“半导体制程之争烽烟再起，“中国芯”该怎么反超？”

对于新的征兵，国产选手们依然一点也不能放松。

一直以来，业界认为3nm是摩尔定律的物理极限，也是芯片制造工艺行业的珠穆朗玛峰。

为了突破芯片性能的天花板，延续摩尔定律，更多的芯片制造商将不惜千金，不断增加高精度芯片工艺，夺取先进工艺研发新的最高顶点。

恐怕很多人对台湾积体电路制造在3nm工艺研发行业的巨额投资感到惊讶，也对三星绕过过渡性的4nm，直接将5nm工艺上升到3nm感到惊讶。 但是，在最新的赛道上，久违冒泡的ibm扔下了对业界有杀伤力的手榴弹，对手似乎措手不及。

这几年，台湾积体电路制造和三星为了3nm工艺的量产而艰苦奋斗，但出乎意料地被“韬光养晦”的ibm中途夺走。 根据ibm的最新信息，这家企业在奥尔巴尼研究室开发了业界首款2纳米工艺芯片。 还停留在实验室阶段，量产上市还需要几年，但一有消息马上就会引爆舆论。

对于ibm的“挑衅”，台湾积体电路制造可以坐在哪里？

对方发出信息还不到一周，台湾积体电路制造就迫不及待地向世界证明了他作为“老大哥”的硬实力。 据悉，台湾积体电路制造宣布突破1nm以下的工艺，与台大、mit合作开发半导体新材料“铋( bi )”，大幅降低电阻，提高传输电流。

在先进制程的竞技比赛中，抢断的明星选手们在聚光灯下，你追着我，可以说一点也不懈怠。 但是，大公司之间的竞争越胶着，来自大陆的选手们似乎就越跟不上跑道了。 “中国芯”的反超，依然挡道漫漫。

英特尔退，台湾积体电路制造三星进

在去年7月的财务报告电话会议上，当时的英特尔首席执行官司睿博( bob swan )受到咄咄逼人的拆迁师们的困扰。 对于华尔街精英们一连串尖锐的问题，他不得不守口如瓶，低声下气地回答:

“我们的晶片制造商可能来不及了。 企业考虑采用承包商制造7纳米芯片，但不排除这种情况，需要采用其他企业的技术时，事先为此做好准备。 ”

听了这个故事后，参加的大部分业界人士都叹了口气，发出同样的叹息。 现在的英特尔是以前的英特尔吗？

那是英特尔黑暗的瞬间。

产品落后，技术落后，甚至企业内的工程师们也不容易把这些困难当作暂时的东西来确保。

作为美国制造业明珠，乃至20世纪美国资本神话的重要组成部分，辉煌时期的英特尔曾经只生产技术最多、最复杂、利润最高的零部件，而如今，上司和博传的消息不仅与企业以前流传的相去甚远。

在英特尔内部，司睿博更擅长财务，前任柯再奇( brian krzanich )引咎辞职后，时任首席财务官的他临危受命，填补了柯再奇留下的主教练(/k0/)的空白。 但是，在司睿博掌舵的这三年里，英特尔在产品和经营方面接连遭受暴力，特别是先进工艺一再落后，设计和架构方面问题频发，被台湾积体电路制造和三星等对手狠狠甩了。

半导体芯片主要有三种工作模式。

第一个是IDM ( IDM )，可以将三星、Intel德国公司为首的芯片设计、芯片制造、芯片封装、测试等多条产业链整合在一起。 第二类是fabless，只负责芯片的电路设计和销售，外包生产、测试、封装等环节，以联发科、博通为代表； 第三类是工厂(代工厂)，只负责制造、封装或测试环节。 最典型的是台湾积体电路制造和联华电子。

Intel是idm模式的粉丝，是自己制作的，拥有包括设计、制造、包装、销售在内的完美产业链，大部分产业链的制造过程都可以自己做。 英特尔叱咤江湖50多年，idm无疑是把剑，目前也只有三星、德州仪器这样的芯片巨头才能把持整个产业链的业务流程。

只是，成也萧何，败也萧何。

idm模式有弊端。

一是，一些使用idm模式的企业往往需要兼顾整个产业链，必须搞好芯片设计，必须为技术开发发愁，必须考虑产品制造等一系列事件，难以集中于研发流程

去年，英特尔首先推迟了7纳米工艺芯片的上市时间，并将上市日期推迟了半年。 最早将于2022年上市，也有可能延期到2023年。 首要原因是7nm工艺有缺陷，成品率不如预期，实际生产进度比企业内部路线图落后一年。

二是以英特尔为首的idm们必须承受企业规模大、管理和运营价格高、资本回报率低等先天硬伤，其硬伤被英特尔这样的领导者放大，最终大象难以转身，

三、这几年芯片领域分工越来越细，代工模式越来越受欢迎，英特尔的市场也逐渐被以台湾积体电路制造为首的代工厂蚕食。 针对英特尔宣布将在7nm工艺中“加速”一事，该公司表示，作为紧急应对措施，计划外包部分芯片制造的plan b，采用其他公司的晶片代理工厂。

工序之争，烽烟再起

一年前，三星宣布成功攻克了3纳米工艺的主要技术gaafet (栅极晶体管)。 直到今年3月的ieee isscc国际固体电路大会，该公司展示了采用3纳米工艺制造的最新芯片，首次对外分享了3纳米gae mbcefet芯片的开发细节。

目前，gaafet技术可以分为两种类型，一种是以前流传下来的普通gaafet，采用纳米线作为晶体管的鳍线( fin )，另一种是mbcfet )多桥通道场晶体管)

以往，三星在7nm、5nm的先进工艺技术上落后于同行业其他公司的台湾积体电路制造，因此该企业对3nm工艺技术寄予厚望，渴望通过3nm工艺实现技术的逆转。

当然，对三星来说，这款3nm sram芯片也非常有意义，不仅代表了3nm工艺最新落地的里程碑，还运用gaafet的mbcfet技术，在晶体管结构上实现了新的突破。 据三星电子副总裁taejoong song报道，新芯片具有“高速、低功耗、小面积”的特点，容量为256MB(32MB )，面积为56平方毫米。

顺便说一下，台湾积体电路制造和三星在7nm工艺之前使用了finfet技术(鳍型场效应晶体管)，从5nm工艺开始出现了finfet工艺的极限瓶颈。 在3纳米工艺芯片的实现途径上，三星决定将之前传入的Fin FEF替换为mbcfef，明年量产，但台湾积体电路制造依然重复finfet技术，改良之前传入的技术，于今年下半年投入试制，明年

台湾积体电路制造和三星还在为3纳米工艺而激烈厮杀，而这几年默默无闻的ibm今年5月突然大招，推出了2纳米芯片工艺技术。 消息一出，业界一片哗然，许多人至今仍难以置信，但世界上首个2纳米工艺芯片，竟然是默默无闻的ibm首先宣布的。

根据ibm的一些数据指标，其2nm工艺与目前先进的7nm相比，性能提高45%，功耗减少75%。

在最新技术中，指甲大小(约150mm )的芯片上可以搭载500亿个晶体管，超过了年在该公司官宣5nm处突破的300亿，另外，还是台湾积体电路制造5nm的两倍。 ibm主张，这一最新工艺技术将手机电池寿命支撑为目前的4倍，未来手机一次充满电就可以采用整整4天。

就晶体管的峰值密度而言，ibm最近发表的3nm工艺约为每平方毫米3.33亿晶体管( mtr/mm2 )，但就横向而言，目前台湾积体电路制造的3nm工艺的估计逻辑密度的峰值也为每平方毫米2

如果顺利的话，ibm的2nm工艺预计2023年下半年开始风险试验生产，最早将于2024年进入量产阶段。 值得一提的是，2024年也是台湾积体电路制造2纳米工艺芯片计划量产的时间，该公司预测2023年2纳米工艺芯片能够实现90%的成品率，如果顺利的话，将于2024年最快实现量产。

台湾积体电路制造现在超越了英特尔和三星，成为了世界上最大的半导体企业，坐在世界上最大的芯片代工厂的宝座上，但我们知道，对先进工艺的不安总是存在的。 要知道，创立30多年来，台湾积体电路制造长期保持着对先进工艺的绝对领先地位，其同行竞争对手也在大浪淘沙中逐渐分化，最大的敌人已经不是昔日的联电，而是英特尔和三星。

面对ibm和三星的制程野心，台湾积体电路制造终于坐不住了。 ibm的前脚刚成功研发出官宣2nm工艺，台湾积体电路制造的后脚在相关行业有了最新的动向。 明明与台湾大学和麻省理工学院共同发表了研发成果，反复强调可以利用半金属铋( bi )作为二维材料的接触电极，在1nm以下的工艺上取得了巨大的突破。

中芯国际道路障碍且长

ibm已经发布了2纳米工艺技术，台湾积体电路制造也对外宣布用1纳米先进工艺挑战摩尔定律的物理极限，但这些都没有经过批量生产验证。 从工艺技术来看，目前世界上最先进的芯片技术是5nm，但能够制造的只有台湾积体电路制造和三星。

中国大陆芯片制造商中，技术最先进的制造商是中芯国际，该企业也是目前国内屈指可数的晶片代理商，也被誉为大陆地区芯片界的“希望”。 但有趣的是，在该企业现阶段，最先进、最成熟的工艺也只停留在14nm。

最近，中芯国际公布了最新的财季财报结算。 数据显示，中芯国际一季度营业收入为11亿美元(折合人民币约增长71亿元(与去年同期相比增长22 )，净利润为1.589亿美元)人民币约10.25亿元)，同比上涨126亿元，远超市场预期。

但从工艺来看，55/56mm仍是中芯国际最主要的收入来源，占32.8%，其次是0.15/0.18微米，占30.3%。

从横向来看，先进工艺的14/28纳米不是这家企业盈利的主力，增长为去年同期的5%，但也只是6.9%的贡献率。 这意味着，即使在5nm工艺已经大规模量产的今天，作为我国的芯片制造大厂，中芯国际的工艺依然以成熟工艺为主，先进工艺的收益仍占极小的比例。

台湾积体电路制造的情况正好相反。

这几年，台湾积体电路制造依靠先进的工序大赚一笔，但从今年第一季度的营业收入来看，5nm的工序所占比例为14%，7nm所占比例更是达到了35%。 从整体上看，台湾积体电路制造落后技术方面的利润占比不高，其高端产品在市场上也被顾客广泛接受。

由此可见，无论在技术、市场、收益、利润方面，中芯国际和台湾积体电路制造等同业竞争对手仍存在较大差距。 要知道，台湾积体电路制造等大厂如果依靠先进技术赚钱，利润率自然也会提高。

中芯国际成立于2000年，在过去的20年里，这个大陆的巨头一直在赛道上追逐台湾积体电路制造。 但要赶上并不容易。 直到现在，昔日的“老大哥”Intel没能恢复原来自己的霸主地位，讨论后起之秀的中芯国际。

瓶颈在哪里？

不仅有技术，还有设备。

由于中美贸易战的持续发酵，美方切断了中芯国际和荷兰asml顶级光刻机的商业往来，但先进工艺的加工离不开光刻机。

有趣的是，无论是技术深度还是设备精度，国产的光刻机都与国外的对手有很大的差距。 中芯国际首席执行官赵海军也坦言，国内光刻机的整体水平落后荷兰约20年，短时间内赶上并不容易，这是实力差距。

本月，《日本经济信息》采访了7家来自中国大陆的主要半导体设备制造商。 大多数表示，目前中国大陆芯片制造商仍以生产14-28nm纳米芯片为主，技术上至少落后于国外优秀选手2-3代。

另外，美方的制裁也是从国外采购零部件和材料的一大障碍，但如果改用国内硬件替代品，将会影响芯片的最终成品率。 对于新的征兵，国产选手们依然一点也不能放松。