接二連三的“壞消息”，讓三星在2022年初遭遇了顯而易見的“倒春寒”。據透露GPU龍頭英偉達今年9月即將發布采用5nm制程的RTX 40系列，確定將與臺積電合作。而在此前，英偉達RTX 30系列主要采用三星8nm制程生產。此外，傳高通還將其4nm AP處理器驍龍8 Gen 1的部分代工訂單交給了臺積電。據業界分析，高通轉單的關鍵點在于三星代工的驍龍8Gen1的成品率為35%左右，而臺積電的良率則超過 70%以上。此外，三星生產的驍龍8的發熱問題也較嚴重。兩大主力客戶的同時“倒戈”，讓三星不得不全力“救火”。畢竟，如果不能短時間內挽回“聲譽”，影響的不止是眼前的營收和利潤表現，未來坐二望一的“夢想”看似也將愈行愈遠。

　　良率的“砝碼”良率之所以成為客戶選擇代工的重要考量指標之一，主要原因就在于隨著集成電路的不斷發展，特征尺寸不斷縮小，工藝難度急劇增加，成本亦直線上升。從晶圓廠來看，在7nm的節點建構一個12英寸晶圓的成本約是9300美元，5nm約是17,800美元，而最新的3nm節點將更是高達3萬美元。對于設計公司而言同樣也是真金白銀式的入，據Gartner統計，16nm/14nm芯片的平均IC設計成本約為8000萬美元，設計7nm芯片則需要2.71億美元。高昂的成本問題注定良率被所有芯片廠商奉為圭臬，畢竟臺積電和三星70%和35%的差距意味著設計廠商芯片量產的成本將提升兩倍，設計廠商自然會自掂輕重。尤其是面臨當前產能緊缺的大環境，芯片設計公司的試錯機會減少，只有保持高良率，才能充分利用產能，實現更高的利潤轉化率。而良率的影響因素可謂是多方面的。集微咨詢高級分析師陳翔提及，影響良率的主要是defect(缺陷）數量、THK（膜厚）、CD（尺寸）是否做到位，晶圓整體的uniformity（平整度，均一度）、應力的方向和大小等多個方面，要獲得最大效益肯定是良率越高越好。以賽亞調研(Isaiah Research)也認為，缺陷密度(Defect Density)跟設備的重復性與再現性(Repeatability and Reproducibility)是幾大主要影響良率的原因。所謂缺陷密度指的是制程上的非預期負面因素，像是刮痕、微塵等，缺陷密度越大會使良率越降低；而設備的重復性與再現性不佳的話，芯片在生產的過程中質量就會出現變異，以致良率不穩定。據集微網了解，僅以光刻機為例，在7nm以下制程，傳統的深紫外線DUV將被極紫外光EUV取代，因其使用的光罩數會減少，而且波長較短，解析度將變高，因此良率就會提高，但同時這也意味著代工資本支出大漲。“一般來說，比較成熟的工藝良率一般都會達到80%以上，先進工藝的良率差異來源于不同Fab廠的工藝技術，要達到同樣的良率需要工程師進行大量的機臺及制程的調試，由于是納米級別的制造，整個工藝流程中的任何步驟，包括前面提到影響良率的任何一點差異都會成倍數的放大到最終良率的差異。” 陳翔進一步指出。這種顯性的差距在逐年累積之后，亦讓臺積電的優勢進一步放大。“臺積電時常強調Manufacturing Excellence(卓越制造)，充沛的產能、生產時程管理、迅速量產、穩定高良率、準時交貨等都是臺積電代工方面的優勢。” 以賽亞調研分享了自己的觀點：“臺積電跟三星最大的差異點在臺積電的客戶群較多，每個客戶不同類型的產品都可以擴寬加深臺積電的制程經驗，除錯跟改善的效率相對三星來得高。”資深業內人士陶易（化名）也表示，一方面臺積電使用FinFET的制程技術成熟，另一方面產能大，所以有大量豐富的經驗，良率高也是必然。“從三星、臺積電公布的制程各項指標來看，單從晶體管的密度來說，臺積電的5nm就已經超越三星的4nm，性能、功耗的表現亦高于三星，因而臺積電的4nm良率也必然是超越三星的。” 陶易進一步指出。這方面設計廠商相對“被動”。一家設計廠商代表直言，對于剛剛投產的先進工藝，一般都是設計大廠采用，但他們對工藝的實際良率也是一知半解，畢竟這個工藝沒有經過大規模量產，誰也不知道自己是不是做了“小白鼠”。但因設計大廠對于先進工藝的選擇并不多，也只能走一步看一步。

　　散熱惹的“禍”除良率問題讓三星傷“芯”之外，發熱也是一個不得不提的“硬傷”。三星生產的驍龍8正是中了“發熱”的蠱，導致了高通的轉單。陳翔介紹說，發熱問題普遍存在于芯片制造中，解決發熱問題也是芯片制造的一大難點，而從設計到制造工藝都會影響到發熱，工藝中Defect變多，某一層THK超出一定范圍以及制程中溫度和濕度的控制，都會影響最終芯片的性能。而改善電路設計、工藝流程，則都可以改善發熱的問題。不止如此，散熱好意味著頻率可大幅提高，運算速率、功耗也都同步提升，芯片的各項性能與散熱不佳的對比來看，可謂高下立判，客戶自然會“投其所好”。目前三星代工導致芯片發熱問題出在哪一步尚不太清楚。陳翔提到，面對這一問題，Fab廠的工程師會通過WAT測試（電路的測試，一般由Fab廠內進行，不公布）以及良率的測試結果進行分析，定位到工藝中的某一步進行改善。其實細究起來，發熱一直是困擾三星已久的問題，只是這一次得到了集中式“爆發”。陶易分析，一方面，由于芯片越來越小，晶體管數量不斷增加，芯片的發熱量也隨之增加，以3D IC來說，芯片散熱只能靠上下散，中間沒法散熱，所以代工廠必須研究其他方法讓中間的熱也散掉。另一方面，隨著制程縮小，除了先進制程的間距要縮小之外，后段制程的金屬間距也要縮小，臺積電不是只有前段強、后段封裝也強。三星似乎一直有散熱的問題，這兩年的解決方案沒有提升太多，而臺積電的散熱做得比較好，目前也在研究水冷散熱的技術。有機會“反轉”？看似三星在4nm的對決中失了先手，但這一場“落敗”并不意味著三星沒有機會“反轉”，畢竟先進工藝的戰役是由多場戰斗組成的。但就目前來看，臺積電仍是實力擔當。業界知名專家莫大康指出，除了良率、產能之外，要有第三方IP支持、封裝強、Time to Market早、未來有合作前景等都要考量,相較之下，無論是規模、產能、市場占比還是產品質量，臺積電均更勝一籌。

　　除了英偉達、高通轉場之外，近日還有消息稱，臺積電憑借在先進制程方面的優勢擠下三星，拿下蘋果5G相關的射頻芯片訂單，最快有望應用于今年推出的新一代iPhone 14。對此以賽亞調研認為，以先進制程來看，臺積電的晶圓代工技術領先全球，無疑是蘋果的最佳代工伙伴。此外，臺積電每推進一代制程技術，蘋果即以大量訂單協助提升良率，兩者向來是相輔相成的關系，因此雙方合作僅會越來越密切，未來亦可能從手機主芯片橫跨到射頻與數據芯片領域。但饒是如此，對于三星未來是否仍有替蘋果代工的機會的問題，以賽亞調研亦謹慎表示，以先進制程來看，三星相比臺積電的產能跟良率都尚待提升，但不可否認的是三星在先進制程的研發投入相當多資源，亦有許多經驗的技術人才，因此未來是否有破土重生的機會仍須觀望。3nm挑戰“重重”可以說，在4nm領域頻受打擊的三星，“翻身仗”或依仗即將量產的3nm，不僅三星的時間點要領先臺積電，還率先采用了GAA，但顯然雙方均面臨層出不窮的挑戰。有消息稱，三星3nm GAA量產又遇瓶頸，缺乏IP庫。據元大證券韓國公司透露，截止到2020年，臺積電已獲得約3.5萬-3.7萬個IP，是10年前的10倍以上。相比之下，三星代工可能擁有約7000-1萬個IP。在集微網此前的報道中，曾有專家分析，作為一個代工廠，需要建立不同的工藝平臺，同時在每個工藝平臺提供PDK和IP庫，從Library到I/O到接口IP到存儲器、CPU等，以方便客戶的電路設計、仿真以及版圖設計，這種平臺的建立是絕非一夕之功的。由此看來，這方面的“營養”三星仍需著力“補給”。但臺積電也同樣波折，據報道說臺積電3nm備妥多個方案在不斷修正，但良率等整體效能提升進度仍低于預期。狹路相逢真的會是勇者勝嗎？莫大康認為不一定：一方面，3nm不順是在意料之中，摩爾定律已接近走到終點。隨著工藝制程縮小，即使光刻、刻蝕能成功，但許多不可預測的缺陷包括問題會不時跳出來，因此出現波折太正常。另一方面，臺積電的生態鏈成熟及完整，如第三方IP、封裝強、EUV機臺多，經驗豐富，沒有采用GAA工藝或許是優勢。而且三星在全球首次采用GAA技術開發3nm，新的架構出現工藝不順太正常不過。但這也反映三星求勝心切，未必能得償所愿，而臺積電已居于首位沒有必要冒險。而從更深層次來看，3nm之戰或只是2nm終極之戰的前奏。陶易對此直言，或許三星與臺積電的競爭還不在3nm，三星提前開發基于GAA的3nm制程，或有機會比臺積電累積更多經驗，但也要看有沒有客戶愿意用，或者敢用。到了2nm節點，臺積電也將轉向GAA，這兩大競爭對手的下一個巔峰對決或是2nm。無論如何，三星目前仍要集中“火力”以跨過這一難關。有報道稱，三星代工芯片制造業務部門目前正在與客戶一起進行產品設計和批量生產的質量測試，該業務部門的目標是擊敗競爭對手臺積電。然而，三星能否在3nm的性能和產能上能否真正“一戰而定乾坤”，仍未可知。