台积电、三星和英特尔代工谁更强？揭开背后复杂的评判标准

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www.laoyaoba.com, Oct. 28, 2022 – 

集微网消息，价值数十亿美元的晶圆厂在领导地位的竞争上变得越来越错综复杂，导致现在很难确定哪家公司处于领先地位，因为其中需要权衡的因素太多。分析机构semiengineering对此作出了详细解读。

这在很大程度上反映了前沿客户群的变化和对特定领域设计的推动。在过去，像苹果、谷歌、亚马逊和Meta这样的公司购买了最快的商业处理器。但在过去五年中，这些系统公司一直在雇用半导体硬件和软件工程师团队，为特定的数据类型定制架构，以便大大超过通过扩展获得的性能和功率。

这并没有阻止台积电、三星和英特尔继续缩小芯片尺寸，他们的路线图已经延伸到1.x纳米范围。但是，这已经改变了他们竞争的动力。领导地位不再是局限于工艺几何学。下一代技术包括从新型晶体管、互连材料和结构以及电源传输方案等很多方面。在某些情况下，无论是硬件、软件的可编程性，还是在大批量应用中创建衍生设计的更简单的方法，可能都需要更灵活。面临的其他情况可能是在一个视网膜大小的芯片上能容纳多少个晶体管的问题。

尽管成本上升，功率和性能优势减少，但工艺扩展仍然很重要。然而，并不是每个应用都需要它，它只是决定市场领导地位的众多因素之一。事实上，无论何时，对处于领先地位的公司的选择评判可能需要其产品的电子序列，而不仅仅是依靠其制造工艺。而且，对于客户或客户的特定设计来说，他们彼此看重的东西可能相差迥异。

"有很多问题需要解决，比如如何在系统层面上进行设计，如何对所有东西进行分区，并将其集中起来，"台积电业务发展高级副总裁Kevin Zhang说。"但这些也代表了一个机会。整个行业需要找出一种方法来把事情做得更好。我们必须重新思考未来的系统设计，以及如何更好地划分这些东西。未来，你会看到系统级的方法变得越来越重要，而不是仅集中在单个芯片层面，这涉及到从软件和软件架构各个方面。你可能会看到越来越多的重要参与者成为半导体客户。"

imec高级研究员兼3D系统集成项目主任Eric Beyne也指出了类似的变化。他说："如果你看一下尖端，想要速度快、低功耗和标准类型的连接，"他说。"这对于大多数人来说是可以做到的。但是现在有AMD、英特尔、谷歌等大公司，他们希望产品比隔壁商店卖的更好一点。他们希望得到调整改良过的版本，或者一个干净整洁的界面，因为自己有能力用不同的方式来实现。"

例如，在人工智能培训应用中，目标是将尽可能多的计算元素，通常是同质的，堆积在一块硅片上。相比之下，在智能手机中，图像处理等功能需要更多的逻辑，但不是所有逻辑都需要装在同一个芯片上。而在AR/VR眼镜等应用中，热限制和性能要求非常苛刻，而且因使用情况而异，因此公司正在尝试各种不同的架构，从平面芯片到具有复杂热管理的3D-IC架构。

简而言之，一个尺寸无法适用所有架构，这正从根本上改变了代工业务的动态。联电和革新在14纳米研究中退出了规模化竞争（尽管GF后来转向了12纳米），开始专注于各种专业市场，如汽车和5G。从那时起，这两家公司一直满负荷运行，并计划增加产能。在EDA和制造设备公司的帮助下，他们正逐渐扩大在成熟节点上可以做到的事情。

"设备供应商相当投入，"格芯技术和研究高级副总裁Gregg Bartlett说。"Applied Materials公司创建了ICAPS（物联网、通信、汽车、电力和传感器）业务部门，专门负责那些非个位数纳米相关的技术，包括宽带隙材料、复合半成品和CMOS图像传感器有关的工具能力。他们的离子注入需要极低的金属含量。因此，摩尔定律所要求的设备能力并没有下降，而且它们已经变成了新的要求。对于剩下75%的市场需要的东西，有完整的路线图。"

即使在前沿节点上，工艺也变得大不不同，彼此之间难以比较，其中有一部分取决于终端市场。三星和台积电继续在消费电子和个人电脑上相互争夺。与此同时，英特尔继续把重点放在服务器芯片上，与台积电互争高低，但它目前也偏向为军事/航空应用开发先进节点芯片。所有这些公司都涉足其他市场，随着客户需要的定制解决方案越来越多，这些市场就会继续分裂。

因此，每个晶圆厂都在发挥其核心市场的作用，同时在预算和机会允许的情况下向其他市场扩展。三星正在向3纳米的全栅极FET领域发展，而台积电和英特尔计划在3纳米坚持使用finFET，在2纳米转向GAA FET。所有这些公司都在针对这些节点以及很多半节点开发特殊工艺。

这在很大程度上反映了无晶圆厂公司财大气粗的需求，它们希望用最小的功率实现最大的性能。在这个世界上，成本需要放到一个系统或多个系统的背景下考虑。冷却更少的服务器机架可以在更小的空间内做更多处理，而且速度更快，这种经济性使得在最先进的节点上从头开始设计芯片更容易被大众接受。

谷歌与特斯拉两者的服务器处理架构看起来差别很大。虽然两者都可能包含5纳米或3纳米的逻辑，但它们是为不同的数据类型、内存和I/O配置以及不同的数据处理方式和地点、需要保留的数据多少以及存储位置的优先级而定制的。

在这种情况下，工艺技术和晶体管类型仍然很重要，但它们不一定是使芯片运行更快或者功率耗费减少的决定因素。事实上，用下一个晶体管技术来获得最先进的节点不再确保获胜的公式。虽然历史上一直从密度的角度来看待工艺领先性，但这只是先进封装中日益异质化的芯片或集合chiplet的组成部分。仅仅因为一个芯片使用了3纳米工艺，并不能确保它在某一特定应用中以较低的功率运行得比5纳米逻辑芯片更快，后者可能与神经处理单元、CPU和GPU一起封装。此外，如果需要更新或改变算法，而且没有内置的可编程性，那么随着时间的推移，它的性能表现可能不会很好。

这在不同代工厂的路线图中是有据可循的。虽然有一些相似之处，但也存在明显差异，而且这些差异可能会随着时间的推移而扩大。

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