台积电罕见为3nm举行量产典礼,但想说服客户下单并不容易

日期:2022-12-29发布:草莓酱

台积电罕见为3nm举行量产典礼,但想说服客户下单并不容易

【文/观察者网 吕栋】

比三星晚了半年,全球芯片代工龙头台积电的3nm制程也终于官宣量产了。

12月29日上午,台积电在台湾岛内台南科学园区举办“3nm量产暨扩厂典礼”,现场露面的除了台积电高管,还有台湾当局“行政院”副院长沈荣津、经济部门负责人王美花等一众官员,以及应用材料、泛林半导体、ASML、东京威力科创等美欧日半导体设备供应商。

不过耐人寻味的是,在台媒的报道中并未见到苹果、高通、英伟达、AMD等美国大客户到场站台,也让现场缺了不少“欢呼声”。就在不久前,库克、黄仁勋、苏姿丰等人曾集体到美国亚利桑那州为台积电的机台移入典礼捧场,称要以“实际行动”支持“美国制造”。

回溯过往,台积电7nm、5nm等重要节点量产时都颇为低调,此次为何大张旗鼓举办典礼?另外,随着全球半导体需求萎靡,先进制程售价越来越高、性能升级逐步放缓,台积电3nm制程能吸引来多少客户分担成本?抢先台积电半年量产3nm的三星,现在状况又如何了?

生产5nm和3nm的台积电晶圆18厂

罕见举办量产典礼,有何意味?

根据台媒报道,台积电董事长刘德音一早就到达典礼现场。他透露,3nm制程的良率,已经和5nm量产同期的良率相当,未来该制程将被应用在超算、云计算、AR、VR等应用当中。

除了官宣3nm制程量产,台积电还计划在台南进一步扩产。刘德音表示,台积电在当地的投资总计达1.86万亿新台币(约合人民币4226亿元),生产5nm和3nm的晶圆18厂第八期扩产即将开始,每期都包含大型洁净室,且每期都是一般标准逻辑电路工厂的两倍大。

7nm和5nm量产都没有举行典礼,台积电为何要高调官宣3nm量产?岛内媒体解读称,这一方面是想破除市场对台积电“去台化”的担忧,台积电希望在赴美日建厂之际,显示出在岛内持续投资先进制程的意图;另一方面是想消弥良率不佳的传言,提振低迷的半导体市场行情。

尽管刘德音称未来3nm“需求将非常强劲”,但台积电当下想说服客户下单3nm并不容易。

台积电3nm量产典礼 图源:台媒

首先,上游消费电子终端销售不振,连带全球半导体市场持续低迷。

以半导体重镇韩国的数据为例,把11月算上,当地芯片产量已连续4个月下滑,年减率高达15%,降幅创下2009年以来最高。与此同时,当地芯片库存量呈现两位数增长,11月更同比增长20%。

另外,先进制程的性价比在持续降低,外界不断质疑台积电和三星在制程命名上玩文字游戏,晶体管密度并不符合摩尔定律的要求。根据第三方统计,三星3nm制程晶体管密度为1.7亿颗/平方毫米,而英特尔7nm工艺可达1.8亿颗/平方毫米,可见三星3nm工艺的晶体管密度连英特尔的7nm都不如。

台积电、三星、英特尔等厂商不同制程节点的晶体管密度对比 图源:DigiTimes

据台积电透露,相较于5nm制程,3nm制程的逻辑密度将增加约70%,在相同功耗下速度提升10-15%,或者在相同速度下功耗降低25-30%。而上一代5nm相较于7nm,逻辑密度增加高达1.8倍,相同功耗下速度增快约20%,相同速度下功耗降低约40%。

不难看出,3nm制程带来的性能提升幅度,并没有5nm那么大,但3nm制程的价格却更贵了。岛内媒体上个月爆料,台积电采用3nm制程的12英寸晶圆片单价已突破2万美元(约合人民币14.3万元),相比7nm制程的价格翻倍,相比5nm制程涨幅也有25%。

台积电晶圆代工价格不断创新高

价格的涨幅超过性能的涨幅,下游厂商会轻易接受吗?

岛内半导体设备人士透露,由于过去1年多来3nm良率拉升难度飙升,台积电为此已不断修正3nm蓝图,且划分出N3、N3E等多个3nm家族版本,再加上半导体供需反转,英特尔、苹果新品计划也有所修正,因此首代3nm制程虽量产,但四季度出货片数甚少。

尽管台媒称台积电3nm将在明年年中放量,且苹果、高通、AMD、联发科与英伟达等多家大厂已排定2023-2025年量产时程,但在当天的量产典礼上并没有客户现身。原本华为也是台积电先进制程的大客户之一,但在美国阻挠下,双方合作不得不终止。

良率低下,三星客户接连“出走”?

作为全球晶圆代工市场的老二,三星今年三季度的市场份额仅15.5%,与台积电56.1%的份额仍存在难以弥和的差距。但三星一直以超越台积电为目标,今年6月抢先量产了3nm制程。

2022年三季度,全球晶圆代工市场份额 图源:TrendForce集邦咨询

但速度领先的三星,却在良率上不停遭遇困境。上个月,韩媒《Naver》的爆料显示,三星的3nm制程良率还不到20%,这意味着从晶圆上切割下来的芯片裸片(die),只有20%可以通过质量控制。目前,三星正与一家美国公司合作,试图减少芯片缺陷,提高良率。

良率的低下,也让三星比台积电更早遇到了招揽客户的难题。6月底3nm制程量产至今,三星一直没有披露客户的下单情况,甚至三星自己的手机处理器都没有导入自家的3nm制程。以至于台积电总裁魏哲家暗讽三星:技术要来赚钱用的,不是好看用的。

台湾半导体设备人士传出,三星最重要的两个大客户中,英伟达已由三星8nm制程转向台积电的5/4nm制程,高通也大幅提升台积电订单比重,连续两年接受台积电涨价,并将骁龙8 Gen1 Plus和最近旗舰骁龙8 Gen 2下单台积电,采用4nm制程。

三星代工业务和半导体研发中心的员工举起三根手指作为3nm的象征,庆祝该公司首次生产采用GAA架构的3nm制程芯片

此外科技媒体“DigiTimes”报道称,三星还丢掉高通5G调制解调器与射频芯片订单,后者2023年分别转投台积电5/7nm家族。随着两大客户订单流失,再加上手机出货量下调,自家处理器出货也修正,三星7nm以下的巨额投资的回收期或将更漫长。

台湾岛内半导体设备人士估算,2019年台积电开始采用极紫外光刻机(EUV)量产7nm,当年资本支出为149亿美元,2022年底3nm量产,同年资本支出虽两度下调,但仍高达360亿美元,未来数年该公司资本支出规模都将在300亿美元以上。

对比来看,三星近年资本支出虽然也飙升,2022年约为400亿美元,但存储器投资占比最大,晶圆代工最多约为100多亿美元,相当于台积电的三分之一左右。

目前,三星仍在持续扩产,除了在韩国增产4nm产能外,总投资170亿美元的美国德州新厂预计2024年下半量产,并已计划未来20年内,在德州兴建11家新厂。但如果没有大客户订单支撑,三星的晶圆代工事业如何发展下去,市场会产生更多疑虑。

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