上周，業(yè)內(nèi)最受關注的新聞，非三星計劃在美國德克薩斯州奧斯汀建設一個價值100億美元的晶圓廠莫屬了。這被認為是其追趕臺積電發(fā)展步伐的又一舉措。實際上，三星在美國建新晶圓廠已經(jīng)不是什么新聞了，該公司在這方面早有想法，特別是去年臺積電宣布在美國亞利桑那州投資120億美元新建5nm晶圓廠以后，三星希望在其美國原有晶圓廠的基礎上，更上一層樓，不被臺積電甩在遠處。
在5nm制程方面，三星已經(jīng)趕上了臺積電的腳步，于2020年實現(xiàn)了量產(chǎn)。但在3nm上，三星似乎還是落后于臺積電的，據(jù)報道，臺積電已經(jīng)為其3nm工藝的晶圓廠投資了200億美元。為了縮短差距，有報道稱，三星將完全跳過4nm制程節(jié)點，直接上3nm。
由于3nm制程工藝的難度極大，如果三星美國工廠計劃生產(chǎn)3nm制程芯片的話，按照正常進度，目前還處于初步計劃階段的德克薩斯州奧斯汀的晶圓工廠，在2023年前難以開展生產(chǎn)。而臺積電的3nm制程工藝將于今年進行試產(chǎn)，2022年量產(chǎn)。這對于力求趕超臺積電的三星來說，壓力還是很大。不過，相信三星3nm制程的主陣地應該還是在韓國本土的。
同5nm一樣，全球半導體業(yè)具備且正在3nm制程上進行競爭的產(chǎn)商，依然只有臺積電和三星這兩家。由于3nm工藝更加高精尖，這種“塔尖上”的競爭會更加激烈，因為能夠給這兩大晶圓廠提供相關設備、工具、材料、服務等的上游企業(yè)更少了，這對于上游供應商來說是個好消息，因為它們的競爭者很少，但對于下游的臺積電和三星來說，可選擇的上游供應鏈余量更有限了，特別是對于三星來講，難度恐怕會更大。
晶圓廠建設
臺積電方面，該公司董事長劉德音曾經(jīng)表示，在3nm制程上，于南科廠的累計投資將超過 2萬億元新臺幣，目標是3nm量產(chǎn)時，12英寸晶圓月產(chǎn)能超過60萬片。60萬片的月產(chǎn)能，這是一個非常驚人的數(shù)字，不過，在量產(chǎn)初期是達不到的，需要一個過程。據(jù)Digitimes報道，臺積電3nm芯片在2022年下半年開始量產(chǎn)，單月產(chǎn)能5.5萬片起，2023年，將達到10.5萬片。
臺積電在臺南科學園區(qū)有3座晶圓廠，分別是晶圓十四廠、晶圓十八廠和晶圓六廠，其中前兩座是12英寸晶圓廠，后一座是8英寸晶圓廠。晶圓十八廠是5nm制程工藝的主要生產(chǎn)基地。而除了5nm工藝，臺積電3nm制程工藝的工廠，也建在臺南科學園區(qū)內(nèi)，他們在2016年就公布了建廠計劃，工廠靠近5nm制程工藝的主要生產(chǎn)基地晶圓十八廠。
2020年11月，臺積電舉行了南科晶圓十八廠3nm廠新建工程上梁典禮，預計今年裝機，并于年底試產(chǎn)。
三星方面，2020年初，有外媒報道稱，三星已開始其新建的V1晶圓工廠的大規(guī)模生產(chǎn)，成為業(yè)內(nèi)首批完全使用6LPP和7LPP制造工藝的純極紫外光刻（EUV）生產(chǎn)線。而該工廠還被認為是三星3nm制程的主陣地。
據(jù)悉，三星V1晶圓廠位于韓國華城、毗鄰 S3。三星于2018年2月開始建造V1，并于2019 下半年開始晶片的測試生產(chǎn)。目前，該公司還在擴大V1晶圓廠的產(chǎn)能規(guī)模，也在緊鑼密鼓地為3nm量產(chǎn)做著準備。
設備
為了如期量產(chǎn)3nm制程芯片，臺積電一直在加大投資力度，2021年全年投資預估達到了280億美元，預計超過150億美元會用于3nm制程。其中，很大一部分都要用于購買半導體設備，涉及的廠商主要有ASML、KLA、應用材料等，他們供應的光刻機、蝕刻機等都是制造3nm制程芯片的重要設備。
全球排名前五的半導體設備供應商在臺積電采購中占比達75%，其中，ASML占比1/3，是第一大設備供應商。據(jù)統(tǒng)計，2019年臺積電設備采購中，ASML光刻機等設備金額約為34億美元，占臺積電總采購額的33%，其次是應用材料，采購額約為17億美元，占比16%，TEL約12億美元，占11%，Lam Research為10億美元，占臺積電采購額的9%，迪恩士占5%，KLA占4%。
對于3nm這樣尖端地制程工藝來說，光刻機地重要性愈加突出，而能提供EUV設備的，只有ASML一家，因此，該公司對于臺積電和三星的重要性也愈加突出，雙方都在盡可能地從ASML那里多獲得一些最先進地EUV設備。
不久前，ASML CEO Peter Wennink在財報會上指出，5nm制程采用的EUV光罩層數(shù)將超過10層，3nm制程采用的EUV光罩層數(shù)會超過20層，隨著制程微縮EUV光罩層數(shù)會明顯增加，并取代深紫外光（DUV）多重曝光制程。
1月20日，ASML公布了2020全年財報，數(shù)據(jù)顯示，2020年，該公司累計交付了258臺光刻機，其中EUV光刻機31臺。按照交付地區(qū)劃分，中國臺灣地區(qū)排名第一，占比36%；韓國排名第二，占比31%；中國大陸排名第三，占比18%。顯然，臺積電和三星獲得了ASML絕大部分的EUV光刻機。
封測
近些年，臺積電一直在布局先進封測廠。目前，該公司旗下有4座先進封測廠，分別是先進封測一廠、先進封測二廠、先進封測三廠和先進封測五廠，它們位于竹科、中科、南科、龍?zhí)兜鹊兀缋踔衲戏鉁y基地將是其第五座先進封測廠。該廠預計投資3000億元新臺幣，位于竹南科學園區(qū)周邊特定區(qū)、大埔范圍。
目前來看，該公司7nm制程芯片封測工作已經(jīng)能夠自給自足了，5nm的也在不斷擴充之中。面向3nm的封測產(chǎn)線也在建設當中。
為了滿足5nm及更先進制程的需求，臺積電已建立了整合扇出型（InFO）及CoWoS等封測產(chǎn)能支持，完成了3D IC封裝技術研發(fā)，包括晶圓堆疊晶圓（WoW）及系統(tǒng)整合單芯片（SoIC）等技術，預計竹南廠將以3D IC封裝及測試產(chǎn)能為主，計劃今年量產(chǎn)。
人才
對于3nm制程而言，人才更加稀缺，而臺積電在這方面具有更多優(yōu)勢，基于此，可以優(yōu)中選優(yōu)，挑選出更合適的人才，特別是領軍人物。
2020年5月，臺積電一項副總級的調(diào)動，引起了業(yè)內(nèi)關注。資深副總秦永沛和王建光的職掌內(nèi)容交換，原負責所有晶圓廠營運的王建光，轉任企業(yè)規(guī)劃組織，主要負責產(chǎn)品訂價及產(chǎn)品開發(fā)；王建光原職掌項目由秦永沛負責，接手所有晶圓廠制造及營運。
兩位資深副總的職掌交換，被視為不同業(yè)務的歷練，一位負責接單，一位統(tǒng)管晶圓廠，就像過去創(chuàng)辦人張忠謀對現(xiàn)任董事長劉德音與總裁魏哲家的安排類似，而時間點又正值將進入3nm制程階段，引起接班梯隊的聯(lián)想。
據(jù)悉，秦永沛在臺積電過去推進先進制程的過程中，無役不與。這次的調(diào)度時機正好是在臺積電5nm量產(chǎn)，即將進入3nm之際，兩個先進技術的生產(chǎn)重心都落在最先進的晶圓十八廠，就是由他負責。因此，秦被視為是臺積電3nm最主要的操盤手。
在3nm技術研發(fā)方面，現(xiàn)在是由研發(fā)資深副總米玉杰領軍。米玉杰是臺積電7nm、5nm的研發(fā)大將，接下來的3nm及2nm也是由他主導，他是目前臺積電兩位研發(fā)資深副總之一，另一位是羅唯仁。米玉杰的研究成果，會決定臺積電生產(chǎn)的表現(xiàn)，他的研究結果再交給羅唯仁的團隊，負責研發(fā)出如何量產(chǎn)的技術，兩人是研發(fā)的火車頭。
此外，臺積電在先進制程可以一直領先對手的關鍵就是封裝。封裝技術是臺積電拿下蘋果訂單的決勝武器。半導體產(chǎn)業(yè)面對物理極限挑戰(zhàn)，為了能在同一顆芯片里裝進更多晶體管，于是有了先進封測計劃。三星就是因為沒有這樣的技術，所以才與蘋果單失之交臂。
臺積電在封裝領域的靈魂人物是余振華與廖德堆兩位副總。余振華是臺積電聞名世界銅制程技術的重要推手，也是臺積電目前后段封測的研發(fā)推手；廖德堆2002年加入臺積電之前曾在特許半導體及應用材料任職過，曾任晶圓六廠的廠長和后段技術暨服務處資深處長，現(xiàn)負責管理后段技術與營運。
客戶
上周，據(jù)國外媒體報道，由于芯片制程工藝領先，還有更多的廠商在尋求獲得臺積電產(chǎn)能的支持，目前已知英偉達和高通正在尋求獲得臺積電3nm芯片制程工藝的產(chǎn)能支持。
此前有報道稱，臺積電共為3nm工藝準備了4波產(chǎn)能，首波產(chǎn)能中的大部分會留給多年的大客戶蘋果，后3波將被高通、賽靈思、英偉達、AMD等廠商預訂。
具體來看，有報道稱，臺積電3nm制程的初期訂單，已被蘋果的Mac臺式機/筆記本芯片、iPhone/iPad所用的A17芯片，以及英特爾的最先進CPU包下。
除了蘋果A17、英特爾訂單外，包括AMD、NVIDIA，以及2020年轉向擁抱三星5nm的高通等芯片大廠，據(jù)稱也都已經(jīng)預定了臺積電3nm制程在2024年的產(chǎn)能。
此外，2020年底，臺積電又宣布，將會在2023年推出3nm工藝的增強版，命名為“3nm Plus”，首發(fā)客戶是蘋果。如果蘋果繼續(xù)一年一代芯片，那么到2023年使用3nm Plus工藝的，將會是“A17”。臺積電沒有透露3nm Plus相比于3nm有何變化，但是顯然會有更高的晶體管密度、更低的功耗、更高的運行頻率。
結語
有報道稱，三星的3nm制程也將定在2022年量產(chǎn)，就是要與臺積電一較高下。目前已進入2021年，按照臺積電的計劃，今年就要進行3nm制程的風險試產(chǎn)，明年量產(chǎn)，而三星也在加快進度。這兩大晶圓代工廠的3nm制程爭奪戰(zhàn)已進入倒計時階段，在接下來的一年多時間里，兩家前進和追趕的步伐將呈現(xiàn)出更快的節(jié)奏。