半导体先进制程“三雄”争锋

三星，英特尔和TSMC是当前先进半导体制造领域的三大支柱，各有千秋。

三星是IDM和代工企业，在内存领域长期占据全球第一，占比40%左右，在全球代工领域排名第二2021年销售额达820亿美元，全球第一，英特尔是一家IDM企业，主要专注于微处理器2021年销售额达738亿美元，全球第二，TSMC在全球代工企业中排名第一，占比54%，2021年销售额达到565亿美元

现在，业界总喜欢以摩尔定律为指导，比较谁的技术最好事实上，全球半导体行业从22nm开始就已经不再使用晶体管的栅极长度来定义工艺尺寸，这也导致了目前的诸多差异，使得三星，英特尔，TSMC之间的竞争扑朔迷离

TSMC是占主导地位的公司，三星和英特尔并驾齐驱。

在销售额方面，Gartner咨询公司发布数据显示，2021年三星半导体销售额达到732亿美元，市场份额为12.3%这是三星第三年迫使英特尔夺回市场份额

三星是全球内存领域的王者，多年来一直称霸榜单据统计，2021年，其DRAM市场份额达到43.6%，NAND市场份额达到35%

就连TSMC的创始人张忠谋也承认三星像700磅的大猩猩一样强大。

2019年，三星号召斥资133万亿韩元发展系统逻辑芯片，代工等业务，目的是在2030年超越TSMC，抢占代工龙头宝座。

根据TrendForce Jibang Consulting的数据，虽然三星的代工营收在2021年第四季度创下新高，达到55.4亿美元，但仍排名第二因为TSMC的营收达到了惊人的157.5亿美元，而且它仍然占据着全球50%以上的市场份额，排名第一

三星和TSMC在竞争激烈的3纳米工艺技术上有不同的技术路线三星首先采用全环绕栅极晶体管，而TSMC继续采用FinFET架构

从1993年开始，英特尔从日本NEC手中夺得全球销量第一，称霸近30年在半导体技术方面，英特尔2003年的应变硅技术，2007年的HKMG技术和2011年的3D finfet技术是全球半导体行业的里程碑

但在2014年，从14纳米finfet工艺开始，或许是因为之前英特尔的进步太大，开始逐渐放缓，尤其是在10纳米工艺过程中，耗时太长。

最近，英特尔在VLSI技术研讨会上提供了更多关于英特尔4工艺的细节。

根据消息显示，英特尔4是英特尔第一个使用EUV光刻技术的工艺，与英特尔7相比，可以实现20%的性能功耗比提升英特尔首席执行官帕特·基尔辛格宣布，2021年第二季度，英特尔4已经进入导入阶段

据传，英特尔4的性能可能介于TSMC的N5和N3E之间。

4英特尔与TSMC N5和N3E的阵列比较

另一方面，TSMC最近在美国设立了一家5纳米芯片制造厂，英特尔也想重振旗鼓计划投资200亿美元在美国亚利桑那州建设两座晶圆厂，并成立新的代工部门，还计划在2025年量产2nm

目前先进工艺的定义并不统一，各有各的逻辑和论据可是，近2—3年来，包括英特尔在内的全球无晶圆厂客户几乎所有订单都落入了TSMC的口袋，这是不争的事实因此，在现阶段，业内的共识是TSMC暂时领先，因此三星和英特尔将TSMC视为首要竞争对手是合理的

在全球三足鼎立之下，TSMC的成功让业界刮目相看因为在2020年第一季度，TSMC的营收为103.1亿美元，这与英特尔的198亿美元相比似乎遥不可及可是，在接下来的九个季度中，TSMC的收入一直在稳步线性增长，但由于业务结构问题，英特尔的营收只能保持稳定因此，仅用了9个季度，TSMC就实现了赶超之势

今年第一季度，TSMC的收入为175.7亿美元，而英特尔为184亿美元双方差距在一毫米以内

今年第二季度，TSMC在4月14日的财报中披露，预计营收为176亿至182亿美元，毛利率预计在56%至58%之间英特尔预计第二季度的收入约为180亿美元就业绩预期而言，TSMC第二季度的收入有望超过英特尔

如果能够实现，TSMC将自1986年成立以来首次在季度收入上超过英特尔。

TSMC的成功不是一日之功，是各种综合因素的集中体现除了张忠谋的领导之外，这还取决于其坚持OEM文化，客户服务第一，与半导体设备工厂密切合作以及增加投资虽然英特尔和三星各有特色，但不可否认的是，他们无法像TSMC那样高强度地将投资集中在代工领域未来，TSMC在全球半导体产业中的分量可能会增加

因此，在我看来，TSMC可能仍然是未来全球OEM领域的主导公司，而三星和英特尔可能是平等的。

谁会坐上Nano的头把交椅。

目前先进技术已经达到3纳米今年下半年，TSMC和三星都声称有可能试制2纳米

纳米技术还为时过早因为不同于3 nm，架构，新材料，EUV设备都还没准备好，所以业界只是粗略预测2025年可能的试产

从结构上讲，根据国际器件和系统路线图，2021~2022年后，FinFET结构将逐渐被GAAFET结构所取代所谓GAAFET结构，就是通过更大的栅极接触面积，提高晶体管导电沟道的控制能力，从而降低工作电压，漏电流，有效降低芯片工作功耗和工作温度

伴随着芯片制造技术的进步，硅基芯片材料已经不能满足未来行业进一步发展的需要在nano—2的制作过程中会引入一些新材料，其中二维材料和一维材料引人关注就碳纳米管而言，它具有极高的载流子迁移率，非常薄的体尺寸和优异的导热性一般来说，新材料的引入可能会给行业带来新的变化

全球市场的竞争是主线，谁都不愿意落后这也是摩尔定律的神奇之处，让企业可以冒着巨大的投资风险，义无反顾地跟随

因为按照规律的本质，谁踩空了一步，谁就可能出局，这其实反映了巨头们都在试图通过实现差异化来抢占先机。

目前，TSMC，三星和英特尔都有2nm的计划，时间定在2025年左右显然，谁能真正做到，取决于客户的公正评价

根据TSMC的消息，其第一家2nm工厂——新竹N2工厂正在征地过程中，计划于2022年第三季度开工建设根据消息显示，新竹N2工厂将分四期建设，共4座12英寸晶圆厂预计2024年量产苹果手机新一代芯片这也是迄今为止世界上首次报道的2nm生产线

最近几天，TSMC首次在网上披露其N2相关技术如下。

N2制程技术:将采用全新的晶体管架构纳米片与N3E相比，N2在相同功耗下速度会提高15%，或者在相同速度下功耗会降低30%，芯片密度会有明显提高

N2的创新功能:在高性能计算平台上，N2将提供晶圆背面的供电系统，全面支持小芯片的集成这些创新可以帮助客户提高产品的整体性能，尤其是速度和功耗总体而言，N2将更好地满足未来半导体产品创新应用的需求

半导体新材料R&D:在高速芯片设计中，低电阻，低电容的金属变得越来越重要TSMC正在开发一种新的工艺技术，其中将使用金属反应离子刻蚀这种新技术可以在导线之间形成气隙，使导线的有效电容降低20%~30%至于电线，近几十年来，铜一直是占主导地位的材料当铜线的厚度很小时，电阻会急剧增加，这是未来半导体技术演进的障碍目前，TSMC正在研究一种新的2D材料，这种材料有机会取代铜作为导体由于2D材料独特的导电性，电阻受导线变细的影响较小，从而保证了芯片的高速运行性能

此外，由于采用了全新的架构，新材料和新的高NA EUV光刻机，可能有必要增加一些风险意识此外，不可否认的事实是，不使用高NA EUV设备，也可以使用光刻胶，薄膜等况且法律临近尾声，各种随机误差都有可能出现所以2nm的研发完全有可能出现一些延迟

笔者认为对于2nm技术，三大巨头在工艺技术路径上可能没有太大区别，都是从FinFET到GAA，做了一些变异，使用的设备也是一样的，都是ASML的高NA EUV光刻机所以理论上三家公司都有可能成功，区别在于良品率，产能，生产线管理

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世界三大支柱，从专业化的角度来看，各有所长英特尔的微处理器，三星的内存和TSMC的代工厂是一个接一个的动态过程

但根据半导体行业的发展趋势，2030年半导体市场可能会增长到1万亿美元根据英特尔首席执行官帕特·基辛格的说法，当今时代的四大超级技术力量是:无处不在的计算，从云到边缘的基础设施，无处不在的连接和人工智能

这四项技术将极大地推动未来的万物互联和全球数字时代的发展所以，未来谁会领先可能不好预测，但不会有大的变化已成定局

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