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台积电为英特尔开辟3nm专线!“一剂毒药”?

时间:2022-01-14 10:07:31 作者:Challey 阅读:
1月13日,有消息称台积电计划在其中国台湾北部的新生产基地专门开辟新产线为英特尔生产3纳米芯片。该生产基地位于新竹市宝山区。该消息人士称,英特尔希望台积电利用3纳米制制造工艺,为其生产CPU和GPU的零部件。
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1月13日,有消息称台积电计划在其中国台湾北部的新生产基地专门开辟新产线英特尔生产3纳米芯片。该生产基地位于新竹市宝山区。该消息人士称,英特尔希望台积电利用3纳米制制造工艺,为其生产CPU和GPU的零部件。

一个月前,2021年12月13日,英特尔CEO基尔辛格乘坐私人专机访台,一改此前的画风,以“经济泡泡”项目模式入境,与台积电高层洽谈。

当时就传出,英特尔要求台积电为其开辟单独的3nm产线,而岛内一众专家认为:这可能是一剂“毒药”。

访台目的:3nm专线

尽管一个月以前双方对于那次行程和洽谈内容严格保密,但业界报道基尔辛格来台主要目的是与台积电讨论晶圆代工合作事宜。由于HPC(高性能计算)市场的高速增长,英特尔的CPU和GPU需求强劲,设计上已朝向chiplets(小芯片)或tiles(芯片块,瓦片式芯片)的方向发展,虽然英特尔就算已宣布建厂扩产,但自有产能仍不足以满足未来需求,因此英特尔希望争取到未来2~3年更多台积电先进工艺产能,涵盖制程包括7nm及优化后的6nm、5nm及优化后的4nm、以及3nm等。

特别是最新的3nm工艺,英特尔提出了一个要求:希望能与苹果一样,台积电能够为英特尔建造一条3nm产能特供专线。

那么,台积电真的会答应吗?

据报道,台积电当时以要求缴纳定金的方式与英特尔就此问题进行了谈判。

本文从3nm专线的造价、销售价格,回收周期、市场竞争等多方面进行分析。

3nm订单由来

3nm订单其实是英特尔前CEO史旺与台积电达成的,台积电还派出上千名工程师配合,但在基尔辛格上任后,为了争取美国政府补贴而批评台积电,让台积电产生疑虑,基尔辛格前来就是要修补关系,并预期3nm订单将在2024年出货。

台积电3nm芯片工厂

台积电于2018年底就开始投资195亿美金在台南的南台湾科学园建设建造第一座 3 nm芯片制造工厂。

台积电 Fab 18 是主要的 3nm 生产工厂

当时此举是基于台积电的最大客户需求,包括苹果、华为、谷歌、英伟达等对未来十年 3nm 芯片的速度和效率提升的前景看好。3nm芯片主要应用是云计算、人工智能和5G。

2021年12月,据 DigiTimes 报道,台积电已在其位于台湾南部的 Fab 18 中启动了使用 N3( 3nm 工艺技术)制造的芯片的试产。

与5nm工艺相比,3nm技术将提供高达 70% 的逻辑密度增益,在相同功率下高达 15% 的速度提升以及在相同速度下高达 30% 的功耗降低。可以说3nm性能更强,功耗更低,体积更小。

N3 技术将为移动和 HPC 应用程序提供完整的平台支持,预计 2021 年将获得多个客户产品流片。此外,批量生产的目标是 2022 年下半年。

3nm产线成本

代工成本,一般来说,随着工艺节点的增加成本会大幅增加。

根据IBS的数据,对于代工厂而言,3nm工艺开发将耗资40亿至50亿美元,而建设一条3nm生产线的成本约为15-200亿美元。普通芯片企业,只进行3nm设计,也要5.9亿美元。

下面是2020年各工艺的晶圆成本与销售价格表。

数据来源:2020年一份涵盖代工业务和厂商的报告的半导体厂商

圆成本:根据 CEST 的模型,在 5nm 节点上构建的单个 300mm 晶圆的成本约为 17,800 美元,而 7nm 节点为 9,346 美元。以此推论,在 3nm 节点上构建的单个晶圆的成本可能会达到 30,000 美元左右。

掩膜成本:在16/14nm工艺中,使用的掩膜成本在500万美元左右。到了7nm工艺,掩膜成本迅速上升到1500万美元。但在7nm以下,传统的DUV光刻将被EUV光刻取代,使用的掩膜数量会减少。因此,5nm和10nm工艺使用的掩膜数量大致相同。然而,由于采用了更先进的工艺技术,整体掩模成本仍然增加。

EUV光刻机: 7nm及以下先进制造工艺。EUV 技术是目前唯一的选择。荷兰ASML是全球唯一一家EUV光刻机公司。根据ASML财报数据,截至2021年7月4日,ASML的EUV光刻机均价高达1.535亿欧元,ASML即将推出第二代EUV光刻机,价格有望超过3亿美元。

3nm晶圆产能

3 nm工厂的月晶圆产量初期估计为 3,000-5,000 片;

不过最新消息显示,台积电3nm工艺发展超预期,预计月产能1万至3万片;

到2022年年中,台积电的3nm芯片产能将达到每月5万至6万片;

2023年将扩大至10.5万片。

3nm晶圆价格

2020年Q3,台积电5nm 晶圆的单价达到 16988 美元。据台积电公开声明,2022年一季度起开始调涨晶圆代工报价,最高端7纳米以下(7纳米、5纳米)制程将调涨10%,16纳米以上的成熟制程将调涨10%—20%。涨价后的5nm晶圆价格在18686美元左右。

作为一个新工艺,3nm技术研发和产线前期投入大,加上芯片短缺的局面,预计其晶圆价格在3万美元左右。

3nm晶圆营收

由于目前芯片处于供不应求的状态。

按台积电2022年每月量产5万片,每片3万美元,每个月的3nm晶圆收入粗略估计15亿美金。

按照2023年以后的产能(10.5万片/月),每月3nm晶圆收入估计在30亿美金。

台积电2021年各季度的利润:

粗略估计晶圆的毛利达到60%,最终利润率约40%。

3nm晶圆在2023年后的月度净利润约12亿美金,一年约144亿美金。

成本回收与盈利周期

因此,投资一条3nm产线需要200亿美金,估计在2年内回收成本,5年内利润达到平均预期(40%)。

英特尔与台积电的竞合

来自英特尔的威胁与日俱增。台积电和三星之间的竞争正值美国正试图提高国内芯片产量以对抗中国日益增长的影响力之际。作为此类努力的一部分,英特尔在 3 月份宣布了一项 200 亿美元的投资计划,以建立两家新的芯片制造工厂并进军代工业务。

英特尔也在涉足代工业务

分析师表示,英特尔凭借其最先进的技术进军代工市场,将对正在努力缩小与台积电差距的三星造成特别打击。

英特尔首席执行官基尔辛格在2021年12月初表示,它的 目标是到 2025 年 通过大力投资该业务成为世界顶级代工企业。他表示,该公司已经获得了高通公司和其他半导体公司的客户。

2nm技术竞争

自基尔辛格2021年 2 月接任英特尔首席执行官以来,半导体制造商之间的竞争一直在升温,他承诺将彻底改革公司的战略,让英特尔重新成为行业领导者。

在英特尔技术路线中的2 nm工艺节点上,基尔辛格表示,将强化对先进芯片制造技术的竞争。

据媒体报道,台积电于 2021年7 月获得政府批准,计划在新竹宝山镇建设 2 纳米晶圆厂。

台积电在 2022 年初开始建设,将于2023 年开始安装生产设备,于 2024 年实现量产。

台积电的 2 纳米工艺将首先应用于苹果新的 iPhone 系列智能手机。

台积电相信将超越英特尔的新产品线

台积电首席执行官魏哲家表示,他相信台积电的芯片代工技术能够超越英特尔。

根据技术出版物 SDXCentral的一份报告,当被要求对英特尔的未来工艺技术发表评论时,魏哲家表示,台积电的 2nm 工艺节点定于 2025 年发布,将提供无与伦比的晶体管密度和性能。

“我们有信心保持我们的技术领先地位”他说。

台业界:或变成一剂毒药

中国台湾业界杨瑞临指出,英特尔目前面对AMD、NVIDIA的强力竞争,为了避免进一步遭吞食市占率,英特尔必须在先进制程方面有长足的进展,这时候台积电就成为关键,过去竞争对手依赖台积电的先进制程制造芯片赶超英特尔,英特尔则是在今年8月的构架日宣布将采用台积电7nm、6nm以及5nm制程生产新品。

杨瑞临认为,双方的竞合关系,将取决于英特尔先进制程发展,若发展顺利,将降温与台积电的合作关系,反之亦然。此外,基于风险考察,英特尔目前市占率仍高达8成,若给台积电下单是否有能力消化,让AMD、NVIDIA可能也在产能排挤产生疑虑,借此寻找第二家供应商,将成为台积电的风险所在。

因此,若台积电答应英特尔的3nm产能专线,虽说短期内可能带来更多营收,但中长期看则可能变成一剂“毒药”。

结语

在芯片代工领域,还有一大巨头:三星。

根据三星规划的2030 年愿景,计划投资总额为 133 万亿韩元(1160 亿美元),成为全球最大的代工企业。

在代工领域,英特尔与台积电和三星均有合作,而台积电与三星却一直处于竞争态势中。

毫无疑问,英特尔一定会在与台积电的合作中会不断的加快自己的IDM2.0战略。

是否真的答应为英特尔设立独立的3nm产线,无论是从经济利益,还是竞争合作,相信台积电会有自己的评估。

不过,其中有一点,英特尔为了自己的战略(目标)而不断改变(甚至是态度)的方式,值得学习。

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