主除了台積電之外，自然還有其他的半導體公司在追求7nm製程工藝，包括三星以及英特爾。

和台積電進行純粹的代工不同的是，三星和英特爾都有自己的產業鏈，也就是說自己就可以實現自給自足。

當然這也是7nm時代能夠存活下來的一個重要因素。

晶片代工講究的是規模效應，前期投入的資金需要通過大量的晶片來平攤巨額的研發成本，同時晶片代工行業也是一個商業行為，企業追求是利潤，如果沒有利潤，賠本的買賣相信大家都不願意長期幹下去。

而作為擁有完整IC設計的三星和英特爾自然擁有大量的晶片需求來滿足自己的晶片代工行業。

即使沒有代工，他們同樣可以自主滿足7nm工藝製程的產能，而其他的晶片代工或許就沒這麼幸運了。

例如格羅方德先進位程製造公司，沒有了AMD最新的Zen 2以及Navi顯卡的訂單，自然推廣7nm製程的動力就小了很多，沒有訂單也沒有利潤，導致沒有足夠的研發資金投入到先進位程工藝的研發中去。

「馬太效應」逐漸顯現

馬太效應，指強者愈強、弱者愈弱的現象，廣泛應用於社會心理學、教育、金融以及科學領域。

馬太效應，是社會學家和經濟學家們常用的術語，反映的社會現象是兩極分化，富的更富，窮的更窮。

「馬太效應」同樣適用於7nm的晶片行業，在這個贏者通吃的行業中，像台積電憑藉著率先實現的7nm工藝獲得了大量的訂單，而AMD也已經宣布未來的Zen 2和Navi顯卡將會讓台積電進行代工，海量的訂單滿足了台積電的7nm胃口，自然可以分攤巨額研發費用，同時還能賺取大量的利潤進行更進一步的製程工藝中來，這種良性循環也讓台積電的財報節節攀升。

而其他的晶片代工企業恐怕就過得不那麼舒服了，沒有率先占據7nm的高點，隨後便失去客戶的訂單，同時也沒有足夠的預算進行研發投入，這樣周而復始，自然也就退出了晶片行業的競爭中來。

而整個晶片行業也伴隨著門檻的提升處於寡頭化的情形，除非有黑科技大幅降低先進位程的製造成本，玩得轉現在和未來晶片代工的最終還是那幾個科技巨頭。

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