就在半导体业界关注3纳米制程能否于今年内量产之际，围绕2纳米制程的议题热度又于近日升温。
领衔掀起这一话题风暴的，是目前稳坐全球晶圆代工龙头宝座的台积电。在近日举行的行业技术论坛上，台积电方面首度披露，外界关注的3纳米制程将在今年下半年试产，同时将花费1万亿元新台币(约合人民币 2290亿元)扩大2纳米产能布局，并在2024年试产，2025年开始量产。
虽然并未言明提前透露下一代制程计划的意图，但外界都将其解读为向老对手三星的回应。作为目前全球晶圆代工市场上仅次于台积电的另一巨头，三星在去年底举行的全球代工论坛上率先公布，将在2025年量产2纳米制程芯片。
值得注意的是，根据计划，双方都将在2纳米工艺上采用新的纳米片晶体管(Gate-All-Around FET，以下简称“GAA”)结构，以取代目前主流的鳍式场效应晶体管(FinFET)结构。相比于后者，GAA结构可以更为精确地减少漏电损耗，降低功耗。
唯一区别的是，为了胜过对手，三星更为“激进”地决定，将在3纳米上就抢先采用GAA结构工艺。而就在6月30日，三星方面官方宣布，基于GAA结构的3纳米制程芯片已开始初步生产。多位半导体业内人士向记者表示，这一举动，将加剧目前双方在先进制程领域的竞争，并将2纳米之争推向比外界所预想的更为激烈的程度。
角力从3纳米开始
虽然在台积电最新路线图公布后，业界关注的焦点已经转移到了最为前沿的2纳米上，但在实质上，这场制程战事的核心仍旧集中在3纳米。
“3纳米的GAA工艺能不能成功，将决定三星在2纳米能不能追上台积电。”CHIP全球测试中心中国实验室主任罗国昭向记者表示，如果不在3纳米上抢先使用GAA工艺，按照目前的市场格局，以及既有的竞争路径演进分析，三星追上台积电的可能性很小。
TrendForce数据显示，目前台积电的市场份额接近52.9%，而三星位居第二，市场份额为17.3%。罗国昭指出，当下的芯片代工已经变成一个资本与技术双密集型的产业，这也意味着行业的马太效应极强。以台积电目前的市场领先优势，三星与之相比，差距悬殊。因此，三星不如放手一搏，否则不要说赶超，甚至有可能被甩开更远。
同时，罗国昭表示，由于涉及调试与检验，在新制程之上再使用新结构，等于是双份的冒险，因此，三星需要在进入2纳米与台积电正面对决前，将3纳米作为一个检验新技术的尝试领域。“加上之前在5纳米上，三星便因为良率不过关影响过进度，所以这次提前可能更有必要。”罗国昭表示。
而即便是沿用老架构，制程换代对于台积电而言也同样不易。记者注意到，根据计划，台积电3纳米原本的量产时间是在2022年下半年。但据半导体业资深分析师郭明錤日前透露，台积电3纳米和4纳米改良版要到2023年才能实现大规模量产，将导致今年的iPhone新机也只能使用5纳米改良版和4纳米制程。
在投入力度上，三星也可谓一掷千金。财报显示，虽然2021年三星电子在半导体领域投资约337亿美元，与台积电约300亿美元投入相当，但在未来五年，三星则宣布将投资3600亿美元用于半导体先进制程，年均超700亿美元。对比之下，台积电2022年的预计开支则为400亿~450亿美元。
对此，半导体产业分析师季维认为，相比于三星，台积电更像是守成者的角色，且由于拥有苹果、高通、英特尔等大客户的重要订单，为了保证交货质量，在3纳米上沿用传统架构的路线相对更为稳妥，而三星则顾忌更少。
公开信息显示，相比于5纳米，三星的3纳米制程产品性能与电池效率分别提高了15% 和30%，同时芯片面积减少了35%。在今年上半年试产使用GAA结构的新工艺后，三星计划在2023年将其引入第二代3纳米芯片中，并在2025 年量产基于GAA结构的2纳米芯片。
搅局者英特尔
台积电、三星激战正酣之际，尖端制程领域的觊觎者也在跃跃欲试。而这次扮演闯入者角色的，则是老牌巨头英特尔。自2021年提出IDM 2.0战略后，英特尔瞄准了从7纳米至1.8纳米的多代制程研发计划，计划一年一代推进，其中2024年将量产2纳米制程，2025年量产1.8纳米制程。
对于英特尔的意图，季维分析称，随着5G、AI、手机、自动驾驶、高性能计算市场快速发展，先进制程芯片的需求也越来越大，虽然投入高，但一旦研发成功，利润回报也同样丰厚，并能就此掌握产业链的话语权与主动权。对于巨头们而言，这一诱惑力不言而喻。
根据去年公布的计划，英特尔将在美国亚利桑那州投资约200亿美元，新建两座晶圆制造工厂。而进入2022年以来，英特尔还宣布新增200亿美元在俄亥俄州再建两座新晶圆厂，并计划于2025年投产，同时以54亿美元收购全球第九大晶圆代工厂商高塔半导体。
对此，罗国昭表示，虽然英特尔的确有意在新制程领域抢占更多份额，但此前在10纳米和7纳米制程的跳票延期，让其公布的蓝图能否顺利实现受到业界质疑。在罗国昭看来，英特尔选择高调公布在先进制程上的雄图，一大原因是为了拿到更多美国官方的产业补贴。
值得注意的是，就在近日，由于美国国会迟迟未通过芯片扶持法案，原定于7月下旬的英特尔俄亥俄州新厂开工仪式宣告无限期延后。罗国昭指出，如果拿不到预期的资金，目前的英特尔很难支撑起在高精制程领域的巨额研发投入以及建厂成本。
不过，与台积电不同，罗国昭认为，英特尔的优势与三星类似，便是自身并不是纯粹的代工厂商，即便新制程研发不如预期，也能依靠自身在芯片端的需求，消化掉多余产能。而从目前世界市场来看，10纳米至28纳米还有着广泛的客户，在全球近年整体缺芯的背景下，英特尔有着相对从容的应对空间。
在季维看来，更为有利的是，全球芯片代工市场远未达到饱和，仍处于增量空间。Yole研报预测，全球芯片代工市场2021年增长率达27%，预计2022年增长率仍将维持在20%以上。在此背景下，如果2022年市场需求仍保持正向增长，除台积电与三星外的第三阵营的增长机会仍然很大，而英特尔目前正是这一阵营的有力竞争者。
“一超多强”格局不变
三星和英特尔陆续吹起的进军号角，虽然让台积电感受到了压力，但在业界人士看来，短期内，芯片代工领域的“一超多强”格局不会有较大改变。
公开财报显示，台积电2021年总营收达1.59万亿元新台币(约合人民币3549亿元)，同比增长18.5%;税前净利润为6631亿元新台币(约合人民币1480亿元)，同比增长13.4%。
“芯片代工产业发展到今天，除了表现出对资本和技术的高要求外，自身也形成了非常高的技术壁垒。台积电积累的技术迭代优势，让其他新晋厂商根本无从挑战。”罗国昭指出，这一技术优势的外化表现，就是先进制程。
以3纳米为例，记者注意到，虽然客户的具体需求数据属于商业机密，但苹果、AMD、英伟达、高通、英特尔、联发科等公司，都已是台积电量产初期的公开客户。季维向记者指出，芯片代工的制造业属性很强，而该产业的一大规律便是，一旦建立起合作和信任，在没有外力影响的情况下，客户喜欢固守稳定的传统供应商。
同时，季维认为，更具优势的因素在于，台积电是纯粹的代工商角色，不像三星、英特尔也同时涉足与客户的业务竞争，而这会让台积电收获客户更多的信任。在此背景下，国际市场数据研究机构TrendForce今年4月公布了一份研报，预测到2022年，台积电在全球代工市场中的份额将进一步增加到56%。
不过，随着三星、英特尔向2纳米发起冲刺，台积电的危机感会多添几分。“从产业整体的角度考虑，这样的良性竞争是有利的，能够激发更多的创新。”季维表示，从制程迭代的角度来看，半导体制造产业在近五年狂飙突进式的成就远超前几十年。随着半导体制程进入2纳米领域，打破摩尔定律失效的危机，也变得更为可能。
