芯片短缺，F(xiàn)oundry廠商戰(zhàn)爭也開始了！
芯片短缺的影響為IDM公司和Foundry廠商敲響警鐘。由于IDM公司對于芯片需求的誤判以及受限于Foundry廠商廠房和產(chǎn)能的限制，近半年來，全球芯片短缺危機持續(xù)，IDM公司訂單蜂擁而至，F(xiàn)oundry廠商所有工廠滿負荷運轉(zhuǎn)，但仍未能滿足不斷增長的需求。
就在全球各設備制造商面臨日益枯竭的芯片供應窘境時。今年3月，半導體公司英特爾（Intel）突然宣傳重新跨入Foundry業(yè)務，目標定位直指昔日的代工伙伴三星和臺積電。Intel新上任CEO，Pat Gelsinger剛上臺即發(fā)布“IDM2.0戰(zhàn)略”，戰(zhàn)略重心聚焦提振半導體制造優(yōu)勢。該公司宣布計劃在2021年建造兩座新工廠，資本支出預計200億美元。
在此市場背景下，領(lǐng)先的Foundry廠商正謀定思變積極備戰(zhàn)。4月，臺積電宣傳將原有的資本支出從280億美元提升至300億美元，并表示未來三年投入1000億美元。同時，臺積電、三星等Foundry廠商也在擴建新廠。從這里不難看出，他們似乎在為整個半導體制造業(yè)格局的可能重組做準備。
Foundry市場是一個需要極大資金且分散的業(yè)務，經(jīng)過十幾年的洗牌以及工廠和技術(shù)成本的持續(xù)上升。從目前全球代工企業(yè)來看，頂尖的廠商分布包括臺積電、三星、GlobalFoundries、中芯國際、聯(lián)華電子（UMC）等。這些代工企業(yè)為全球芯片原廠生產(chǎn)制造最先進的芯片，如GPU、CPU、FPGA、NAND、DRAM。
截止目前，三星和臺積電是唯一提供最先進節(jié)點（7nm和5nm）的Foundry廠商，并且二者已將下一個目標鎖定為3nm。不過值得一提的是，IBM公司于5月6日宣布已經(jīng)研發(fā)出全球首個2nm芯片。IBM公司并不是一家Foundry廠商，在制造能力方面，該公司與三星、英特爾是合作關(guān)系。
英特爾此次選擇重新入局Foundry市場可能會是一個機會，也是一項挑戰(zhàn)。早在十年前，英特爾最初進入Foundry業(yè)務時，就失敗了。其在10nm工藝方面進程的延誤，導致了臺積電與三星的技術(shù)一直處于技術(shù)領(lǐng)先地位。
而今天，該公司新的領(lǐng)導人Pat Gelsinger表示，將縮小其與對手的技術(shù)差距，并成為更具有競爭力的Foundry廠商。然而，后續(xù)的代工之路可能不會那么一帆風順。因為其代工技術(shù)目前落后于臺積電，要趕上肯定不是一件容易的事情。臺積電也不會讓其超越。除非英特爾投入大量時間和資源。
英特爾策略方向
今年，在Foundry市場動蕩環(huán)境下，出于對目前芯片產(chǎn)能嚴重不足和過渡依賴于亞洲Foundry工廠的考量，加之美國政府欲重新恢復半導體制造的優(yōu)勢。英特爾似乎在該動蕩中看到了機會。為了解決半導體供應鏈問題，英特爾重振Foundry業(yè)務，將目標瞄向歐美芯片代工市場。
英特爾新設立的Foundry工廠將提供22nm工藝，以及現(xiàn)有的14nm工藝。7nm節(jié)點芯片可能要到2023年才能出貨。反觀臺積電和三星，前者繼續(xù)在臺灣興建新的工廠，按階段目標生產(chǎn)5nm和3nm芯片。并還計劃在美國建立一座5nm的新工廠，計劃將于2024年投產(chǎn)；后者三星和其他公司也在計劃新的工廠。
22nm是28nm的擴展升級版，提供比后者更高性能，同時比14nm更便宜。目前22nm仍然是一個巨大的市場，涉及行業(yè)多個應用，如人工智能（AI）、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）及可穿戴設備等。在這個芯片節(jié)點上，各個Foundry廠商正采用不同的技術(shù)競爭。英特爾在正在使用22nmFinFET工藝；GlobalFoundries使用22nmFD-SOI；以及包括臺積電、三星等都是采用不同的工藝技術(shù)。
除了22nm之外，英特爾還利用現(xiàn)有的14nm技術(shù)入局Foundry廠。該工藝技術(shù)對于這家半導體共而言是最成熟的制程工藝。此外，英特爾正在逐漸打造一家規(guī)模化的Foundry廠，這家公司已經(jīng)從現(xiàn)有的14nm工藝入手，將目標開始向7nm和5nm的EUV節(jié)點進發(fā)。
Foundry市場競賽
從目前全球Foundry廠商來看，三星和臺積電仍然處于市場領(lǐng)導地位。中芯國際是國內(nèi)最大的Foundry廠供應商，目前技術(shù)開發(fā)已經(jīng)深入7nm工藝，除此之外還有其他節(jié)點。但由于最近美國政府將中芯國際列入實體名單，這意味著設備供應商必須獲得特殊許可證，才能向其出售光刻機設備。這樣的直接結(jié)果是，目前該公司7nm的努力有點擔憂。
同時，英特爾要想獲得Foundry行業(yè)的競爭優(yōu)勢，現(xiàn)在必須具備提供7nm工藝的能力。在EUV已經(jīng)成熟的情況下，英特爾已經(jīng)從最初的7nm技術(shù)起步不穩(wěn)到重回正軌。現(xiàn)在英特爾已經(jīng)計劃在2021年推出一款7nm的產(chǎn)品。不過批量生產(chǎn)可能要到2023年上半年才能確定。
簡而言之，英特爾仍然落后。臺積電和三星兩年前就已經(jīng)在7nm上采用了EUV，而且獲取了先進制程的技術(shù)經(jīng)驗。這兩家供應商已經(jīng)在各自的5nm工藝上發(fā)力，3nm工藝也會接踵而至。據(jù)悉，臺積電在2022年第三季度計劃向蘋果公司提供3nmFinFET。三星公司也正按計劃推出第一代3nm。
從各公司產(chǎn)品路線圖上看，臺積電計劃將FinFET擴展到3nm，然后在2023年、2024年，以2nm轉(zhuǎn)向新型全柵場效應晶體管（GAA FET）。相比之下，三星正從5nmFinFETs移動到3nm的GAA FET。與此同時，英特爾等其他公司也都在開發(fā)這種GAA FET架構(gòu)。作為FinFET的演進架構(gòu)，它具備比FinFET提供更高性能和更復雜的制造工藝。
從技術(shù)層面而言，目前英特爾正著眼于開發(fā)納米片F(xiàn)ET，為其5nm節(jié)點開發(fā)做準備。后期量產(chǎn)時間尚且未知。ICInsight曾指出，“至少在未來三年里，三星和臺積電每年的總支出將超過500億美元，任何一家公司在領(lǐng)先邏輯處理技術(shù)方便都很難趕上這兩家公司。”其他競爭對手方面，GlobalFoundries和聯(lián)華電子仍然活躍在16nm/14nm以上。
總結(jié)：面對全球芯片市場缺貨窘境，業(yè)界領(lǐng)先Foundry廠商正積極備戰(zhàn)，參與一場資本支出、工廠及技術(shù)競賽。老牌的Foundry領(lǐng)先企業(yè)臺積電（TSMC）、三星（Samsung）、GlobalFoundries、中芯國際和聯(lián)華電子（UMC）在許多技術(shù)領(lǐng)域提供Foundry服務。不過，英特爾（intel）重新入局，勢必會影響芯片代工行業(yè)未來的競爭格局，甚至爆發(fā)搶食市場份額大戰(zhàn)。
論芯片設計歐美領(lǐng)先，論芯片代工制造亞洲當之無愧統(tǒng)領(lǐng)全球80%以上的生產(chǎn)制造。但是，現(xiàn)在英特爾為首的美國半導體公司正計劃打破半導體制造區(qū)域格局，欲使后者獲取芯片制造的優(yōu)勢。這種操作對亞洲臺積電、三星、中芯國際等Foundry廠商勢必造成沖擊，短期而言是競爭關(guān)系，往深遠考慮，對我國半導體芯片制造可能會出現(xiàn)卡脖子的問題。
反觀國內(nèi)，提振半導體產(chǎn)業(yè)一直是我國重要戰(zhàn)略。過去幾年在集成電路設計領(lǐng)域，國內(nèi)已經(jīng)開始涌現(xiàn)一批前沿設計公司，包括華為海思、展銳、中興微、華大、智芯微、匯頂科技、大唐等一批優(yōu)秀企業(yè)。Foundry行業(yè)，中芯國際已經(jīng)成為中國大陸最大的芯片代工企業(yè)。技術(shù)工藝已經(jīng)開始研發(fā)7nm工藝。但趕超對手，未來之路仍任重道遠。
