曾在10纳米工艺上反超TSMC的三星…为何又被赶超了 [科技聊聊]
三星电子2016年全球首发量产10纳米
与苹果-台积电蜜月关系下差距被拉大
从今年起技术回到原点…三星电子与英特尔加紧追赶
难以预料冠军归属的激烈角逐或将上演
三星电子代工事业部成立于2005年。此后一直与代工行业市占率第一的台湾台积电（TSMC）围绕市场份额和纳米（nm）工艺展开激烈竞争。
通常外界评价认为，台积电在技术上优于三星电子，但事实上，过去三星也曾在一次先进制程上实现对台积电的反超。即便如此，两家企业之间的市占率差距反而被进一步拉大。为何会出现这种情况？
曾领先台积电1年的三星，被“苹果效应”一笔抹消
![三星电子半导体工厂 [图片来源=三星电子提供]](http://www.asiae.co.kr/news/img_view.htm?img=2023100515550096653_1696488900.jpg)
时间回到2016年，三星率先启动了全球首条10nm代工生产线，开启了所谓“先进制程时代”。台积电则比三星晚了一年，到2017年才开始量产10nm。
当时半导体制造业正遭遇技术瓶颈。要实现10nm，必须引进阿斯麦（ASML）的新一代极紫外（EUV）光刻机，但由于该设备极其复杂，供货时间一再延后。
在此背景下，三星通过将旧一代的深紫外（DUV）光刻机“榨干”到极限，采用“三重图形化（Triple Patterning）”技术，成功超车台积电。此前台积电停留在14~15nm制程，三星则还在20nm段位，这次可以说是三星完成了一次“量子飞跃”。
然而，两家公司之间的市占率差距并未缩小。实际上，改变2010年代后期代工市场格局的最重要事件，并不是三星全球首发10nm工艺，而是“苹果—台积电联盟”的诞生，其影响要大得多。
苹果合作关系，成就台积电的“超越式差距”
苹果将2017年生产的自研应用处理器（Application Processor）“A10”的全部代工订单，交给了台积电的10nm产线。在此之前，苹果一直同时使用台积电和三星，平衡两家接单份额，从这一节点起，苹果与台积电实际上进入了“蜜月期”。
苹果只是众多无晶圆厂（Fabless，专门从事芯片设计的企业）中的一家，但苹果的订单量之大，足以彻底改变整个市场的重心。以去年为基准，苹果一家就贡献了台积电720亿美元营收中的165亿美元，占比23%。
同一年，三星代工营收为208亿美元，苹果对台积电的贡献额接近这一数字的80%。仅仅失去苹果这一家客户，就足以让台积电与三星的差距被大幅拉开。
比纳米节点更关键的是晶体管密度
那么，为何苹果选择与比三星晚了一步的台积电迅速建立深度合作？其中当然有各种盘算。首先，苹果不愿意把自身核心设计共享给在智能手机市场上与其正面竞争的三星关联公司，这一点不难想象。
但在性能层面，三星与台积电之间同样存在着不小差距。事实上，用各家厂商公开的“nm数字”来判断最新半导体的技术水平，并没有太大意义。
即便标称相同的nm节点，不同厂商的工艺成熟度不同，其决定芯片性能基础的“晶体管集成度”（单位芯片面积内可集成的晶体管数量）也会天差地别。正因如此，2019年台积电研发部门副总裁Philip Wong曾指出，“（nm数字）只是类似汽车型号的数字，不应与实际内容混为一谈”。
自2010年代后期起，三星在集成度方面一直略逊于台积电。以两家5nm芯片为例，三星5nm的5LPE工艺，每平方毫米芯片面积可集成1.26亿个晶体管；而台积电5nm的N5工艺则可集成1.73亿个，差距约为37%。
更高的晶体管集成度意味着芯片运行速度更快、能效更高。即便三星和台积电拿到同一份设计图生产芯片，最终性能仍会出现显著差异。
技术优势回到原点……代工行业会进入多方混战吗
半导体产业的一大特点是技术趋势变化极快，这意味着行业第一并不可能永远是技术最强者。事实上，在3nm芯片量产竞赛中，三星再一次抢在台积电之前实现了突破。
三星还率先于台积电导入下一代晶体管结构——环绕栅极（GAA，Gate-All-Around）技术，取得了又一项成果。台积电计划在3nm之前继续采用传统的鳍式场效应晶体管（FinFET），从2nm工艺起才引入GAA技术。对三星而言，现在正是争取新客户的关键时机。
技术趋势变化之快，也意味着台积电与三星之间的“二人转”格局随时可能被打破。英特尔也在最近的“Innovation 2023”活动上突然宣布，将于明年量产采用2nm（英特尔命名为20A）工艺的芯片。到2025年，还将推出更先进的18A（1.8nm）工艺。
目前英特尔代工服务已推进到被称为“Intel 4”（过去称7nm）的工艺节点。从nm数字来看，似乎远远落后于三星和台积电，但从晶体管集成度角度，已经可以与台积电的5nm一较高下。
因此，如果英特尔兑现此次发布的技术路线图，将首次打破三星与台积电构筑的技术领先格局。再加上近期突破美国技术制裁，自主实现7nm工艺的中国中芯国际（SMIC）等企业，未来代工行业或将进入格局难以预判的“群雄争霸”时代。
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