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芯片巨头捉对厮杀

在半导体行业,各细分领域的头部企业(本文讨论全球排名前四的)竞争都很激烈,且备受关注,常常引出很多话题。近期,无论是 CPU,还是手机处理器,还有晶圆代工,各大厂商动作频频,针尖对麦芒,你追我赶的态势愈加紧张。

CPU 霸主危机感倍增

作为 PC 和服务器 CPU 界的霸主,英特尔近些年的日子不如早些年好过了,原因自然是 AMD 的强势崛起,后者已经抢下了超过 20% 的 PC 市场份额,而且还在进一步蚕食英特尔在服务器市场的份额,虽然霸主地位依然稳固,但就 AMD 抢夺市场的速度而言,任其以这样的势头发展下去的话,英特尔无法接受。

不只是在传统的 x86 领域,近期,在其它处理器架构方面,AMD 似乎也发起了对英特尔的攻势。本周,AMD 的 CFO Devinder Kumar 表示,如果需要,AMD 随时准备开发 Arm 芯片,并指出该公司的客户希望与 AMD 合作开发基于 Arm 的解决方案。不过,目前还没有具体迹象表明该公司正在进行特定的 Arm 项目。

无独有偶,今年早些时候,AMD 首席执行官 Lisa Su(苏姿丰)也曾经表示:" 我认为 AMD 在 Arm 架构方面拥有丰富的经验。我们在历史上也与 Arm 进行了相当多的设计合作。我们实际上在很多方面都将 Arm 视为合作伙伴。"

实际上,AMD 在 Arm 架构方面拥有相当多的经验,可以追溯到其 K12 架构,该架构未能按计划在 2017 年上市。目前,AMD 也提供 Arm 内核,但它们的规模很小,用于相对简单的任务,例如内置平台安全处理器 ( PSP ) ,它执行安全功能,以辅助 CPU 工作。另外,AMD 可以使用其 Infinity Fabric 将众多功能块绑定到一个处理器单元中,这其中当然也可以有 Arm。此外,对 Xilinx 的收购也有利于 Arm 架构的融入,因为 Xilinx 的 FPGA 内部越来越离不开 Arm 核了。

而就在不久前,业界传出英特尔有意收购 RISC-V 架构处理器厂商制 SiFive,如果消息准确的话,英特尔多线出击,以巩固并提升市场竞争力的意图越来越明显。况且,该公司还承诺可通过其晶圆代工服务生产几乎所有架构的芯片,无论是 Arm 还是 RISC-V,相关厂商都有可能成为其潜在客户。

这样,AMD 与英特尔的竞争显得更加立体了,不只是传统的 x86 架构 CPU 的设计和销售了。

而在 x86 架构 CPU 方面,AMD 步步紧逼。近几年,英特尔一直受困于产能问题,导致其新产品的发展速度落后于 AMD 和英伟达等竞争对手。

英特尔今年 Q2 财报显示,尽管总营收和 PC 业务营收增长了,但数据中心部门营收 65 亿美元,同比下滑 9%,处理器 ASP 均价跌了 7%,运营利润则从 31 亿美元下滑到了 19 亿美元,运营利润率从 44% 跌到了现在的 30%。也就是越来越便宜了,价格战已经拉开帷幕。这也证实了之前英特尔的表态,那就是在数据中心市场上,该公司可以为了保住份额而打价格战。

此前,英特尔 CEO Pat Gelsinger 认为,在服务器 CPU 市场上,采用竞争性定价也是合适的,虽然会影响公司业绩,但可以保住甚至增加市场份额。

考虑到英特尔的 14nm 工艺已经足够成熟、最近 10nm 工艺成本大幅降低 45%,采取价格战的策略还是有底气的,毕竟 AMD 的 7nm 工艺到现在为止依然成本很高,台积电的代工价格不便宜,7nm 芯片代工报价上万美元,5nm 更是高达 1.7 万美元,今年可能还要涨价。

对于友商降价、开打价格战的做法,苏姿丰表示,在数据中心处理器市场上,性能和总的拥有成本才是最重要的,价格因素是次要的。

从 AMD 的立场来看,他们现在的优势主要还是超多核心,单插槽做到了 64 核 128 线程,5nm Zen4 预计会进一步提升到 96 核 192 线程,算下来单位成本更低。

虽然数据中心业务持续下滑对英特尔非常不利,但 Pat Gelsinger 仍积极面对 AMD 的竞争。为此,英特尔在 6 月份进行了组织调整,将更多资源放在高性能运算(HPC)业务上。

Pat Gelsinger 表示,目前 Tiger Lake CPU 的交货优于预期,迄今已出货超过 5000 万个,预计下半年 Alder Lake 将出货数百万个,Meteor Lake 仍有望在 2023 年投产。此外,Pat Gelsinger 相信 Ice Lake 处理器具有强大的竞争力,预计受益于 Ice Lake,数据中心下半年表现将优于上半年。

虽然 Pat Gelsinger 显得信心满满,但相较于 AMD 依靠台积电强大的出货能力,英特尔最大的问题就是新产品延迟量产,这已经是该公司的老问题了。该公司最近的两次至强处理器更新都比预定时间晚了两个季度到达客户手中,在一个通常每年都进行升级的市场中,公司可能会因为如此大的失误而错过升级周期的一半,客户不太可能在一个季度的延迟内改变他们的升级计划。而其最新的 Sapphire Rapids 处理器的量产出货时间依然从今年年底延迟到了 2022 年初。

格芯吹响反攻号

过去多年,在全球晶圆代工市场,格芯一直排在行业第三位,而在 2020 下半年,借助全球性芯片缺货,原本排在第四的联电,业绩节节攀升,从而在去年年底超越了格芯,排进了前三,一直保持到现在。不过,这两家的市占率相差不大,联电约为 7%、格芯 5% 左右。

近期,格芯动作频频,颇有反攻的架势。

本周,格芯宣布,今年将提高车用芯片产量,并将斥资 60 亿美元扩产。

格芯车用事业部高级副总裁霍根(Mike Hogan)表示:" 我们 2021 年在提高更多车用产能方面大有进展,向汽车领域出货的晶圆将比 2020 年增加逾一倍,预期 2022 年和之后将进一步扩大产能。格芯正在全球投资逾 60 亿美元以提高产能,其中 40 亿美元用于扩展格芯在新加坡的工厂,10 亿美元则用于在美国和德国的扩产。所有这些晶圆产能都可用于汽车。"

在各大客户催货之下,晶圆代工厂的扩产大赛已从先进制程一路蔓延至成熟制程,近期在车用电子大厂要求下各大厂都拉高扩产幅度。

联电也没闲着,瞄准成熟制程,将和多家全球客户在台南科学园区 12A 投资 P6 厂,锁定 28nm 制程,月产能 2.75 万片晶圆,并由客户以议定价格预先支付订金的方式,取得该厂区产能,预计 2023 年第二季度投产。

按照联电的规划,此次 P6 厂区扩产总投资额高达千亿元新台币,该公司预期未来 3 年在南科总投资额将达 1500 亿元新台币。

为满足客户需求,联电今年产能估计将同比增长 3%,明年目标再增加 6%。目前,该公司订单已排到 2022 年底。

三星的执着

作为晶圆代工龙头,台积电是市占率达到 55% 左右,而排名第二的三星约为 17%。虽然差距很大,但近些年三星一直没有停下追赶龙头的脚步。

近一年以来,随着先进制程技术不断成熟,三星也在不断加紧追赶台积电的脚步,无论是 7nm,还是 5nm,以及还未量产的 3nm,争夺似乎越来越激烈。这也促使台积电不断加大研发和扩充产能投入力度。

7nm 制程方面,有统计显示,在 2020 年,三星每月的产能约为 2.5 万片晶圆,而台积电每月约为 14 万片,而在 5nm 方面,双方的差距更大,三星每月约为 5000 片晶圆,而台积电每月约为 9 万片。由此看来,在先进制程产能方面,台积电明显领先于三星。

而在制程工艺方面,三星一直在追赶台积电,特别是在 5nm 方面,三星的低功耗版本 5LPE 性能比 7nm 的提升了 10%,而在相同的时钟和复杂度下,功耗可降低 20%。据悉,5LPE 在原始工艺中增加了几个新模块,包括具有智能扩散中断(Smart Diffusion Break:SDB)隔离结构的 FinFET,以提供额外的性能,第一代灵活的触点设置(三星的技术类似于英特尔的 COAG,有源栅上的触点),可用于低功耗的鳍式器件。

三星表示,5LPE 在很大程度上与 7LPP 兼容,这样,5LPE 设计可以重新使用至少一些为原始工艺设计的 IP,从而降低了成本并加快了上市时间。但是,对于可以充分利用 SDB 等优势的 IP,三星建议重新设计。

另外,三星代工负责人表示,该公司已完成第二代 5nm 和第一代 4nm 产品的设计。

客户方面,2020 年,三星将其晶圆代工厂产能的 60%用于其公司内部使用,主要用于智能手机的 Exynos 芯片。其余产能分给客户,包括高通(20%),另外 20%由英伟达、IBM 和英特尔瓜分。而随着三星在 2021 年增加 7nm、5nm 等制程的产能,其自用比例将会下降,可能降至 50%,更多满足客户需求。

台积电方面,7nm 产能已经非常稳健,在此基础上,不仅是 5nm,该公司还在 6nm 制程方面不断进行拓展,就在近期,台积电还发布了 6nm RF(N6RF)制程,将先进的 N6 逻辑制程所具备的功耗、效能、面积优势带入到 5G 射频(RF)与 WiFi 6/6e 解决方案。相较于前一世代的 16nm 射频技术,N6RF 晶体管的效能提升超过 16%。台积电表示,N6RF 制程针对 6GHz 以下及毫米波频段的 5G 射频收发器研发,可大幅降低功耗和面积。

5nm 方面,台积电表示,由于客户对 5nm 需求强劲,该公司 5nm 系列在 2021 年的产能扩充计划比 2020 年会翻倍,2022 年比 2020 年增长 3.5 倍以上,并在 2023 年达到 2020 年的 4 倍以上 . 台积电还推出了 5nm 的最新版本-N5A 制程,目标在于满足汽车应用对于运算能力日益增加的需求,例如支持人工智能的驾驶辅助及数字车辆座舱。

目前,位于台南的晶圆 18 厂第 1、2、3、4 期是 5nm 生产基地,其中,第 1、2、3 期已经开始量产,4 期正在兴建中。

3nm 方面,台积电将于下半年试产,预计 2022 年实现量产。而三星于近期成功流片,但量产时间恐怕要晚于台积电。由于 3nm 技术难度很大,三星在 2023 年前还难以正式量产。相较于台积电 3nm 制程将于 2022 年量产,这对于力求赶超台积电的三星来说,压力太大。

产能方面,台积电南科厂 3nm 的单月产能计划为 5.5 万片起,2023 年,有望达到 10.5 万片。三星还没有相应的产能规划。

联发科的甜蜜期

作为手机基带和 AP 处理器两大巨头,高通和联发科的竞争一直备受关注,过去多年里,高通处于明显的优势地位,但最近两年的情况发生了变化,特别是在中国市场,联发科的市占率多次超越了高通。显然,在机遇出现后,前者把握住了。

由于业绩优异,联发科不仅在全球 IC 设计厂商榜单中稳定在前四位,在 IC Insights 发布的全球前 15 名半导体供应商的第三季度(截至 9 月)销售增长预期榜单中,联发科超越了德州仪器(TI),排在了全球第 9 的位置。

在过去的一年里,联发科不仅营收创新高,净利润较 2019 年大幅成长 8 成。近期还传出打入苹果供应链,为旗下品牌耳机供应芯片。

去年第 3 季度,联发科成立 23 年来,第一次成为全球手机芯片市占率第一,超越稳居此王位多年的巨头高通,这一成绩也保持到了最近一季。

过去一年,联发科股价增长 1.4 倍,屡创新高,行业机构纷纷调升其目标价。

取得这一切成绩的背后,是该公司产品研发路线图,以及发展策略顺势而为的结果。同时,产业环境和外部力量的助攻也是恰逢其时,主要体现在 2019 年 5 月中美贸易战爆发,华为被美国制裁后,中国大陆手机品牌为分散芯片供应来源风险,从高通转单联发科。据统计,2020 下半年,联发科在中国大陆市占率从 17%攀升到 31.7%。

结语

在市场竞争和各国政府密切参与的大环境下,全球半导体业进入了一个前所未有的发展时期,这些因素对芯片业各细分领域的头部企业会产生不同的作用效果,有的偏正面,有的偏负面,危中有机,机中也有危。这样的竞争,未来很可能更具看点。

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