摩爾定律的創(chuàng)造者戈登?摩爾本人曾說(shuō)過(guò): 他相信，在摩爾定律遇到技術(shù)障礙之前，我們會(huì)先遇到經(jīng)濟(jì)障礙。幾十年來(lái)，半導(dǎo)體行業(yè)一直遵循著摩爾的技術(shù)微縮定律與建立經(jīng)濟(jì)門檻的節(jié)奏，一步一步地往前進(jìn)步。
在 20 世紀(jì) 50 年代和 60 年代芯片工廠出現(xiàn)的初期，幾乎每個(gè)硅谷芯片制造商都在工廠里設(shè)計(jì)與生產(chǎn)自己的芯片 (IDM)。 IDM 芯片廠商雖然都能藉由更大的產(chǎn)量來(lái)創(chuàng)造更多的收入，但是為建設(shè)新工廠而積累的資本，與新產(chǎn)品銷售的風(fēng)險(xiǎn)卻變得巨大起來(lái)。
會(huì)費(fèi)百億美元的芯片廠俱樂(lè)部變得越來(lái)越小
Globalfoundries (格芯) 這家全球第二大的芯片代工廠，于 2018 年 8 月底宣布，將不再投資于 7 納米 (nm) 制造工廠。格芯的退出，成為繼聯(lián)電去年 7月初宣布，不參與先進(jìn)技術(shù)競(jìng)賽的另ㄧ家代工大廠。半導(dǎo)體的技術(shù)競(jìng)賽代價(jià)極為昂貴，現(xiàn)在建造一個(gè)最先進(jìn)且全新的的芯片制造廠，需要花費(fèi) 100 億 美元甚至 150 億美元，將來(lái)這樣的芯片廠造價(jià)會(huì)更高達(dá) 200 - 250 億美元，而世界上只有極少數(shù)的國(guó)家與幾家公司能夠積累這樣的專業(yè)人才、知識(shí)、資金和產(chǎn)業(yè)鏈。
格芯稱這一決定是出于經(jīng)濟(jì)方面的考慮，而非 7LP 面臨的任何技術(shù)障礙。放棄先進(jìn)技術(shù)爭(zhēng)奪戰(zhàn)的邏輯非常簡(jiǎn)單: 停止把大量預(yù)算投入可能永遠(yuǎn)無(wú)法獲得回報(bào)的研發(fā)和設(shè)備，轉(zhuǎn)而投資客戶可能仍會(huì)使用多年的現(xiàn)有技術(shù)。今年年底之后，格芯也將停止與位于紐約奧爾巴尼的 IBM 芯片研究部門 (SUNY Polytechnic Institute) 的合作，并將與 IBM 和 AMD 重新商談供應(yīng)協(xié)議。
這一決定，也讓擁有 10nm 以下的先進(jìn)芯片技術(shù)工廠降到只剩三家。早在一年以前，聯(lián)電退出芯技競(jìng)賽時(shí)的聲明猶言在耳: 聯(lián)電會(huì)選擇自己的戰(zhàn)場(chǎng)，要在特定技術(shù)做到最領(lǐng)先、最極致，做出競(jìng)爭(zhēng)力及提高獲利率。短短的一年后，格芯也做出了類似的決定。
據(jù)研究公司 IC Insight 的資料，2017 年臺(tái)積電在芯片代工的市占率 55.9%，格芯位居第二，市占率 9.4%，聯(lián)電位居第三，三星排名第四。然而以今年上半年的資料來(lái)看，臺(tái)積電的市占率仍高達(dá) 56.1%，格芯雖仍位居第二，但市占率卻降到 9%，與排名第三的聯(lián)電市占率 8.9% 幾乎沒(méi)有差別。
臺(tái)積電統(tǒng)治 7nm，三星 7nm 只接了自己的單，而英特爾的芯片代工業(yè)務(wù)已經(jīng)陷入兩難的境地
臺(tái)積電和三星這幾年在技術(shù)上是你追我趕，至少在半導(dǎo)體工藝的數(shù)字上已經(jīng)逐漸甩開英特爾。臺(tái)積電在 7nm 代工幾乎拿下了所有國(guó)際大客戶的訂單，比如蘋果 iPhone A12 處理器，華為、高通、博通、Xilinx、AMD、NVIDIA 等。使得代工廠排名第二和第三的格芯與聯(lián)電因接不到高階訂單，只好相繼暫停先進(jìn)工藝開發(fā)的窘境。在 7nm 節(jié)點(diǎn)上，臺(tái)積電已經(jīng)占據(jù)了優(yōu)勢(shì)地位。
更進(jìn)一步的，臺(tái)積電還投資了 250 億美元，開發(fā)下一代 5nm 工藝，往后還有 3nm 工藝，計(jì)劃在 2022 年底量產(chǎn)。
從存儲(chǔ)器賺到盆滿缽滿的三星，更是全力以赴沖刺 EUV量產(chǎn) 7nm 工藝與 InFO封裝技術(shù)，意圖在 2019 年奪回蘋果的訂單。
目前，三星 7nm 工藝的訂單有很大部分是靠著三星自家產(chǎn)品，這其中包括手機(jī)、家電及消費(fèi)性電子產(chǎn)品等需求所堆砌出來(lái)的。此外還有高通的驍龍 5G 芯片，畢竟三星也是高通高端方案的最大客戶。高通愿意在三星的代工廠下單，有部分也是害怕三星手機(jī)產(chǎn)品全面采用自有的 Exynos 方案，如果不配合，掉單也是很有可能的事情。
除了技術(shù)方面的競(jìng)爭(zhēng)外，三星也因良率偏低的問(wèn)題，其收費(fèi)方式不以單片芯片計(jì)價(jià)，而是以良品芯片作為計(jì)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，讓客戶比較不用擔(dān)心因良率低而需付出額外的成本。但即便如此，韓國(guó)以外的芯片設(shè)計(jì)客戶多半還是半信半疑，不敢輕易下單。
三星抓不到國(guó)際大客戶的最大原因是難以取得客戶的信任。三星過(guò)去的經(jīng)營(yíng)風(fēng)格，一直以來(lái)都是為取得關(guān)鍵技術(shù)而不擇手段而聞名，與其合作的廠商幾乎都面臨產(chǎn)品或技術(shù)被 “參考” 的的命運(yùn)，即便是蘋果也難以幸免。
英特爾曾在芯技競(jìng)賽中居於領(lǐng)先地位，10nm 工藝一拖再拖，除了自家的處理器業(yè)務(wù)外，代工客戶數(shù)量一直沒(méi)有增加，甚至將面臨無(wú)客戶的尷尬局面。至于英特爾的代工業(yè)務(wù)是否分家，已經(jīng)陷入了兩難的境地。這對(duì)一向自傲于全球半導(dǎo)體霸主，且技術(shù)至少領(lǐng)先競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手 3 年的英特爾而言，顯然是極不尋常的瓶頸關(guān)卡。
英特爾的制造策略長(zhǎng)久以來(lái)一直是以快速地采用最新的工藝技術(shù)，大量的資本投入，堆高競(jìng)爭(zhēng)門檻。最終逼得對(duì)手 AMD 分家，成立格芯芯片代工制造廠。分析英特爾的營(yíng)收大部分，也來(lái)自于先進(jìn)制程節(jié)點(diǎn)的貢獻(xiàn)。至于舊有的生產(chǎn)設(shè)施，要不進(jìn)行更新，要不就是關(guān)廠收攤。
相較而言，純代工廠所追求的是另一套截然不同的優(yōu)化策略。盡管臺(tái)積電也年年支出高額資本在開發(fā)先進(jìn)工藝技術(shù)上，但從臺(tái)積電的技術(shù)工藝營(yíng)收占比來(lái)分析，就可以知道臺(tái)積電最先進(jìn)的 10nm，或 7nm 工藝在所有的營(yíng)收進(jìn)帳中，只有部分的占比。
芯技爭(zhēng)霸 預(yù)見中芯國(guó)際的成長(zhǎng)與限制
以往的迷思，稍具規(guī)模的 IC 設(shè)計(jì)公司除了主要的芯片代工廠外，一定會(huì)尋找第二供應(yīng)商，以降低區(qū)域或壟斷的風(fēng)險(xiǎn)。但是以現(xiàn)今的實(shí)際狀況來(lái)看，7nm 芯片幾乎就是高階 CPU、GPU 與 FPGA 等，才玩得起的技術(shù)。而擁有這些芯片設(shè)計(jì)能力的大廠，即使非不得已，也不愿意選擇 IDM 分家的代工廠來(lái)生產(chǎn)他們的產(chǎn)品。畢竟產(chǎn)品或技術(shù)被 "參考" 的結(jié)果，將造成這些 IC 設(shè)計(jì)大廠長(zhǎng)期的競(jìng)爭(zhēng)風(fēng)險(xiǎn)。臺(tái)積電經(jīng)曾歷過(guò)無(wú)預(yù)警斷電或跳電、地震與機(jī)臺(tái)病毒等，不可控因素或人為疏失所造成的重大損失。然而，IC 設(shè)計(jì)大廠們對(duì)臺(tái)積電的黏著度還是非常的高。主要是所有設(shè)計(jì)大廠的競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品都在臺(tái)積電，發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的機(jī)率相同，再加上價(jià)格的透明性，并不會(huì)造成壟斷抬價(jià)或上市時(shí)程上的差異所帶來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)劣勢(shì)。
想想看，全球現(xiàn)在僅存的高端芯片供應(yīng)商就只臺(tái)積電一家，但卻也沒(méi)聽說(shuō) IC 設(shè)計(jì)大廠排隊(duì)要去三星投片，建立第二供應(yīng)商的急迫性與傳聞。由此可以大膽猜測(cè)，除非三星的工藝技術(shù)超前臺(tái)積電一代，否則短期內(nèi)其市占率很難有大幅攀升的機(jī)會(huì)。臺(tái)積電也因?yàn)橐涯依ㄋ性O(shè)計(jì)大廠最先進(jìn)的產(chǎn)品，最進(jìn) AMD 7nm 的轉(zhuǎn)單，將再度推升臺(tái)積電的市占，而對(duì)格芯來(lái)說(shuō)卻是失去了營(yíng)收的助力。
要窺看未來(lái)芯片代工市場(chǎng)的變化，就要先掌握近年來(lái) IC 設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)的成長(zhǎng)動(dòng)態(tài)。全球前十大 IC 設(shè)計(jì)公司集中在美國(guó)、臺(tái)灣、新加坡和中國(guó)。歐洲 IC 設(shè)計(jì)公司方面，2017 年只占了全球市場(chǎng)市占率的 2%，而在日本或南韓等地，IC 設(shè)計(jì)企業(yè)并不流行。
中國(guó)的 IC 設(shè)計(jì)廠商家數(shù)成長(zhǎng)快速，而且敢于采用最先進(jìn)的芯片制造工藝生產(chǎn)自家的產(chǎn)品，在全球 IC 設(shè)計(jì)市場(chǎng)中扮演重要的角色。自 2010 年以來(lái)，IC 設(shè)計(jì)市場(chǎng)成長(zhǎng)比例，大部分都是來(lái)自中國(guó)廠商的貢獻(xiàn)。中國(guó)的 IC 設(shè)計(jì)從 2010 年市場(chǎng)占有率為 5%，到了 2017 年已經(jīng)成長(zhǎng)到了 11%。
近期中興通訊事件以及中美貿(mào)易戰(zhàn)的爆發(fā)，中國(guó)為積極擺脫半導(dǎo)體晶片需仰賴進(jìn)口，進(jìn)一步改由國(guó)產(chǎn)芯片取代的情況下，急需先進(jìn)的技術(shù)來(lái)解決長(zhǎng)期的 "缺芯" 問(wèn)題。
值此風(fēng)口浪尖之際，中芯國(guó)際的 14nm 技術(shù)開發(fā)在梁孟松帶領(lǐng)下傳出了好消息。
不同于格芯與聯(lián)電退出 14nm 以下的芯技競(jìng)賽，中芯國(guó)際的 14nm FinFET 工藝技術(shù)已接近研發(fā)完成，進(jìn)入客戶導(dǎo)入階段。而且更加大舉投資在下一代 7nm 的研發(fā)，自荷商艾司摩爾 (ASML) 買來(lái)中國(guó)首臺(tái)極紫外線光刻機(jī)的消息曝光之后，過(guò)去阻礙中國(guó)半導(dǎo)體發(fā)展的關(guān)鍵的設(shè)備取得的枷鎖，似乎正逐漸地被打開。與此同時(shí)，聯(lián)同兩大政府產(chǎn)業(yè)基金共同投資 102.4 億美元，以加快 14nm 及以下先進(jìn)制程的研發(fā)與量產(chǎn)計(jì)畫，擴(kuò)建天津廠使最終達(dá)到每月量產(chǎn) 3.5 萬(wàn)片的目標(biāo)。
中國(guó)這幾年積極布局與投資在 5G 通訊、人工智能與物聯(lián)網(wǎng)的硬件、韌件與軟件的應(yīng)用產(chǎn)品開發(fā)與布建。期望藉由全球 5G 通訊大規(guī)模啟用后，能快速提升國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體芯片的產(chǎn)品多元性、技術(shù)性、高值性與進(jìn)口替代。中芯國(guó)際也是是中國(guó)所依靠的牽頭企業(yè)，帶領(lǐng)國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體材料商、設(shè)備商與設(shè)計(jì)公司，邁向全產(chǎn)業(yè)鏈自主生產(chǎn)目標(biāo)。倘若 14nm FinFET 正式進(jìn)入量產(chǎn)與加速擴(kuò)大 28nm 產(chǎn)能，中國(guó)市場(chǎng)上交由海外代工的部分產(chǎn)品將會(huì)被引導(dǎo)而轉(zhuǎn)回由中芯國(guó)際代工，其市占率的提升將不能小覷。
中芯未來(lái)能否超 (三) 星追聯(lián) (電) 趕格 (芯)，取決于未來(lái)貿(mào)易戰(zhàn)的規(guī)模與美國(guó)的國(guó)防授權(quán)法案的落實(shí)速度。尤其值得注意的是，美國(guó)參眾兩院高票通過(guò)的國(guó)防授權(quán)法案，不只確立了中、美成為戰(zhàn)略對(duì)手的現(xiàn)實(shí)外，也表明了美國(guó)國(guó)內(nèi)政治菁英動(dòng)員及集結(jié)的完成。從中興案、嚴(yán)審?fù)赓Y對(duì)美國(guó)企業(yè)并購(gòu)與投資、調(diào)漲國(guó)際郵資，與 ASML 被要求不得聘雇中國(guó)人等幾個(gè)端倪，可以看出美國(guó)已逐步出手干預(yù)自由市場(chǎng)的運(yùn)作機(jī)制，與先進(jìn)技術(shù)的輸出限制。由此推測(cè)，美國(guó) IC 設(shè)計(jì)企業(yè)對(duì)于高端芯片的代工選擇，將不只是價(jià)格與地緣的經(jīng)濟(jì)因素考量，而會(huì)改以政治考量為優(yōu)先。
這是中芯未來(lái)成長(zhǎng)可能的限制，也是中國(guó)其他代工廠潛在的成長(zhǎng)限制。
在 2022 年 3nm 芯技爭(zhēng)霸到來(lái)前，臺(tái)積電的霸主地位應(yīng)該是不會(huì)被動(dòng)搖的。三星、格芯與聯(lián)電則因角逐共同的 5G、AI 與 IOT 等新興應(yīng)用市場(chǎng)需求外，反而有被中國(guó)廠商抽單的隱憂，三家廠商的市占率總和，約略是持平或微幅下滑的方向發(fā)展。中芯國(guó)際則具有坐五望四搶二三的勢(shì)頭，前提是美國(guó)的保護(hù)主義，與貿(mào)易壁壘的極限施壓，仍在可控的范圍內(nèi)。且需要中國(guó)政府協(xié)助廠商，突圍關(guān)稅壁壘及擴(kuò)大新興市場(chǎng)。