文 | 芯東西 高歌

編輯 | Panken

芯東西3月15日報道，近日，據半導體分析機構IC Insights預測，2022年半導體行業資本支出將達到1904億美元的歷史新高，比三年前增長了86%。其中臺積電、三星、英特爾預計的資本支出分別將達到420億美元、379億美元和270億美元，三大巨頭占據了超過50%的資金支出。

而在2020年，臺積電資本支出僅為170億美元，三星的半導體支出則是32.9萬億韓元（約合264億美元），雙方資本支出漲幅驚人。

此外，去年2月英特爾宣布“IDM 2.0”戰略，計劃重新成為全球芯片制造第一，其英特爾代工服務（IFS）吸引了亞馬遜、高通等客戶，加入先進制程市場爭奪。

先進制程研發進度上，臺積電、三星雙方都宣稱會在今年實現3nm的量產；英特爾的Intel 4工藝將在今年下半年就緒，還計劃在2024年下半年完成18A工藝。

從臺積電開創晶圓代工模式至今，全球芯片半導體產業在垂直分工合作模式下高速發展，晶圓代工業也歷經幾番風云變幻。

如今，新的戰火正在愈燃愈旺，隨著英特爾再度拾起代工大業，晶圓代工江湖或將被三大頂尖芯片制造巨頭重新劃分地盤。

01.英特爾稱霸制程馬拉松前半，經濟學維度摩爾定律已經失效

說起先進制程，就必須提到英特爾創始人之一的戈登·摩爾，他于1965年提出了一個延續至今的“摩爾定律”。摩爾定律為：集成電路上所集成的晶體管密度，每隔18-24個月就翻一番。

為了更直觀地體現集成電路性能的提升，半導體行業以晶體管的線寬（制程）來形容制造工藝的先進程度。如今，無論是晶體管線寬還是柵極長度的縮小難以跟上幾何級縮小，芯片制程所代表的已非芯片內具體的物理特性，而是性能的大致體現。

摩爾定律除了是一個技術預言外，還有一個經濟學的維度，它意味著用一美元所能買到的晶體管數量，每隔18個月翻兩番。

▲摩爾定律的經濟規律（圖片來源：中國360度透視講座，黃節PPT）

摩爾定律的經濟學維度是如今各類電子設備越來越便宜的原因，如果汽車工業也遵循摩爾定律，如今1美分就可以買到蘭博基尼跑車。

但對于半導體行業內的玩家來說，摩爾定律的經濟維度背后卻是一場數十年的馬拉松。

為了滿足摩爾定律，半導體廠商必須每18個月提升一倍晶體管密度。對半導體制造來說，這意味著廠商們必須馬不停蹄地完成設計、產線、系統產品的迭代和良率調教，并從現有制程中獲得足夠推進到下一制程的利潤。

芯片制造廠商如果從這一競賽中掉隊，就意味著自身與市場上的頂尖公司出現代差，而無法獲得先進制程帶來的晶體管成本優勢和市場定價權，從而落后于競爭對手。

隨著摩爾定律的門檻越來越高，先進制程的研發、產線的建設支出成本越來越高，經濟維度的摩爾定律已經失效。IBS數據顯示，最先進的3nm工藝開發將耗資40億至50億美元，而興建一條3nm產線的成本約為150億-200億美元。從整個芯片制造行業來看，能夠跟上先進制程發展的公司越來越少，只有寥寥數家能夠跟上這場馬拉松。

作為摩爾定律的開創者，英特爾直到2014年都一直領跑半導體行業。英特爾如今最大的競爭對手，則是一家成立于1987年的中國臺灣公司。這家中國臺灣公司用一種新的商業模式，改變了整個半導體行業的格局。

02.臺積電創建代工模式，三大巨頭聚首芯片制造

在臺積電之前，絕大多數半導體公司都是所謂的IDM廠商，即自己負責從設計、生產到封裝所有環節，英特爾、AMD、IBM、德州儀器等都是這樣，著名的摩托羅拉也是當時最大的半導體公司之一，甚至福特汽車都有自己的半導體廠。

這樣的經營模式雖然能夠讓公司掌握自身的生產供應，但卻要背負一個半導體工廠，對于創企的生存和發展十分不利。這種情況從60年代開始發生改變，由于美國等地的人力成本提升，半導體產業鏈出現分工，封測等勞動力密集的環節向東南亞地區轉移。

▲半導體產業的逐步分化（圖片來源：中國360度透視講座，黃節PPT）

1987年，張忠謀創建臺積電，開辟晶圓代工模式。張忠謀曾工作于美國模擬芯片巨頭德州儀器（TI），作為德州儀器的第一個華裔員工，他在德州儀器時最高任資深副總裁，是德州儀器的第三號人物。

作為少有的華人高管，張忠謀無論在技術還是商業上都有著獨到之處。在技術上，張忠謀將德州儀器為IBM代工的電晶體良率從2%-3%提升至20%以上，甚至超過了IBM自有的產線。而在商業上，其通過毫不留情的降價策略，成功在當時將英特爾逼出了TTL市場。

根據張忠謀的說法，1984年，他任通用儀器的總裁，一位資深行業人士想要創業成立一家半導體公司，就找到張忠謀希望獲得5000萬美元的投資。3周后，張忠謀再給他打電話，發現他只專注芯片設計，不建半導體工廠，用自己積蓄的500萬美元就成功創業，不再需要投資。

這是張忠謀首次聽說有專門做芯片設計的公司，既然有專門做設計的公司，就可以有專門做晶圓制造的公司。他這個想法最終成就了如今的晶圓制造霸主臺積電。

這種代工模式推出之初并不被看好，英特爾等公司拒絕投資，張忠謀只是通過關系拿到了英特爾的一些訂單勉強生存。

盡管誕生艱難，在半導體全球化的背景下，這種代工模式漸漸體現出了優越性。對于當時占據市場優勢的美國半導體公司，它們可以實現輕資產的運營方式，減少自身資本支出，并獲得專業芯片制造企業的工藝優勢。

對于芯片代工企業來說，其自身的產線不用再跟隨產品的迭代不斷遷移，在一個較為通用的制程中可以持續生產，維持并改進自身的良率，從芯片制造環節獲得更多的利潤。

對于電子產業的下游系統廠商，它們創建時不用再考慮背負一個半導體工廠，可以靈活地選用不同的代工廠商。

此后，聯電轉為純代工廠；AMD的半導體制造業務被中東阿布扎比財團買下，成為了現在的格芯；2005年，已成為存儲芯片霸主的三星也和IBM、特許半導體結盟，進入晶圓代工領域，代工江湖格局初定。

2019年，北京蘭璞資本創始合伙人、前英特爾中國區董事總經理黃節在中國360度透視講座上評價道，這種晶圓代工的模式幫助塑造了如今華為、中興等后來創建的企業，改變了全球電子產業的格局，是一個革命性的變化。

03.三星、臺積電爭奪蘋果訂單，英特爾代工業務首登場

2005年11月，三星在進入晶圓代工市場后，宣布了其第一個主要代工客戶：高通。

2006年3月，前特許半導體的Molnar Hunter加入三星任技術副總裁，他負責三星的代工業務。1個月后，三星宣布在美國德州奧斯汀建設Fab A2，并新增加一條300mm產線。

▲蘋果2007年-2009年四款芯片參數（圖片來源：知乎用戶智曉生）

在三星代工部門成立初期，除了高通，蘋果也是三星的主要客戶。2007年，蘋果的第一款智能手機芯片APL0098由三星代工部門基于90nm工藝代工，被用于iPhone 3G以及一代iPod touch上。

之后蘋果APL0278、APL0298和APL2298三款芯片分別基于三星的65nm、65nm和45nm工藝，被用于二代iPod touch、iPhone 3GS、iPhone 3GS及三代iPod touch上。

2008年，蘋果收購了芯片制造商PA Semi，并把IBM的CPU設計經理約翰尼·斯魯吉（Johny Srouji）挖了過來。2年后，蘋果基于三星代號“蜂鳥”3PC110設計出了A系列的第一顆SoC：A4，同樣由三星代工。

在雙方合作的蜜月期，蘋果不僅是三星的代工大客戶，同時還是其內存芯片和顯示屏的大客戶。但作為兩大電子巨頭，雙方的蜜月期并不長久。

2010年，三星推出了第一代Galaxy手機Galaxy S，其外形和iPhone十分類似。而在2008～2011年，三星智能手機全球份額增長了6倍、2011年達到了19.1%成為全球第一，智能手機的開創者蘋果卻以19%的份額居于第二。

自己的供應商抄自己的外形，手機還比自己賣得好？2011年，蘋果把三星告上了法庭，稱三星抄襲了自家產品的外觀、風格等。2012年，美國加州地方法院判決三星侵權成立，在后續的扯皮中這場官司一直打到了2018年。

▲三星Galaxy S手機（左），蘋果iPhone 4（右）

值得注意的是，在這場官司期間，蘋果的A5、A5X、A6、A7芯片還是只能由三星來代工。為了避免對三星供應的依賴，蘋果開始接觸臺積電。

據悉2010年，時任蘋果運營副總裁Jeff Williams赴臺與臺積電前任董事長張忠謀及其夫人共進晚餐，在晚餐中雙方談論了一起合作的可能性。2011年，臺積電2011年底派出近百人的“One Team”奔赴美國蘋果總部，解決了A6芯片的設計問題，并幫助蘋果處理了專利認證問題。

2013年，蘋果向三星和臺積電雙方都下達了用于iPhone 6的A8芯片訂單。最終，臺積電完美實現了蘋果的要求，其產品被Jeff Williams稱為“Perfect（完美）”。而在之后用于iPhone 6s和iPhone 6s Plus的A9芯片中，三星更先進的14nm制程在功耗和能耗中輸給了臺積電。

因此A9之后，每一代蘋果芯片訂單都被臺積電所拿下，蘋果、臺積電聯盟就此成立。

▲蘋果A9芯片在手機中的示意圖

這一場三星、蘋果和臺積電三家廠商的故事由于太過精彩，被外媒形容為“看一部標準三角戀意大利歌劇”。

在三星和臺積電暗中爭奪蘋果這個大客戶時，英特爾也在暗自籌備代工業務。

2010年11月，英特爾公布了其首個芯片代工用戶美國FPGA創企Achronix Semiconductor。根據雙方協議，英特爾將為Achronix Semiconductor生產22nm的FPGA。之后，又一家美國FPGA創企Netronome成為英特爾22nm制程的客戶。

制程工藝上，英特爾繼續發力。

2011年，英特爾量產了全球第一個3D柵極晶體管，將芯片制程推進到32nm，領先于臺積電和三星。黃節透露，彼時，英特爾根據死亡谷理論，認為只有營收破百億美元的公司才能趕上自己的步伐，而臺積電在營收和凈利上都有所不足，三星只能說有能夠追趕英特爾的可能。

2013年，英特爾代工業務迎來重要突破，FPGA芯片巨頭Altera和英特爾達成14nm的代工協議。Altera成立于1984年，當時其年銷售額達40億-50億美元，是臺積電的前五大客戶，Altera和臺積電的合作時間已持續了20年之久。

當時臺積電的舉動也能夠說明Altera的重要性。據臺媒報道，在英特爾與Altera宣布合作時，中國臺灣地區為凌晨5點。英特爾和Altera的合作宣布后不到五分鐘，臺積電就發布了主題為臺積電與Altera合作關系不變的新聞稿。張忠謀也稱：“倘若沒有Altera如此優異的客戶作為伙伴，就無法成就臺積電今日的地位。”

據業內人士透露，這是因為臺積電給予了另一家FPGA巨頭賽靈思同樣的合作地位，使得Altera和臺積電的關系惡化。2015年12月，英特爾以167億美元的高價收購了Altera公司，成為了其公司歷史上的最大交易。

一時間，英特爾在代工業務和芯片制程上風光無限，領跑半導體行業。

好景不長，雖然格芯、聯電等晶圓代工廠商先后宣布暫緩10nm及以下工藝研發，但據傳由于率先采用不成熟的EUV（極紫外）光刻技術，英特爾同樣在10nm節點出現停滯，其產品良率也出現問題，難以實際應用。

2016年10月，三星率先宣布將在批量生產業界首款10nm FinFET工藝的芯片，搶下高通驍龍835訂單，順利量產。2017年，三星將晶圓代工業務部門獨立為一家純晶圓代工企業，并計劃在未來5年內取得芯片代工市場25%的份額。

2018年，英特爾宣布關閉代工業務。業內專家分析稱，在代工業務上，生態是最關鍵的因素，英特爾對于自身時間、資金的投入以及客戶親密關系的建立預估不足，低估了代工業務開展的難度。臺積電和三星之間的競爭，重新成為了代工江湖的主流。

04.三星正陷入良率陷阱，英特爾誓要重奪龍頭地位

為了盡快搶先推出新的制程，新的技術被不斷推出并采用，其中最典型的例子就是EUV（極紫外）光刻機。不過有時，新的技術反而會影響玩家的產品性能和良率。

2019年，為了完成7nm制程，三星積極地采用了新的EUV光刻機，但是良率和進度都落后于臺積電。相比之下，臺積電2018年量產的7nm制程并沒有采用EUV光刻機，而是同樣在2019年推出了采用EUV光刻技術的N7+工藝。

由于先進制程芯片的設計難度提升，其流片所需要投入的成本開始只有少數廠商能夠承擔。因此在蘋果和臺積電密切合作后，智能手機安卓陣營的芯片龍頭高通就成為了臺積電、三星爭奪的焦點。

一段時間里，高通的反復橫跳側面證明了臺積電、三星的競爭烈度。具體來說，高通驍龍855選擇了臺積電的7nm工藝，但據稱由于代工價格等因素，之后的驍龍865、875、888和888+、驍龍8等旗艦芯片又采用了三星的7nm、5nm和4nm工藝。

▲高通驍龍888和888+的參數（圖片來源：AnandTech）

據臺媒報道，高通計劃將下一代3nm處理器的訂單交給全球晶圓代工龍頭臺積電，而目前正由三星代工的4nm驍龍8處理器訂單也將轉移到臺積電。近日，韓媒也爆料稱，由于自身的散熱和良率問題，三星正進行內部審查。

重要客戶高通再次轉向臺積電，對于正陷入良率問題的三星來說，可能是一個危險的信號。

同時，由于疫情和地緣政治等因素，全球發生缺芯問題，半導體市場快速擴張，制造端話語權不斷變大，英特爾也重新殺回了代工江湖。

去年2月，英特爾的新任CEO基辛格上任后，宣布“IDM 2.0”戰略，借助缺芯東風，在歐美大肆圈地建廠。

今年1月份，英特爾宣布在美國俄亥俄州投資200億美元建設兩座新的晶圓廠，計劃于2025年投產，且未來的投資金額可能增至1000億美元。之后，英特爾又啟動了10億美元的基金以發展代工廠創新生態系統，并正式推出了IFS（英特爾代工服務）加速器這一生態系統聯盟，為其代工服務建立上游的開放、合作生態。

▲英特爾收購高塔半導體后的代工服務與制程路線圖（圖片來源：英特爾2022年投資者大會）

今年2月，英特爾又宣布以54億美元收購全球第九大晶圓代工廠商高塔半導體（Tower semiconductor），展現了英特爾在代工領域的決心。更有外媒透露，英特爾將開放x86架構授權，以吸引客戶采用其代工服務。

三星、臺積電同樣動作頻頻，分別在先進封裝和人才大力投資。

3月13日，據韓媒報道，三星電子在DS（半導體事業暨裝置解決方案）事業部內新設立了測試與封裝中心（TP） ，加大先進封裝上的投資，和臺積電進行競爭。

臺積電則開始大力招募人才，解決芯片人才荒問題。臺媒披露，臺積電新一輪校招活動已啟動，計劃今年招聘超過8000名新員工。其中，碩士畢業生入職工程師的平均年薪可達200萬新臺幣（約合45萬人民幣）。

臺積電、三星、英特爾三大巨頭即將重新會首代工江湖。

05.結語：三星/英特爾/臺積電加大投資力度，先進制程競爭進入白熱化

隨著英特爾宣布在開放x86架構、構建生態系統聯盟、更新多個業務的產品路線圖等動作，其希望重新獲得芯片制造領域的龍頭地位。而三星的良率問題正在成為阻礙大客戶加入的關鍵，高通、英偉達等重要客戶的訂單網傳要重回臺積電。

在摩爾定律放緩、美歐日韓中多國大力保障自身供應鏈安全的今天，先進制程代工江湖的劃分，決定了誰能夠在未來供應鏈中掌握主動權。同時，先進制程的研發和產線投入正越來越大，在數以百億美元的投入后，三星、英特爾、臺積電等廠商不會放棄占據代工行業龍頭的可能，先進制程競爭正進入白熱化。