三星大幅提高其最尖端的3nm制程的良率与产量，用于抗衡台积电

日前，台积电在台南科学园区举办 3nm 量产暨扩厂典礼，正式宣布启动 3nm 大规模生产。虽然三星早在半年前就已经开启了 N3（3nm）工艺芯片制造，但由于刚刚采用 GAA 的原因似乎生产良率有严重下滑。  

当然，三星也没有坐以待毙，此前业界称其已经联合 IBM、Silicon Frontline Technology 等公司合作提高 3nm 成品率，希望为自家手机争取到部分高通骁龙 8 Gen3 的订单。今日据韩国经济日报报道，三星一位高管在受访时表示，相比于此前受困的良率问题，三星第一代的3nm制程良率“接近完美”，第二代3nm芯片技术也迅速展开。“我们现在正在马不停蹄地开发第二代3nm芯片。”  

此前中国台湾媒体报道称，台积电的3nm工艺实现了高达85%的生产良率，高于三星。韩媒称，这一数字过于夸张，韩国行业消息人士认为实际可能在50%。他们表示，考虑到台积电向苹果大规模生产和交付业界最小的芯片的周期，其产量最多为50%。  

据悉，在三星与台积电都进入3nm制程的时代之后，未来3nm制程将会成为晶圆代工市场的主流。因此，预计到2025 年之际，3nm制程市场的产值将会高达255 亿美元，超越当时5nm制程预估的193 亿美元产值。根据市场调查机构TrendForce 的数据显示，2022 年第三季度，在全球晶圆代工市场中，台积电仍以53.4%市场份额稳居第一，排名第二的三星市场份额仅16.4%。所以，在市场激烈竞争下，也使得3nm制程将成为未来两家公司主要竞争的关键。  

台积电和三星在先进制程竞争激烈，除先进制程技术以外，两家公司也都在积极布局下游先进封装领域。包括3DFabric平台、I-Cube与X-Cube系列，希望结合先进制程，加上独门的先进封装技术，以完整的解决方案，争取客户青睐。不过，三星与台积电两家厂商也有三大差异，决定两者的发展方向必然不同。   

三星与台积电的差异

三星与台积电的最大差异当属商业模式，三星和英特尔同样有整合元件（IDM）业务领域，但台积电一开始就鼓励IC设计厂商“fabless”，以自身专注晶圆制造为客户服务。台积电不与客户竞争，加上先进技术、强大制造、坚强的客户伙伴关系等三位一体竞争优势，近十年培养出规模经济，彼此间有加乘效益。不过，三星因有强大系统整合与终端产品经验等，对部分寻找出海口的芯片厂来说具有更大话语权，比如和芯片客户谈代工也谈订单，在三星晶圆代工厂投片，将有望在三星旗下品牌导入采用。三星是全球前二大智能手机品牌，年出货量约2.4亿支，调整自制与采购芯片自然产生彼此平衡力道。例如三星往IDM模式发展，对其他直接竞争的手机品牌的投片生产当然较难争取，但若非直接竞争者的芯片或GPU厂商，相对无利害关系，找三星代工就是一个参考选项。  

第二大差异是量产规模决定了代工地位，因三星晶圆代工的先进制程产能仅约台积电四分之一，其中产能有五成以上自用，仅约四成释出接单，总产能仍少于台积电，不少投片生产的客户多将三星代工当成第二供应商的考量。双方PK最厉害的应该是先进制程的量产规模，代表了最直接的竞争力。虽然三星常把超越台积电挂在嘴边，但知名研究机构The Information Network预测，台积电和三星在7nm乃至更先进的制程上，实际量产产能规模差距近三年仍相当明显。以7nm来看，2019年时台积电7nm产能约每月10.5万片，对应三星制程的相关产能则仅约2万片，2020年二者之间产能差距推估约14万片与2.5万片，台积高出三星4.6倍。同样的情况也在5nm制程上发生，机构数据显示，推估台积电5nm月产能将在2022年内达到月产12万片，三星也积极在韩国本地扩充，估计月产能有机会达到3.5万片，台积电仍超过2.42倍。  

第三大差异，市场估计将落在3nm制程技术上。三星在3nm先进制程的实际量产时间为2022年上半年，率先量产第一代3nm，采用环绕闸极技术（Gate-All-Around；GAA）精进制程，提高量产良率。台积电则是在2022年下半年量产3nm，仍采用鳍式场效电晶体（FinFET）技术。三星同时开发3nm乃至2nm所需的第二代技术多桥通道场效应电晶体（Multi-Bridge-Channel FET；MBCFET），希望在第一代3nm量产后一年导入生产。三星指出，新技术能使芯片效能较7nm制程提高35%、面积减少45%，功耗降低五成。但并未讲明实际量产情况，尚须持续追踪。台积电仍使用FinFET架构提供客户3nm制程产能，并在法说会上强调，将提供客户最成熟的技术、最好的效能及最佳的成本，对照5nm及7nm的开发与导入时间，台积电选择多种的成本组合让客户选择，让高效能运算及智能手机应用上都有较多客户使用3nm。  

然而，随着3nm的代工价格持续攀升也让不少客户望而却步。从成本核算的角度来看，第三方分析机构IBS曾算过一笔账，晶圆厂在3nm制程的工艺研发投入达到40亿美元-50亿美元，建一座3nm制程、每月生产4万片的生产线，成本约为150亿美元-200亿美元，这还只是晶圆厂的投入。先进制程芯片的开发费用同样不遑多让，其研发费用主要包括芯片设计、IP、EDA、设备等，根据第三方半导体研究机构Semi engineering计算，28nm制程的开发费用大约为5130万美元，到16nm制程需要投入1亿美元，到5nm制程节点，这个费用达到5.42亿美元。可见先进制程芯片的制造成本一路飙高。

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