先进制程与先进封装双管齐下,台积电让对手难以望其项背

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晶圆代工龙头台积电全球市占率约55%,市值排名全球第十大。根据高科技产业研究机构TrendForce 最新预估,2020 年第三季全球晶圆代工业者营收将成长14%,其中,台积电第三季营收年成长高达21%,这么大的量体却屡屡缴出令市场惊艳的成长性,相较之下,市占率排第二的三星电子年成长仅4%。

 

台积电如何甩开高喊「半导体愿景2030」穷追不舍的三星,并且能一边维持成长动能一边称霸产业,从8 月25 日台积电举办的2020 年度全球技术论坛就能找出一些蛛丝马迹与解答。

冲刺先进制程,7 纳米兑现业绩,2纳米投入研发

在举行的技术论坛中,台积电总裁魏哲家针对台积电7 纳米、5 纳米、3 纳米及2 纳米制程、封装技术发展及未来布局关键,进行专题演讲。

魏哲家从目前具备量产能力的7 纳米(N7)产品谈起。他透露,2018 年4 月开始量产的7 纳米制程芯片近期达出货10 亿颗里程碑,出货占今年第二季晶圆销售金额36%。

魏哲家还指出,N7 量产一年后,N7+ 强化版也正式量产,成为全球第一个进入商业量产的EUV半导体制程。

根据TrendForce 预测,台积电第三季营收主力为7 纳米制程,受惠于5G 建设持续部署、高效能运算和远端办公教学的CPUGPU 等强劲需求,产能维持满载。目前5 纳米制程已进入量产阶段,正计划努力扩产,强化版5 纳米制程则预计明年量产。

同时台积电也积极布局更先进的N4 与N3 制程。N4 是台积电5 纳米家族的最新成员,可进一步提升效能、功耗、密度以满足多样化产品需求,预计2021 年第4 季正式试产;N3 为3 纳米制程,计划2021 年试产,2022 下半年量产。

魏哲家指出,N3 的定位是成为全世界最先进制程技术。技术业务开发资深副总经理张晓强补充,3 纳米制程虽延用FinFET(鳍式场效电晶体)技术,却采用全新节点技术,运算速度增加10%~15%、功耗降低25%~30% 、逻辑电晶体密度增加1.7 倍。

张晓强还透露,2 纳米也已投入研发,预计最快2024 年后现身。

 

在技术布局,积极追赶台积电的三星也并未慢下来,三星第2 季财报会议表示,5 纳米制程于2020 年第2 季开始量产,并预计下半年拓展用户,正式大量投产。显示双方在7 纳米以下制程的战局越来越激烈。

虽说20 纳米世代后,纳米制程定义出现分歧,变得有些像纸上数字游戏。不过,台积电推动制程的优势,确实是大家有目共睹。

值得一提的是,台积电冲刺先进制程的同时,也采取稳健路线,确保制程推进顺利。例如导入EUV 时,相比技术不成熟时就直接全面采用EUV 的三星,台积电在沿用FinFET 推出7 纳米产品的基础上,再推出EUV 进阶版,确保量产良率。又或者,考虑到7 纳米以下投资金额巨大,台积电也会采取和大客户共同研发的策略,并确保拿到订单后准确预估规模。

公布先进制程信息方面,相比对手,台积电也显得更谨慎。张晓强表示,接下来台积电准备兴建新的研发中心。新建研发中心将容纳8 千名工程师及科学家生活工作,并拥有一条全世界最先进的研发产线,预计2021 年启用。

扩充产能方面,台积电也动作不断,近期砸逾新台币50 亿元向家登、力特与益通买下南科厂区。负责营运组织的资深副总经理秦永沛强调,台积电每年持续投资100 亿美元以上扩充产能,产能位居全球第一,并大幅超越三星3 倍以上。

先进封装将是下一个决胜场域

然而,随着摩尔定律面临诸多瓶颈、先进制程逼近物理极限时,业界普遍认为,先进封装技术会成为晶圆代工领域的另一重要战场。

三家龙头均已提早布局先进封装技术,制程落后的三星更期望以封装技术为发力点,借助3D IC 封装技术X-Cube 挑战台积电

据三星公布,X-Cube 技术将逻辑与SRAM 向上堆叠以减少芯片面积,再以直通矽穿孔(TSV)技术,提升系统整合芯片的资料处理速度,使之可搭载高容量记忆体解决方案,增加用户设计自由度同时改善功耗。三星已正式宣布,3D IC 封装技术X-Cube 将可用于7 / 5 纳米。

而在布局先进封装技术的部份,台积电也丝毫没有示弱。台积电认为,目前2D 半导体微缩已不符合未来的异质整合需求,3D 半导体微缩成为可满足未来系统效能、缩小面积、整合不同功能等解决方案。

魏哲家强调,台积电也将CoWoS、InFO-R、ChiponWafer、WaferonWafer等先进3D 封装技术平台汇整,未来将统一命名为「TSMC3DFabric」。此平台将持续提供介面连结解决方案,以达成用户在整合逻辑芯片、高频宽记忆体及特殊制程芯片的需求。

台积电3D IC 封装技术,预计2021 年正式亮相。业界预计,三星争取主动先进封装进击,可能自2022 年开启。

过去,台积电凭着InFO 封装技术力,夺下苹果订单,这对三星而言是教训在先,对台积电则可谓是乘胜追击。

台积电不与客户竞争,有33 年的客户信任优势

目前,台积电7 纳米产品供不应求,5 纳米接单不断,3 纳米首波产能由已释出MacBook 新单的苹果包下。

最新讯息显示,苹果也已提前包下2 纳米产品首波产能。

尽管在中美贸易冲突加剧下,市场传出担忧的声音。但目前看来,由于手上握有苹果、AMD、NVIDIA、联发科、高通等大公司订单,台积电并无订单锐减之虞。就连魏哲家也表示,相比以往,用户更积极导入先进制程。

三星方面,据媒体报导,目前已拿下高通、IBM 及思科、Google 订单。但也有业者透露,三星7 纳米EUV 制程接单寥寥,5 纳米制程也没有拿下高通以外大额订单,与台积电的接单状况形成对比。

凭着技术领先,台积电的抢单表现并不令人意外。不过比起竞争对手三星,台积电不得不提的优势一定是用户信任。

受限于基因,三星的劣势显而易见。一方面,三星自营智能手机和CPU 业务,与苹果、高通等厂商有竞争关系;另一方面,半导体代工用户需向有竞争关系的三星提电源供应路设计图,难免有牴触心理。

这场刚过去的台积电技术论坛,魏哲家演讲最后强调,台积电33年来与用户建立的信任关系,是台积电能持续发展的核心价值。台积电始终保持不与用户竞争、不推出自有产品的原则,投注所有资源确保各家客户的成功。

结语

早在2017 年张忠谋就预测,台积电与三星的竞争或将演变为战争。

目前来看,尽管三星极力追赶,尝试夺取台积电宝座,但差距尚未缩小。而凭着先进制程和封装技术,加上抢单实力,台积电坐稳晶圆代工龙头同时,正全方位深挖护城河,确保维持与竞争对手的差距。

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