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芯片短缺,Foundry厂商战争也开始了!
2021-05-13 来源:
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芯片短缺的影响为IDM公司和Foundry厂商敲响警钟。由于IDM公司对于芯片需求的误判以及受限于Foundry厂商厂房和产能的限制,近半年来,全球芯片短缺危机持续,IDM公司订单蜂拥而至,Foundry厂商所有工厂满负荷运转,但仍未能满足不断增长的需求。


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就在全球各设备制造商面临日益枯竭的芯片供应窘境时。今年3月,半导体公司英特尔(Intel)突然宣传重新跨入Foundry业务,目标定位直指昔日的代工伙伴三星和台积电。Intel新上任CEO,Pat Gelsinger刚上台即发布“IDM2.0战略”,战略重心聚焦提振半导体制造优势。该公司宣布计划在2021年建造两座新工厂,资本支出预计200亿美元。


在此市场背景下,领先的Foundry厂商正谋定思变积极备战。4月,台积电宣传将原有的资本支出从280亿美元提升至300亿美元,并表示未来三年投入1000亿美元。同时,台积电、三星等Foundry厂商也在扩建新厂。从这里不难看出,他们似乎在为整个半导体制造业格局的可能重组做准备。


Foundry市场是一个需要极大资金且分散的业务,经过十几年的洗牌以及工厂和技术成本的持续上升。从目前全球代工企业来看,顶尖的厂商分布包括台积电、三星、GlobalFoundries、中芯国际、联华电子(UMC)等。这些代工企业为全球芯片原厂生产制造最先进的芯片,如GPU、CPU、FPGA、NAND、DRAM。


截止目前,三星和台积电是唯一提供最先进节点(7nm和5nm)的Foundry厂商,并且二者已将下一个目标锁定为3nm。不过值得一提的是,IBM公司于5月6日宣布已经研发出全球首个2nm芯片。IBM公司并不是一家Foundry厂商,在制造能力方面,该公司与三星、英特尔是合作关系。


英特尔此次选择重新入局Foundry市场可能会是一个机会,也是一项挑战。早在十年前,英特尔最初进入Foundry业务时,就失败了。其在10nm工艺方面进程的延误,导致了台积电与三星的技术一直处于技术领先地位。


而今天,该公司新的领导人Pat Gelsinger表示,将缩小其与对手的技术差距,并成为更具有竞争力的Foundry厂商。然而,后续的代工之路可能不会那么一帆风顺。因为其代工技术目前落后于台积电,要赶上肯定不是一件容易的事情。台积电也不会让其超越。除非英特尔投入大量时间和资源。


英特尔策略方向


今年,在Foundry市场动荡环境下,出于对目前芯片产能严重不足和过渡依赖于亚洲Foundry工厂的考量,加之美国政府欲重新恢复半导体制造的优势。英特尔似乎在该动荡中看到了机会。为了解决半导体供应链问题,英特尔重振Foundry业务,将目标瞄向欧美芯片代工市场。


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英特尔新设立的Foundry工厂将提供22nm工艺,以及现有的14nm工艺。7nm节点芯片可能要到2023年才能出货。反观台积电和三星,前者继续在台湾兴建新的工厂,按阶段目标生产5nm和3nm芯片。并还计划在美国建立一座5nm的新工厂,计划将于2024年投产;后者三星和其他公司也在计划新的工厂。


22nm是28nm的扩展升级版,提供比后者更高性能,同时比14nm更便宜。目前22nm仍然是一个巨大的市场,涉及行业多个应用,如人工智能(AI)、物联网(IoT)及可穿戴设备等。在这个芯片节点上,各个Foundry厂商正采用不同的技术竞争。英特尔在正在使用22nmFinFET工艺;GlobalFoundries使用22nmFD-SOI;以及包括台积电、三星等都是采用不同的工艺技术。


除了22nm之外,英特尔还利用现有的14nm技术入局Foundry厂。该工艺技术对于这家半导体共而言是最成熟的制程工艺。此外,英特尔正在逐渐打造一家规模化的Foundry厂,这家公司已经从现有的14nm工艺入手,将目标开始向7nm和5nm的EUV节点进发。


Foundry市场竞赛


从目前全球Foundry厂商来看,三星和台积电仍然处于市场领导地位。中芯国际是国内最大的Foundry厂供应商,目前技术开发已经深入7nm工艺,除此之外还有其他节点。但由于最近美国政府将中芯国际列入实体名单,这意味着设备供应商必须获得特殊许可证,才能向其出售光刻机设备。这样的直接结果是,目前该公司7nm的努力有点担忧。


同时,英特尔要想获得Foundry行业的竞争优势,现在必须具备提供7nm工艺的能力。在EUV已经成熟的情况下,英特尔已经从最初的7nm技术起步不稳到重回正轨。现在英特尔已经计划在2021年推出一款7nm的产品。不过批量生产可能要到2023年上半年才能确定。


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简而言之,英特尔仍然落后。台积电和三星两年前就已经在7nm上采用了EUV,而且获取了先进制程的技术经验。这两家供应商已经在各自的5nm工艺上发力,3nm工艺也会接踵而至。据悉,台积电在2022年第三季度计划向苹果公司提供3nmFinFET。三星公司也正按计划推出第一代3nm。


从各公司产品路线图上看,台积电计划将FinFET扩展到3nm,然后在2023年、2024年,以2nm转向新型全栅场效应晶体管(GAA FET)。相比之下,三星正从5nmFinFETs移动到3nm的GAA FET。与此同时,英特尔等其他公司也都在开发这种GAA FET架构。作为FinFET的演进架构,它具备比FinFET提供更高性能和更复杂的制造工艺。


从技术层面而言,目前英特尔正着眼于开发纳米片FET,为其5nm节点开发做准备。后期量产时间尚且未知。ICInsight曾指出,“至少在未来三年里,三星和台积电每年的总支出将超过500亿美元,任何一家公司在领先逻辑处理技术方便都很难赶上这两家公司。”其他竞争对手方面,GlobalFoundries和联华电子仍然活跃在16nm/14nm以上。



总结:面对全球芯片市场缺货窘境,业界领先Foundry厂商正积极备战,参与一场资本支出、工厂及技术竞赛。老牌的Foundry领先企业台积电(TSMC)、三星(Samsung)、GlobalFoundries、中芯国际和联华电子(UMC)在许多技术领域提供Foundry服务。不过,英特尔(intel)重新入局,势必会影响芯片代工行业未来的竞争格局,甚至爆发抢食市场份额大战。


论芯片设计欧美领先,论芯片代工制造亚洲当之无愧统领全球80%以上的生产制造。但是,现在英特尔为首的美国半导体公司正计划打破半导体制造区域格局,欲使后者获取芯片制造的优势。这种操作对亚洲台积电、三星、中芯国际等Foundry厂商势必造成冲击,短期而言是竞争关系,往深远考虑,对我国半导体芯片制造可能会出现卡脖子的问题。


反观国内,提振半导体产业一直是我国重要战略。过去几年在集成电路设计领域,国内已经开始涌现一批前沿设计公司,包括华为海思、展锐、中兴微、华大、智芯微、汇顶科技、大唐等一批优秀企业。Foundry行业,中芯国际已经成为中国大陆最大的芯片代工企业。技术工艺已经开始研发7nm工艺。但赶超对手,未来之路仍任重道远。



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