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三星“死磕”臺積電

2020-12-15
來源: 半導體行業觀察

  近幾年,英偉達的GPU成為了市場明星,特別是推出的新品,非常搶手,被各應用市場客戶爭搶,特別是該公司于今年9月推出的GeForce RTX 30系列,行情非常緊俏,最近一直處于斷貨狀態,特別是要獲得RTX 3090和RTX 3080非常困難,而中端的RTX 3070有時會有庫存,但由于需求增加,很快也會售罄。對此,據中國臺灣媒體Digitimes報道,之所以如此,是因為三星Foundry的8nm制程產能不足導致的。不過,該消息沒有得到三星官方的證實。

  英偉達最新的GeForce RTX 30系列GPU采用了三星的8nm LPP(Low Power Plus)制程工藝,9月份,隨著這一新產品所采用制程的發布,再一次引起了業界的關注,因為三星的8nm LPP制程工藝的直接競爭對手就是臺積電的7nm制程,這兩大Foundry的制程技術和客戶爭奪戰,一直都是業界關注的焦點。此次,人們不禁要發問,英偉達為何采用的是三星8nm制程,而不是臺積電的7nm呢?

  這還要從三星正式推出8nm制程說起。2017年5月,三星電子半導體事業部在美國圣克拉拉舉行的三星代工論壇上,公布了其未來幾年的制程工藝路線圖,其中,8nm首次正式亮相。當年10月,三星即宣布已完成8nm LPP工藝驗證,具備量產條件。

  8nm LPP并沒有使用EUV技術,因此,其成本得到了很好的控制。該工藝是三星基于10nm改進而來的,可以提供更好的性能表現以及更高邏輯門密度,效率提升了10%,芯片面積減小10%。與7nm制程相比,8nm LPP有明顯的成本優勢,但在PPA(性能、功耗、面積)方面,還是有一定差距的。

  除了英偉達,AMD的市場表現也非常搶眼,該公司的CPU和GPU市場率節節攀升,因此,AMD也加大了從臺積電的下單量,并有望成為后者7nm制程的第一大客戶。那么,在主要競爭對手AMD已經全線采用臺積電7nm制程的情況下,英偉達為何不采用三星的7nm EUV工藝呢?

  對此,英偉達和三星表示,雖然是8nm制程,但是在雙方的深度合作下,最大程度地挖掘出了該工藝的性能潛力,與過去的8nm制程相比,RTX 30系列使用的8nm LPP工藝性能提升了10%,從而拉近了與7nm制程的差距。

  那么,三星的8nm與臺積電的7nm制程究竟有何不同呢?

  7nm是10nm之后的“武林正宗”,8nm制程工藝本質上是10nm++++。在這一點上,三星將英特爾10nm的演進路線進一步發揚光大了。

  8nm更像是三星研發7nm過程中的中間產物,其性能必然不如7nm。8nm制程工藝結構面積要比10nm工藝結構要小一圈,帶來的好處就是降低功耗,提高能效比。

  晶體管密度方面,臺積電的7nm芯片每平方毫米有9600萬個晶體管,三星的8nm制程芯片的晶體管密度為6100萬,兩者相差40%。

  另外,三星于2019年推出了7nm EUV工藝,當時,據稱其晶體管性能比該公司8nm制程的提高了20%~30%,能耗減少了30%~50%,而且,其價格也比臺積電的7nm便宜。不過,在實際應用當中,三星的7nm EUV在整體性能上與其8nm制程相比,提升幅度并不是很大。這或許也是英偉達采用了三星8nm制程,而非7nm的一個原因吧。

  總體來看,英偉達RTX 30系列采用三星的8nm制程,成本是其主要考量因素。具體來看,如果采用臺積電7nm制程,那么一片12英寸的晶圓價格在8000-10000美元之間,而采用三星8nm制程,對于英偉達而言,成本可降低30%或更多。這可以幫助其壓低RTX 30系列GPU的市場價,從而在與AMD等主要對手的競爭中拿到更多的砝碼。

  另外,7nm,特別是臺積電的7nm制程工藝產能非常緊張,難以滿足英偉達大量訂單的需求,也是其選擇采用三星8nm制程的一個原因。

  三星的8nm芯片

  自從三星推出8nm制程之后,由于其性價比較高,訂單也在穩步增加,在此次接單英偉達RTX 30系列GPU之前,還有其它一些芯片也采用了該制程工藝。

  2018年11月,三星發布了采用8nm制程的Exynos 9820處理器,這是基于10nm制程的Exynos 9810的后繼產品,被用于韓版三星Galaxy智能手機,如S10和S10 5G。

  2019年9月,三星發布了首款集成5G能力的處理器Exynos 980,采用的也是8nm制程。Exynos 980是三星推出的首個5G集成SoC。

  高通方面,其驍龍730和驍龍730G芯片,也采用了8nm LPP制程工藝,不過不支援5G。另外,驍龍765和驍龍765G移動平臺,也采用了三星8nm工藝制造。

  另外,在礦機領域,用到的先進制程也很多,例如,螞蟻與神馬礦機,就采用了臺積電7nm和三星的8nm。臺積電7nm性能占優,但因為客戶太多,因此產能與價格上有劣勢。相比之下,三星的8nm雖然性能差一些,但成本低很多,除了供給三星手機外,礦機出貨量較大。據悉,嘉楠也由臺積電7nm轉向了三星的8nm。

  臺積電7nm更勝一籌

  與三星的8nm相比,臺積電的7nm制程,在市場影響力方面有明顯優勢。不久前,該公司宣布截止到7月,其7nm良品芯片(good die)累計出貨量已超過10億顆。同時,臺積電優化7nm制程后推出的6nm已經開始進入生產階段,并采用EUV技術取代部份浸潤式光刻掩模。蘋果、高通、聯發科、AMD、賽靈思、博通等均是臺積電7nm客戶。

  據悉,臺積電的大部分客戶已經大幅追加了第四季度7nm訂單,使得臺積電7nm產能滿載。

  在過去兩年里,因客戶需求非常強烈,其產能得到快速提升,預估2020年7nm產能將是2018年的3.5倍。

  2020年第二季度的財報顯示,與去年同期相比,臺積電收入增長了28.9%,而凈收入和稀釋后的每股收益均增長了81.0%。與2020年第一季度相比,第二季度的收入結果基本持平,凈收入增長3.3%。其中,7nm的出貨量占晶圓總收入的36%,而16nm的出貨量占18%。在今年第二季度,7nm為臺積電帶來的利潤最多。

  據產業鏈消息人士透露,臺積電計劃將7nm制程工藝的月產能提升到13萬片晶圓,并努力在年底提升至14萬片。

  如前文所述,英偉達將最新的RTX 30系列GPU交由三星采用8nm代工生產,而前者的主要競爭對手AMD則在大力挖掘臺積電的7nm產能。

  在過去的兩三個月內,同英偉達類似,AMD也出現了缺貨的情況,而Ryzen 4000型APU的情況尤為明顯。在被問及AMD的產能與供應情況時,該公司CEO Lisa Su(蘇媽)表示:“我們有一個強大的供應鏈。我已經在之前說過了,在此就再強調一遍,7nm供應非常緊張,我們仍然在緊密地和臺積電合作,以確保我們能夠滿足客戶們的需求。但產能非常緊,我想表達的是,隨著我們繼續增加產能,我們能夠看到的機會就越多?!?/p>

  從中我們可以看出,AMD在旗下7nm芯片批量上市一年多后,仍然受到產能問題的困擾,即便蘋果這種超級大客戶的訂單已全面轉為5nm,其騰出的7nm產能仍然無法滿足所有客戶。另外,臺積電在上個季度的環比收入增長只有0.8%,這也從側面證明其產能已經接近極限。

  為了在英特爾7nm芯片進展延遲的情況下更快占領處理器市場,AMD加大了對臺積電7nm制程的下單量,預計2021全年7nm芯片的訂單將增加到20萬片,與今年相比增加一倍,有望在2021年成為臺積電7nm芯片的最大客戶。

  結語

  近幾年,三星欲趕超臺積電的愿望越來越強烈,其在先進制程方面也在緊跟,且不斷加大投入,不過,從7nm和8nm這一組制程節點的市場影響力來看,臺積電依然處于優勢地位,而最新量產的5nm,成為了新的爭奪焦點,臺積電有蘋果這一大客戶保駕護航,而三星拿下了高通最新的驍龍888。在接下來的兩三年里,3nm、2nm將成為更具看點的制程,目前來看,三星很有希望在3nm節點處填平與臺積電之間的制程代溝。



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