先進製程 2 奈米之戰，台積電維持領先，三星、英特爾能否彎道超車？
21 世紀以來，全球晶圓代工市場經歷了快速發展和深刻變革。在這個高度專業化和技術密集的領域，台積電（TSMC）、三星 （Samsung） 和英特爾 （Intel） 無疑是三大龍頭。它們之間的競爭，不僅推動了技術的進步，也塑造了整個產業的格局。
在晶圓代工市場中，目前持續推進 7 奈米以下先進製程的大廠，全球僅剩下只有台積電、三星與英特爾三家廠商。根據市場研究及調查機構 TrendForce 的最新資料顯示，2024 年第三季全球晶圓代工市場，台積電以 64.9% 的市占率排名第一，而且較第二季的 62.3% 成長 2.6 百分點，顯示其在市場上的領先地位仍無人可挑戰。至於，排名第二的三星，市占率來到 9.3%，較第二季的1 1.5% 還減少了 2.2 個百分點，與台積電的差距又再增加。至於，先前公佈 2024 年第四季財報，晶圓代工部門虧損縮小至 23 億美元的英特爾，則不在前十大晶圓代工廠商名單中。
台積電穩健推薦，2 奈米已受多家客戶青睞
依據台積電在 2024 年第四季財報中公布的結果，在先進製程的部分，3 奈米製程出貨占台積電 2024 年第 4 季晶圓銷售金額 26%，5 奈米製程出貨占全季晶圓銷售金額的 34%，7奈米製程出貨則占全季晶圓銷售金額的 14%。總體而言，先進製程（包含 7 奈米及更先進製程）的營收達到全季晶圓銷售金額的 74%。因此，可以說目前台積電絕代多數的營收貢獻都來自於先進製程，這也就解釋了台積電在全球晶圓代工市場能獨占鰲頭的原因。
台積電在 2018 年開始生產 7 奈米鰭式場效電晶體（7nm FinFET，N7）製程，之後於 2020 年開始同樣以 FinFET 技術正式量產 5 奈米（5nm FinFET，N5）製程，以協助客戶達成智慧型機及效能運算等產品的創新。再到 2022 年之際，成功量量產 3 奈米（3nm FinFET，N3）製程技術，N3 製程也成為當前業界最先進的半導體邏輯製程技術。根據台積電的規劃，它即將於 2025 年下半年量產，並且在 2026 年大量生產的 2 奈米（N2）製程，目前開發都依照計劃推進、且有良好進展。N2 技術採第代奈米片（Nanosheet）電晶體技術，將提供全製程節點的效能及功耗進步。
另外，在即將量產最新的 2 奈米（N2）製程之際，台積電也規劃了接下來在接下來 2 奈米以下，進入埃米世代的製程技術發展。台積電指出，埃米世代的第一個先進製程技術定名為 A16，將採用下一代的奈米片（Nanosheet）電晶體技術，並採超級電軌技術（Super PowerRail，SPR） 架構、透過此一領先業界的背後供電解決案方案，為產品提供更大的運算效能，以及更優秀的能耗表現。
台積電指出，2024年總計為 522 個客戶提供服務，生產了 11,878 種不同產品，被廣泛地運用在各種終端市場，例如高效能運算、智慧型手機、物聯網、車用電子與消費性電子等產品上。同時，台積電及其子公司所擁有及管理的年產能也達到超過 1,600 萬片約當 12 吋晶圓。
三星期待彎道超車，2 奈米製程力拚客戶數提升
相較於台積電在先進製程上的穩步推進，近些年來積極追趕台積電的韓國三星就期望透過創新方式，能在市場上以彎道超車的方式，獲得市場潛在客戶的青睞並超車台積電。以 7 奈米節點製程為例，三星在 2018 年領先台積電推出的 7LPP 就率先用上了 EUV 及紫外光曝光技術，號稱該製程技術與非 EUV 製程相較，能降低總光罩層數達約 20%，可為客戶節省時間和成本。而且，與 10 奈米的 FinFET 技術相比、可提升 40% 的面積效率，搭配提升 20% 的效能或最多降低 50% 的功耗。
不過，在 7 奈米製程首次採用 EUV 卻良率不高，而且台積電在第二代 7 奈米製程也用上 EUV 技術，使三星優勢不再的情況下，三星在 2019 年隨即將目標放在了新一代的 5 奈米製程技術上，並將 5 奈米製程於同年的下半年開始量產。根據三星的說法，在沿用且優化 EUV 技術之後，5 奈米 FinFET 製程技術經過改良，能提升 25% 的邏輯晶片效率，減少 20% 的功耗，提高 10% 的性能，使三星擁有更創新性的標準單元架構。
然而，三星 5 奈米量產之後，為客戶高通代工的 Snapdragon 888 及 Snapdragon 8 Gen 1 處理器發生過熱與良率不高的問題，迫使高通後來轉單台積電救援的事情令人印象深刻。這讓客戶對三星 5 奈米製程失去信心的狀況下，三星又將目光放到更新一代的 3 奈米製程技術上，並且大膽採用了 GAA 電晶體，在 2022 年的 6 月底宣布正式搶先量產。不過，就在三星 3 奈米 GAA 製程宣布量產的數個月後，韓國三星證券就發布《地緣政治模式轉變與產業》報告，提到三星面臨無數挫折，特別是 3 奈米 GAA 製程，因良率僅 20% 而無法縮小與台積電差距，客戶被迫放棄與三星合作，使三星 3 奈米虧損 3.85 億美元。
目前，根據韓國媒體報導，三星晶圓代工的 2 奈米節點製程（SF2）測試中有了高於預期的初始良率，在針對新一代的 Exynos 2600 處理器的試產良率約為 30% 左右。SF2 是三星晶圓代工部門計劃在 2025 年下半年推出的最新製程技術，採用第三代 GAA 技術，其與 SF3 製程技術相較，SF2 性能有望提高 12%，能效提高 25%，而晶片面積微縮 5%。如果良率優畫工作穩定進行，最快將於 2025 年第四季開始量產，也等於與台積電的 N2 製程技術正面對決。
英特爾期待走出陰霾，Intel18A 成功與否是關鍵
見到三星挑戰台積電先進製程的困難重重，當前陷入財務危機的一代晶片製造大廠英特爾也不惶多讓。在過去英特爾在 14 奈米製程技術卡關許久，下一代先進製程每每難產的情況下，一度領先的全球晶片製造龍頭已經與台積電、三星越差越遠。因此，為了拿回領先優勢，加上美國政府提倡半導體製造業復興的情況下，英特爾在 2021 年前執行長 Pat Gelsinger 就任至後提出了 IDM2.0 的計畫，規劃以「4 年 5 節點」的技術發展在 2025 年重新站回半導體製造領先位置，並且能夠爭取市場晶圓代工的潛在訂單。
然而，「4 年 5 節點」在推出後就陸續出現執行困難的情況。原本在英特爾規劃的 IDM2.0 中包括了 Intel 7、Intel 4、Intel 3、Intel 20A、Intel 18A 先進製程，並且開發 RibbonFET 和 PowerVia 兩項創新技術。不過，實際上 Intel 4 產能受限的問題，就使得整個處理器的產能影響到了筆記型電腦的銷售。至於，Intel 20A 製程上，原本要生產的 Arrow Lake 處理器將取消，改成外包生產，且外包對象最有可能就是台積電。而 Arrow Lake 由英特爾自己生產部分就剩將代工小晶片封裝至處理器。後來英特爾直接宣布放棄 Intel 20A 製程，直接搶進 Intel 18A 階段。
這一連串 IDM2.0 的先進製程問題下，最終衝擊到了英特爾的產品競爭力。尤其，現階段競爭對手 AMD 在 CPU 市場上的表現非常出色，其憑藉著最新的 Zen 系列架構 CPU 產品，加上台積電最新製程技術的協助下，性能和總擁有成本（TCO）方面都具有強大競爭力。此外，英特爾還需要在 GPU 市場上與輝達競爭，這進一步增加了其壓力。因此，這一連串的問題，終於在 2024 年的 8 月份大爆發。
2024 年第二季財報，營收表現相 2024 年第二季財報，營收表現相當難看，單季淨虧損 16.1 億美元。其中，晶圓代工部門再度虧損 28 億美元，累計 2024 年上半年虧損已達 53 億美元。因此，英特爾宣布裁員 15%，並且開始停止股利派發。這些負面消息直接衝擊英特爾在當日股價下跌 5.5%。更在盤後交易中大跌逾 20%。最終導致 Pat Gelsinger 最終的退休離職。
(首圖來源：Intel 提供)