半导体先进制程三雄争锋

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在当下的半导体先进制程领域中，三星、英特尔、台积电可谓是三足鼎立，各有千秋。三星是IDM和Foundry企业，在存储器领域长期霸占全球首位，占比约为40%，在全球代工领域排名第二，年销售额达亿美元，跃居全球首位；英特尔是IDM企业，主要以微处理器为主，年销售额达到亿美元，位居全球第二位；而台积电是全球Foundry企业的首位，占比为54%，年销售额达到亿美元。现在，业内总喜欢将摩尔定律作为指引,用来比较谁的工艺制程技术占先。而实际上，全球半导体业自22纳米之后，就不再用晶体管的栅长来定义工艺尺寸了，这也导致当下产生了很多分岐，使得三星、英特尔、台积电之间的竞争显得扑朔迷离。台积电一家独大，三星与英特尔伯仲难分从销售额来说，高德纳咨询公司发布数据显示，三星年半导体销售额达亿美元，市场份额达12.3%。这是三星时隔三年再度力压英特尔夺回市场份额冠军。三星本就是全球存储器领域的王者，已经连续霸榜多年，据统计，年它的DRAM市占率达到了43.6%,NAND达到了35%。连台积电创始人张忠谋也承认三星如同“磅的大猩猩”，很有实力。三星在年曾喊出要砸下兆韩元（约合亿美元）发展系统逻辑芯片，及晶圆代工等业务，目的是要在年超越台积电，抢下晶圆代工龙头的宝座。据TrendForce集邦咨询的数据，尽管三星在年第四季的晶圆代工营收突破新高，达到了55.4亿美元，但还是屈居第二。因为台积电的营收达到了惊人的.5亿美元，并且还掌握着全球超过五成的市占率，稳居第一。在竞争激烈的3纳米制程工艺方面，三星和台积电的技术路线并不相同，三星首先采用全环绕栅极晶体管（GAA），台积电则是继续采用鳍式场效应晶体管（FinFET）架构。自年，英特尔从日本NEC手中夺得全球销售额第一，已经连续称霸近30年。在半导体工艺制程技术方面,英特尔年的应变硅技术、年的HKMG技术以及年的3Dfinfet技术，对于全球半导体行业来说都具有着里程碑似的意义。但是在年，从14纳米finfet工艺开始，或许是因为英特尔此前前进的步伐迈的太大了，后面就开始逐渐减速，尤其是在10纳米制程工艺期间，耽误了太长时间。近日英特尔在VLSI技术研讨会上，给出了有关Intel4工艺的更多细节。英特尔最新制程工艺路线图（图片来源：英特尔公司）据了解，Intel4是英特尔首个采用EUV光刻技术的工艺、相较于Intel7，能够实现每瓦提升20%的性能。英特尔CEO帕特·基尔辛格宣布于年第二季度Intel4已经进入tape-in阶段。据传，Intel4的性能可能在台积电的N5及N3E之间。Intel4与TSMCN5及N3E的各项数组对比由此可知，如果Intel4能实现量产，那么英特尔与台积电之间的工艺研发差距就将缩小到一年左右。接下来，就要看Intel20A及Intel18A的进程,也就是3纳米与2纳米的比拼。从另一方面来说，近期台积电在美设5纳米芯片制造厂，英特尔也欲重振其鼓，计划在美国亚利桑那州投资亿美元兴建两个晶圆厂，新设代工事业部(IFS)，并且同样计划在年量产2纳米。目前，先进工艺制程的定义并不统一，各有各的逻辑与说法，但近2-3年来不争的事实是，包括英特尔在内的全球Fabless大客户的订单几乎全都落入了台积电的囊中。因此，在现阶段，业内的共识都是台积电暂时获得领先，所以三星和英特尔都视台积电为首要竞争对手，这也在情理之中。在全球三足鼎立之势下，台积电的成功让业界刮目相看。因为在年第一季度，台积电的营收为.1亿美元，与英特尔的亿美元相比，似乎还“遥不可及”。但在之后的9个季度中，台积电营收一直稳步呈线性增长；而英特尔则由于业务结构问题，营收只能保持平稳。所以在仅9个季度之后，台积电就实现了赶超之势。在今年第一季度，台积电营收为.7亿美元，而英特尔则为亿美元，双方之间的差距已在毫厘之间。今年的第二季度，台积电在4月14日的财报中披露，预计营收为亿~亿美元，毛利润率预计在56%-58%之间。而英特尔预计第二季度营收约亿美元，就业绩预期而言，台积电二季度的营收将有望超过英特尔。如能实现，就将是台积电自6年成立以来，首次在季度营收上超过英特尔。台积电的成功非一日之功，是各种综合因素的集中体现，除了有张忠谋领军之外，还取决于它一直在坚守代工文化，服务客户第一，与半导体设备厂紧密合作，以及加强投资等等。尽管英特尔、三星也有独到之处，但是不可否认它们都不可能在代工领域如台积电那样的高强度的专注，做到集中投资。未来台积电在全球半导体业中的权重因子可能还会日益增强。所以，我的判断未来在全球代工领域中，可能仍是台积电一家独大，而三星与英特尔可能在伯仲之间。2纳米谁将拔得头筹目前，先进工艺制程已达3纳米,今年下半年台积电、三星都声称可能试产2纳米。对于2纳米技术来说，现在还为时尚早。因为它与3纳米不同，架构、新型材料以及EUV设备等尚未就绪，所以业界仅是大致预测年可能试产。从结构上来讲，根据国际器件和系统路线图(IRDS)的规划，在～年以后，鳍式场效应晶体管(FinFET)结构将逐步被环绕式栅极（GAAFET）结构所取代。所谓GAAFET结构，是通过更大的栅极接触面积提升对电晶体导电通道的控制能力，从而降低操作电压、减少漏电流，有效降低芯片运算功耗与操作温度。

英特尔晶体管的创新里程碑

（图片来源：英特尔公司）

随着芯片制造工艺的进步，硅基芯片材料已无法满足行业未来进一步发展的需要。2纳米的制作过程中或将引入一些新的材料，其中二维材料（如石墨烯、过渡金属化合物）和一维材料（如碳纳米管）引人

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