芯片先进制程产能是如何被瓜分的

探针台

原创 畅秋 半导体行业观察

目前，已经量产和即将量产的最先进制程主要是7nm和5nm，此外，8nm和6nm作为过渡性质的制程，也占据着一定的市场份额。而具备这几种先进制程量产能力的厂商也只有台积电和三星这两家了。
而另一家半导体制造大厂英特尔，在先进制程方面，已经落后了，目前，该公司的主力先进制程是14nm，不过，英特尔的市场影响力和规模还是相当给力的，这样就产生了矛盾，即市场对其cpu的巨大需求，与其先进制程产能不足形成了巨大反差，再加上最近两年AMD的崛起，特别是采用台积电7nm制程后，更使AMD如虎添翼，对英特尔的市场份额形成了很大的挤压。
在这种情况下，受产能不足困扰的英特尔，最近两年不断加大在台积电代工芯片的份额，当然，代工的主要是AI、通信类产品。目前来看，英特尔芯片外包代工的趋势仍在演进，有报道称，明年，台积电有可能再获英特尔CPU和GPU订单，预计在2021年问市的英特尔Xe架构DG2图形处理器可能交由台积电6nm生产。
从制造难度来看，GPU生产工艺技术低于CPU，较容易生产，而台积电在GPU方面也累积了不少经验，因为英伟达和AMD的GPU都交给其生产过。
如果情况属实的话，那么刚刚实现量产的6nm，以及即将量产的5nm，这么快就被芯片巨头盯紧了，再加上供不应求的7nm，以及作为10nm向7nm过渡的8nm，这几个总体供给量有限的先进制程产能，如何能在供不应求的情况下尽量分配好，成为了卖家幸福的烦恼。
8nm
为了加快追赶台积电，三星去年就直接上了7nm EUV工艺，并且在7nm EUV量产前，还推出了8nm工艺。目前，市场上也只有三星提供8nm及8nm LPP制程工艺。
8nm LPP听上去跟7nm就差了1nm，但实际上是两代工艺了，7nm是全新的节点，8nm LPP是10nm制程的改进版本，与7nm相比，其性能相差不多，但成本有明显优势。
理论上，与前一代制程相比，新工艺节点应该带来比前一代节点低至少15％的面积，但三星的8LPP节点在扩展方面不像台积电的7nm制程那样具有积极性，这使得台积电在这一代产品中具有密度优势。
2018年11月，三星发布了采用8nm制程的Exynos 9820处理器，这是基于10nm制程的Exynos 9810的后继产品，被用于韩版三星Galaxy智能手机，如S10和S10 5G。
2019年9月，三星发布了首款集成5G能力的处理器Exynos 980，采用的也是8nm制程。Exynos 980是三星推出的首个5G集成SoC。
高通方面，其骁龙730和骁龙730G芯片，也采用了8nm LPP制程工艺，不过不支援5G。另外，骁龙765和骁龙765G移动平台，也采用了三星8nm工艺制造。
在GPU方面，有报道称，英伟达即将推出的下一代 GPU “安培”（Ampere），面向数据中心的版本会用三星7nm制程工艺，而Videocardz网站接到匿名爆料，称某款安培游戏GPU会用8nm LPP工艺，且已经准备流片了。就目前情况来看，安培GPU采用三星8nm LPP制程的可能性还是挺高的。
另外，在矿机领域，用到的先进制程也很多，例如，蚂蚁与神马矿机，就采用了台积电7nm和三星的8nm。台积电7nm性能占优，但因为客户太多，因此产能与价格上有劣势。相比之下，三星的8nm虽然性能差一些，但成本低很多，除了供给三星手机外，矿机出货量较大。据悉，嘉楠也由台积电7nm转向了三星的8nm。
7nm
7nm有多个版本，而且台积电和三星这两家的划分和命名也有差异。
三星在14nm时代是领先于台积电的，但在10nm，特别是7nm节点被台积电反超了，不过，三星在定价方面一直都有竞争优势。
三星在2018年10月宣布其7nm LPP（Low Power Plus）制程进入量产阶段，三星在 7nm制程技术上跳过了DUV阶段，直接进入EUV技术。而采用EUV的台积电第二代7nm则领先三星近一年实现了量产。
台积电
台积电7nm在2017年底就有试产，2018年实现小批量生产，大规模量产是在2019年，在2019年第二季开始量产N7+（EUV的），与N7相比，N7+的逻辑密度比N7提高15%至20%，同时降低了功耗。
台积电7nm工艺量产后，2019年有100多个芯片陆续流片，包括CPU、GPU、AI、加密货币芯片、网络通信、5G、自动驾驶等芯片。客户包括苹果、华为海思、联发科、高通、英伟达、AMD、赛灵思、比特大陆等。苹果的A13处理器、海思的5G基站芯片，以及AMD的GPU、CPU和服务器芯片都集中在2019下半年出货，且都在争取台积电7nm产能，使其相关产线处于满负荷运转状态，交货时间从原本的2个月拉长到半年，客户一直在排队抢产能。
具体来看，华为海思于去年9月推出的麒麟990 5G芯片采用了台积电的7nm EUV工艺，联发科的天玑1000也采用台积电7nm工艺制造。
高通方面，骁龙865将采用7nm工艺。据悉，骁龙865采用的是台积电的7nm “N7P”工艺，这一工艺由7nm制程改进而来。对于骁龙865为何使用台积电第一代7nm(N7P)工艺，而没使用其第二代7nm EUV，高通方面表示，EUV技术能让晶圆制造商避免双重、三重、四重曝光，从而节省大量的晶圆生产时间，但是它对最终用户体验不会有太多实质影响。代工骁龙865，是继之前的骁龙855之后，台积电再次代工高通的高端移动平台。
苹果方面，2019年9月推出的iPhone 11系列所采用的A13仿生芯片，是由台积电7nm EUV工艺打造。
另外，由于高通X55采用台积电7nm生产，在苹果(iPhone 12系列将配备高通骁龙X55基带)带动下，高通已大举预订2020年7nm产能。
矿机方面，比特大陆下一代矿机芯片S19采用台积电7nm工艺制造。
目前来看，台积电的7nm产能依然很抢手。据悉，今年下半年，台积电的7nm产能将增至每月14万片。这其中，AMD占据着不小的份额，由于该公司最近两年快速崛起，成为了行业和资本市场关注的焦点，同时，其在台积电的订单量也大增，据悉，今年，AMD的7nm订单将增加一倍，每月需要3万片晶圆的产能，占台积电7nm晶圆总产能的21%。此外，华为海思和高通所占比例相似，将占7nm产能的18%左右，而联发科将占14%。
三星
与台积电相比，三星7nm的产能利用率则逊色了很多，在量产初期，是以10K左右的少量量产开始的，随着客户下单量增加，持续提升产能。
初期，除了三星自家之外，三星7nm EUV的客户只有IBM，双方曾对外表示将合作开发下一代高性能Power处理器。
2019年7月，英伟达韩国业务负责人Yoo Eung-joon表示，英伟达与三星达成合作协议，将采用三星7nm EUV工艺生产下一代GPU。
实际上，英伟达与台积电和三星都有合作。
高通方面，其骁龙735会采用三星7nm EUV工艺，这也有利于5G终端降价。
2月20日，三星宣布，在韩国华城工业园新开一条专司EUV技术的晶圆代工产线V1，主要用于量产7nm。
目前，V1已经投入7nm和6nm EUV移动芯片的生产工作，未来可代工到最高3nm水平。根据三星规划，到2020年底，V1产线的总投入将达60亿美元，7nm及更先进制程的总产能将是2019年的3倍。
6nm
台积电于2019年4月推出了6nm制程（N6），它是基于7nm工艺改进的，设计方法与7nm工艺完全兼容，随着EUV技术的进一步应用，N6的逻辑密度将比N7提高18%。
根据规划，台积电的6nm制程于2020年第一季度试产，并于年底前进入量产。
近期，紫光展锐发布了基于台积电6nm EUV工艺的5G SoC虎贲T7520，据悉，该款芯片技术难度提升了70%，相对上一代12nm芯片，资金投入增加了4倍。
另外，麒麟820可能是华为一款定位中端的5G处理器，有传言称，这款芯片将采用台积电的6nm工艺制造，并支持5G通信网络。还有一种说法，是麒麟820会采用三星的6nm工艺制造。消息人士称，麒麟820将会在今年第二季度量产。
三星方面，该公司于2019 年初宣布第一个基于EUV技术的6nm客户开始流片。此外，三星原计划在2020年推出6nm LPE版本。三星6nm基于7nm工艺改进，在7nm EUV基础上，运用三星的Smart Scaling技术，缩小芯片面积并降低了功耗。
今年1月，消息人士透露，三星晶圆制造业务高管已经确认6nm工艺芯片实现量产，虽然三星没有提及客户信息，但从目前情况来看，应该是高通公司，目前还不确定是哪款芯片。
5nm
目前来看，台积电会在今年第二季度全面量产5nm制程。
因此，台积电的5nm继其7nm之后，又成为了业界的香饽饽，产能供不应求。
首先，苹果A14处理器和华为海思新款5G规格Kirin手机芯片是台积电5nm工艺的首批两大客户，此外，高通5G芯片X60及新一代骁龙875手机芯片，也将采用5nm。供应链人士称，今年，苹果包下了台积电三分之二的5nm产能。
此外，业界大红大紫的AMD也在争取台积电的5nm订单，估计明年会出货。至于联发科、英伟达、赛灵思、比特大陆等重要客户，也都在后边排队等候台积电的5nm产能。
在这种情况下，台积电计划将5nm月产能由原本的5万片提升至8万片。
三星也在加码研发5nm工艺，三星此前透露的信息显示，5nm LPE（5nm Low Power Early）工艺原计划今年上半年投入量产，但从目前的情况来看，量产要等到2021年了。
不过，三星拿下了高通X60芯片的部分订单，预计会在明年采用5nm制程生产。
结语
目前来看，晶圆代工争夺的焦点从原来的7nm，上升到了5nm。而随着市场需求和工艺技术的进步，明后两年4nm、3nm、2nm制程的争夺战也会打响。
而三星真正有希望超越台积电的制程可能是3nm，因为三星是第一家官宣使用全新GAA晶体管的，在3nm节点将会用GAA环绕栅极晶体管取代FinFET晶体管，三星希望2021年量产3nm工艺，而今年上半年完成3nm工艺开发。
到时候，一众大牌客户又将排队等候产能。无论是买房还是卖方，希望那时能有新的元素或黑马杀出，为产业增加新的看点和吸引力。
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haoren007

好文章！！！希望国内晶圆厂能争取买到ASML高精度EUV光刻机，早日实现10nm工艺量产