摩爾定律推動(dòng)半導(dǎo)體業(yè)進(jìn)步，之前主要依靠兩大法寶，一個(gè)是工藝尺寸縮小，另一個(gè)是硅片直徑增大，顯然以工藝尺寸縮小為主。因?yàn)楣杵叽鐝?000年進(jìn)入12英寸之后，沒有再往18英寸邁進(jìn)。

尺寸縮小的步伐一路走來相當(dāng)順利，基本上是每兩年前進(jìn)一個(gè)工藝臺階，如2007年的采用HKMG工藝的45納米，2009年的32納米，2011年釆用FinFET 3D工藝 的22納米，及2013年的14納米。顯然之后的10納米，7納米及5納米進(jìn)程，業(yè)內(nèi)在工藝制程尺寸定義等方面存有爭議，其中英特爾認(rèn)為要依晶體管密度來計(jì)，及定律開始變緩，可能要24-36月才前進(jìn)一個(gè)工藝臺階。

但是不用爭議，英特爾在HKMG及FinFET 3D工藝等方面作出了巨大貢獻(xiàn)。業(yè)內(nèi)關(guān)于先進(jìn)工藝制程有個(gè)不成文的約定，指16/14納米及以下。

  尺寸縮小帶來的困境  

半導(dǎo)體業(yè)從1986年的1.2微米，一路走來，至1992年達(dá)0.5微米，2001年達(dá)0.13微米，2005年的65納米，2007年45納米，2009年的32納米與2011年的22納米及2013年的14納米，它依0.7X縮小，每兩年前進(jìn)一個(gè)工藝臺階。

但是由于光學(xué)光刻的限制，采用193納米光源加上浸液式技術(shù)及OPC技術(shù)等，到了28納米已是瓶頸。要繼續(xù)縮小尺寸必須采用兩次圖形曝光技術(shù)，而到7納米時(shí)甚至可能要采用四次圖形曝光技術(shù)。由于光刻工藝步驟的增加及掩膜版數(shù)量的上升，以及工藝周期加長，導(dǎo)致28納米成為產(chǎn)品設(shè)計(jì)工藝的分界線，所以它是長壽命工藝之一。

另一個(gè)突出矛盾是產(chǎn)品的設(shè)計(jì)成本呈火箭式上升。如釆用40納米工藝時(shí)，需要投入1,000萬美元，典型產(chǎn)品的盈虧平衡點(diǎn)，出貨量需約800萬顆，28納米時(shí)，投入2,500萬美元，需要出貨量約1,000萬顆，14/16納米時(shí)，投入4,000萬美元，出貨量約2,000萬顆，及10納米時(shí)，投入7,000萬美元，需出貨量約3,000萬顆，至7納米時(shí)，投入10,000萬美元以上，出貨量至少約5,000萬顆。

據(jù)有些資料介紹，從28納米走到7納米，產(chǎn)品的金屬雜質(zhì)要求須下降100倍，污染粒子的體積也必須要縮小4倍，而隨著制程走到10納米以下，對于潔凈度要求只會愈來愈嚴(yán)格，例如28納米晶圓時(shí)可能允許有10個(gè)污染粒子， 但7納米晶圓上只允許有1個(gè)。

對于摩爾定律要理性地思考，因?yàn)楦櫠梢冻龃鷥r(jià)，導(dǎo)致芯片的成本越來越高，而晶體管的密度提升幅度可能卻越來越小。例如2011到2015年間，每年晶體管的密度提升幅度有12%；而至2015到2018年間，提升幅度只有3%。

同樣對于半導(dǎo)體工藝制程，并非越是先進(jìn)就越好。例如近期格羅方德(GF)及聯(lián)電(UMC)都提出放棄7納米及以下制程的跟蹤，英偉達(dá)創(chuàng)始人兼執(zhí)行長黃仁勛就表示，2019年沒有計(jì)劃要推出7納米的GPU（圖形處理器），以及英特爾至今仍停留在14納米及10納米的處理器量產(chǎn)。至少它們的動(dòng)作反映了一種趨勢，先進(jìn)工藝制程的優(yōu)勢不一定十分明顯，或者是在處理器領(lǐng)域中芯片功耗的矛盾不如移動(dòng)芯片那么迫切，該言論也推翻了大廠都會在2019年上市7納米產(chǎn)品的立場。

  三強(qiáng)爭鋒  

全球半導(dǎo)體呈現(xiàn)三足鼎立時(shí)代，英特爾、三星及臺積電，而在先進(jìn)工藝制程方面，目前臺積電的聲勢可能最高。

• 臺積電

目前臺積電的先進(jìn)制程持續(xù)按計(jì)劃進(jìn)行，它的7納米EUV制程將在2019年3月底量產(chǎn)，7納米加上7納米EUV制程，估計(jì)至2019年底Tape out將超過100個(gè)，2019年下半年7納米貢獻(xiàn)將增速 ，受惠于手機(jī)新品出貨進(jìn)入旺季及高速運(yùn)算(HPC)產(chǎn)品開始小量出貨，7納米制程2019年?duì)I收比重將可達(dá)25%，較2017年9%大幅提升，不過其中7納米EUV制程比重仍相當(dāng)?shù)汀?/p>

科技網(wǎng)站《Appleinsider》報(bào)導(dǎo)，2019年蘋果A13處理器采用獨(dú)家代工供應(yīng)商臺積電的內(nèi)含EUV技術(shù)7納米，將吃下臺積電第3季大部分產(chǎn)能，意味著臺積電7納米產(chǎn)能利用率將大大提升。

以更先進(jìn)的5納米制程為主的12英寸晶園廠Fab 18，總投資金額高達(dá)新臺幣7,500億元(250億美元)，已確定在2019年第2季進(jìn)入風(fēng)險(xiǎn)性試產(chǎn)，預(yù)計(jì)2020年可達(dá)量產(chǎn)，并已獲得大客戶的訂單。由于5納米制程成本更為高昂，代工報(bào)價(jià)只有一線芯片大廠能接受，因此市場預(yù)估目前應(yīng)只有蘋果與華為表態(tài)升級轉(zhuǎn)換意愿。

但是非常明顯當(dāng)制程工藝從10nm進(jìn)入7nm甚至5nm之后，新工藝帶來的性能提升已經(jīng)大不如從前，據(jù)臺積電數(shù)據(jù)顯示7nm相比10nm工藝具備1.6x晶體管密度、20%（晶體管）性能提升或者40%功耗降低，而5nm EUV相比7nm EUV工藝的話，基于ARM的Cortex-A72核心，5nm EUV工藝能夠帶來14.7%-17.1%的速度提升，及1.8到1.86倍密度提升。

據(jù)外媒報(bào)道，臺積電將投資190億美元，在臺南的園區(qū)內(nèi)興建3納米芯片工藝的生產(chǎn)線，環(huán)評部門在2018年8月份也對其進(jìn)行了首次評估,并在2018年12月19日獲得通過。

根據(jù)最初的安排，它的3納米工廠計(jì)劃在2020年開始建設(shè)，2021年完成全部設(shè)備的安裝，最快在2022年年底或2023年年初投入運(yùn)營。

至此臺積電可能是全球第一家宣布要建3納米生產(chǎn)線。

• 三星

任何時(shí)候不能低估三星的強(qiáng)大實(shí)力，它是全球存儲器業(yè)中的老大，如2018 Q4計(jì)，它的DRAM市占41.3%，及NAND占30.4%。同時(shí)三星電子在2017年高調(diào)宣布，將加碼代工領(lǐng)域，并宣稱要在未來5年內(nèi)實(shí)現(xiàn)代工市占率達(dá)到25%的宏偉目標(biāo)。

根據(jù)拓墣產(chǎn)業(yè)研究院的報(bào)告顯示，2019年Q1全球代工排名中，臺積電市占率48.1%居首，而三星已達(dá)19.1%居第二位。

在存儲器工藝制程方面，三星目前仍處于絕對領(lǐng)先地位，它的DRAM主力制程18nm良率已經(jīng)超過85%，估計(jì)三星內(nèi)部占比將接近五成，正往七成的比重邁進(jìn)。而它的3D NAND閃存，在2019年Q2  64層QLC及96層TLC  256Gb/512Gb實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

三星在2017年5月美國加州圣塔克拉拉舉行年度晶圓代工技術(shù)論壇時(shí)曾發(fā)表的最新邏輯工藝制程藍(lán)圖，包括8/7/6/5納米的FinFET制程，以及4納米的后FinFET(post FinFET)結(jié)構(gòu)制程，可能是環(huán)柵（GAA）架構(gòu)等，以及它的第二代FD-SOI平臺，把FD-SOI、FinFET、GAA所有半導(dǎo)體架構(gòu)全面囊括，而最受注目的是三星計(jì)劃在2020年時(shí)試產(chǎn)4納米制程，表示將可能領(lǐng)先臺積電的5納米。

三星的晶圓代工共有三個(gè)廠區(qū)，分別為南韓器興(Giheung)S1廠、美國德州奧斯汀S2廠、南韓華城(Hwaseong)S3廠，其中S3廠預(yù)定2017年底開始啟用，計(jì)劃采用于7納米、8納米和10 納米制程的量產(chǎn)。

另外，2018年2月，三星宣布投資60億美元，是EUV工藝的專用線，在首爾郊外新建半導(dǎo)體廠房，計(jì)劃擴(kuò)大晶圓代工業(yè)務(wù)。新工廠將于2019年下半年完工，2020年正式投產(chǎn)。將投產(chǎn)7nm及以下制程。

三星的強(qiáng)大在于除了存儲器業(yè)老大地位不可動(dòng)搖之外，它的邏輯代工正在積極的推進(jìn)，由于現(xiàn)金流充裕，非常可能會采用兼并方法繼續(xù)擴(kuò)大。而且它擁有豐富的產(chǎn)品鏈，包括OLED屏等，加上它的執(zhí)行力極強(qiáng)及勇于搜羅優(yōu)秀人材，所以它的前景不可小視。

• 英特爾

英特爾的老大地位難以撼動(dòng)，盡管三星曾一度超過它，但是今年有可能會翻轉(zhuǎn)。業(yè)界有人認(rèn)為英特爾丟失了移動(dòng)市場，“氣數(shù)已盡”，這樣的認(rèn)識可能要修正。因?yàn)榧偃缬⑻貭枲幍靡苿?dòng)市場的第一，全球就是它的一統(tǒng)天下，這個(gè)產(chǎn)業(yè)就沒法玩下去。

觀察英特爾可能要站在這樣的角度，它每年的投資都在100億美元以上，及2018年它的研發(fā)費(fèi)用高達(dá)135億美元，遠(yuǎn)比三星的39億美元及臺積電的28億美元高出許多。

2018年英特爾的銷售額達(dá)699億美元，而且服務(wù)器芯片市占達(dá)95%以上，及處理器芯片達(dá)85%，它的毛利率在60%以上等，因此英特爾的日子實(shí)際上還是不錯(cuò)，僅是年增長率不太高。

現(xiàn)階段英特尓的CEO司睿博，從CFO轉(zhuǎn)到CEO。英特爾自述它將從晶體管向數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)型，是英特爾近50年來最大膽的一次躍遷。

  結(jié)語  

先進(jìn)工藝制程誰站在前列的討論，關(guān)鍵可能不在誰是領(lǐng)先,因?yàn)樗莿?dòng)態(tài)改變。但它肯定是個(gè)"亮點(diǎn)”，是個(gè)”極少數(shù)人的俱樂部”，據(jù)傳未來有可能達(dá)近1納米，需要與它們的財(cái)力，技術(shù)能力及市場切入時(shí)機(jī)等相匹配。 現(xiàn)階段全球半導(dǎo)體三足鼎立，英特爾、臺積電、三星各霸一方，近期內(nèi)此種態(tài)勢恐怕難以有大的改變，但是一定會此消彼長，無論哪家在各自領(lǐng)域內(nèi)都面臨成長的煩惱。

摩爾定律是否還存在實(shí)際的意義，不能僅從尺寸縮小角度，它遲早會到達(dá)物理極限，但是未來半導(dǎo)體業(yè)發(fā)展的空間仍很大，包括兩個(gè)大的方向，一個(gè)是CMOS縮放加上3D工藝技術(shù)，加上新技術(shù)將是摩爾定律的未來。另外一個(gè)是異構(gòu)集成，加上新型數(shù)據(jù)處理將是未來產(chǎn)品的演變。所以相信未來摩爾定律的經(jīng)濟(jì)效益將繼續(xù)發(fā)揮作用，正如胡正明教授預(yù)言全球半導(dǎo)體業(yè)還有100年。