三星、台积电决战3nm制程：既分高下，也决生死

　　近两年，全球遭遇巨大的芯片危机，各大芯片代工厂即便把所有产线的产能拉满，也难以满足市场的需求，导致芯片价格一路飙升，狂涨数十倍。台积电和三星作为目前全球排名前二的芯片代工厂，更是在这两年中赚得盆满钵满，哪怕台积电不断提高芯片代工价格，订单还是接到手软。特别是下半年3nm工艺量产，更是可能给台积电带来巨幅的营收增长。
　　近日，中国台湾《工商时报》报道称，台积电3nm工艺完成技术研发及试产工作后，第三季度下旬投片量就会开始拉升，第四季度的月投片量将达到千片以上水准，进入到量产阶段。以目前的情况来看，3nm工艺初期良品率表现比之前的5nm工艺的初期更好，明年即可稳定量产，并开始贡献营收。苹果作为台积电最大客户，将率先尝鲜新工艺，据传M2Pro就将基于3nm工艺打造。
　　（图源：三星官方）
　　三星作为台积电的老对手自然不会示弱，7月份就已宣布3nm工艺量产并正式出货，比台积电还早。如今，两大芯片代工厂先后迈入到3nm时代，宣告着两家之间的最终战即将拉响。三星为了抢到台积电的订单，更是豪掷50000亿韩元（约合257亿元人民币）扩产4nm工艺，希望拿到高通、AMD、英伟达等大厂的订单。
　　台积电和三星之间的竞争已持续了近十年，三星这次能否如愿借助3nm工艺实现弯道超车，一举赶超台积电呢？答案可能很快就会揭晓。
　　台积电、三星的历史恩怨
　　台积电和三星作为芯片代工厂，自身其实是不会进入芯片研发或销售领域，以避免和客户之间形成竞争。所以，他们最主要的赚钱方式，得依靠苹果、AMD、高通等芯片制造商提供的代工订单。其中，苹果毫无疑问是最大的客户，每年仅iPhone产品可能就需要2亿枚以上芯片，如今再加上M系列，芯片需求量非常夸张。谁能拿下苹果的芯片订单，就意味着你的营收有稳定的保障，而这也真是台积电和三星争夺的目标。
　　（图源：苹果官方）
　　早年，三星其实占据了绝对的优势。2007年乔布斯发布第一代iPhone时，使用的正是从三星采购的ARM架构芯片。后续搭载于iPhone4、iPhone4s、iPhone5、iPhone5s5c身上的A4、A5、A6、A7芯片也均由三星代工，那时候还没有台积电什么事。
　　而转折点出现在2011年，因为三星自己也从事手机研发和销售业务，且是全球最大的手机厂商，如此一来就与苹果在智能手机市场上有了竞争关系。当时，苹果在美国对三星提起诉讼，认为三星第一代Galaxy手机与iPhone长得太像了，侵犯了苹果的若干专利，要求赔偿10。5亿美元。三星自然是不服气，两家就这样互相拉扯，直到2018年6月双方才达成和解。
　　（图源：theverge）
　　苹果与三星闹矛盾，苹果自然不愿意继续找三星代工，所以从2011年起就开启了“去三星化”进程。本来A5、A6和A7芯片都准备找其他厂商代工，但当时的台积电工艺制程不如三星，良品率也远不及预期，苹果只能继续选择三星，直到2014年推出的A8芯片，才全部转由台积电代工。
　　台积电能顺利从三星手中抢到苹果的订单，一方面是苹果急着寻找可替代的代工商，给台积电制造了很大的机会。另一方面是台积电在20nm工艺上取得重大突破，良品率大幅提升，而三星的20nm工艺突然掉链子，关键问题迟迟无法解决，良品率满足不了苹果的要求。正是这样的天时地利，让台积电成功抱到了苹果这条大腿。
　　大客户被抢三星自然很不爽，于是决定不搞20nm，选择直接从28nm跳到14nm，对台积电的16nm形成反超。所以，在2015年的A9芯片上，苹果又重新分给三星一部分订单，于是出现台积电代工和三星代工两种版本。理论上，三星14nm表现应该是优于台积电16nm，但消费者的口碑却完全相反，很多人都担忧买到三星代工的版本。
　　（图源：9to5mac）
　　这次的失利，让三星彻底失去苹果的代工订单，之后的A10、A11、A12，以及今年的A16均由台积电代工，制程也从2015年的16nm，稳步提升到4nm。隔壁三星确实也在紧追台积电的步伐，去年也量产了4nm芯片，高通骁龙8Gen1就是基于三星4nm生产。但实际表现大家都有目共睹，以至于下半年的骁龙8Gen1紧急转为台积电4nm代工，这才强行挽回了高通的口碑和市场地位。
　　在芯片代工赛道上，三星的起点领先了台积电数百米，但奈何中期连续多次失利，才让台积电一步步实现反超，直至今日的大幅领先。台积电飞快的崛起速度，打乱了三星技术迭代的节奏，以至于出现了一代拖垮一代的局面。经过多年的积累，三星和台积电同一代工艺之间也存在明显的性能差距，想要追赶甚至反超，难度确实不小。
　　三星最后的“背水一战”
　　其实，三星也清楚自己与台积电之间存在这技术差距，所以想要对台积电形成反超，就必须拿出更强的“杀手锏”。据官方介绍，三星3nm工艺采用了更加先进的GAA环绕栅极晶体管，领先于台积电的FinFET技术。与目前的7nm工艺相比，三星3nmGAA技术的逻辑面积效率提高45、性能提升35、功耗降低50。如果从纸面参数上看，三星3nm确实要强于台积电的3nm，但实际表现如何暂时还未知，希望2015年的情况不会再重演。
　　（图源：wccftech）
　　经历了前几年的连续失利，三星几乎把追赶台积电的全部希望都押注在3nm工艺上。早在2019年，台积电刚推出第二代7nm工艺时，三星就在布局3nmGAA工艺，与新思科技合作完成了3nm芯片的设计研发。尽管量产时间从2021年推迟到2022年，但终究是赶在台积电之前实现量产。可以说，3nm相当于三星最后的“背水一战”，如果能一举追赶台积电，或许未来有机会形成双雄争霸的局面。否则，台积电将彻底垄断全球先进工艺芯片产能，因为接下来的2nm工艺更艰难，即便能量产也是三四年后的事情了。
　　TrendForce公布的数据显示，2022年一季度台积电在晶圆代工市场的份额高达53。6，三星排名第二但份额仅16。3，差距还是相当遥远的。三星3nm工艺虽然率先实现量产，但高通、AMD、英伟达等客户是否会采用还不得而知，更别说从台积电哪里抢回苹果的订单了。可见，即便三星实现对台积电的反超，也挺难挽回当前的市场局面，毕竟两者的差距真的太大了。
　　（图源：TrendForce）
　　如今，全球半导体产业进入到高速发展阶段，先进工艺必然是最关键的技术储备。但说句实话，真正需要用到5nm、3nm工艺制程的芯片产品其实少之又少，每年也就只在手机芯片上看到。英特尔12代酷睿用的还是10nm工艺，AMD即将推出的锐龙7000系列，也才刚刚用上5nm工艺。而这样的水平，芯片性能已完全满足消费者的日常使用需求，大家对3nm乃至更先进工艺其实没有想象中的那么迫切。
　　3nm工艺确实能显著提升手机芯片的性能及能耗，但目前的手机处理器的性能早已严重过剩，堆砌更多的性能也难以发挥利用。一味地追求工艺制程的进步，其实只是让纸面数据看起来更华丽一些，并不能为用户的实际体验带来多大的提升。并且，处理器使用更先进的工艺制程，也意味着其制造成本更高，手机的价格也就更贵，这部分代价都需要消费者去承担。
　　（图源：三星官方）
　　在小雷看来，台积电、三星发力3nm工艺，更多还是在向行业展示自己的技术实力，以巩固企业在行业和市场中的地位，提高影响力。真正需要用上3nm制程的产品真的很少，电动汽车上大量的芯片其实28nm就足以满足需求。三星3nm如果能成，往后5nm、7nm的订单自然也会相应增加，对提高市场份额有巨大帮助，就看三星能否打赢这场翻身仗了。