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冰火兩重天:3nm先進製程受廠商追捧,但能否拯救手機市場?

蘋果於9月13日發佈了iPhone 15系列,其中iPhone 15 Pro高端機型首發搭載了A17 Pro,該台積電3nm工藝晶片採用6核心設計,包含2顆高性能核心和4顆高能效核心,集成190億顆晶體管,單線程性能提高10%,圖形處理速度提高20%。為了促進遊戯的發展,新晶片支持一種稱為光線追蹤的技術,該技術可以實現更流暢的圖形處理並提高色彩準確性。蘋果強調,這是業界首款採用3nm工藝的手機SoC晶片。3nm的推出代表著新一代的移動晶片進入消費電子市場,不過市場方面卻呈現出冰火兩重天的境遇:各大廠商紛紛爭搶3nm先進工藝及產能,但終端市場疲軟、整體用戶體騐表現減弱了其影響力。

3nm能否拯救手機市場?A17 Pro提升不大

Counterpoint數據顯示,2023年第二季度全球智能手機銷量同比下降8%,環比下降5%,已連續八個季度下滑,這也凸顯了該市場經濟疲軟及需求嚴重不足。智能手機是品牌競爭最激烈的市場之一,而其中搭載的SoC晶片成為移動設備競爭的關鍵所在。市場消息人士稱,最新iPhone 15 Pro系列中使用的新型A17 Pro晶片的性能將決定3nm SoC的潛在成功,這可能對推動2024年手機市場曏前發展至關重要。

雖然這一代A17 Pro晶片的性能有所提升,但測試表明在功耗方面仍有很大的提升空間。在基準數據方面,蘋果A17 Pro超越了上一代A16晶片和高通2022年發佈的驍龍8 Gen 2,內部大小CPU核心也表現出色。另一方面,一些基準測試發現,當A17 Pro晶片以最大效率運行時,其功耗超過前代產品標準,甚至接近存在過熱問題的驍龍8 Gen 1。蘋果這次對GPU架搆進行了重大改變,增加了核心數量,但仍勉強趕上驍龍8 Gen 2 GPU規格,可見蘋果在這方面仍有改進的空間。

熟悉移動SoC的玩家指出,對A17 Pro的失望主要源於過去移動SoC升級製造工藝時,例如從7nm轉向5nm,無論是性能還是能效都有明顯提升,但這次並不明顯。此外,降低移動SoC的功耗一直是蘋果的優勢之一。然而這一次,不僅性能提升相對有限,而且最大性能時功耗也非常高,讓大家對3nm工藝能夠大幅提升移動SoC的希望落空。

3nm手機被質疑過熱台積電還是蘋果背鍋?

在台積電3nm晶片發佈之前,就有傳聞稱蘋果與台積電簽訂獨家協議以承擔缺陷晶片成本。具體來說,台積電在生產包含數百個晶片的晶圓時,不會曏蘋果收取全部費用。相反,它只向該公司收取已知良好晶片的費用,此前台積電3nm良率已達70%-80%。台積電還因蘋果願意支持其新晶片的開發而受益。對此,台積電回應,不評論與單一客戶業務,同時強調3nm良率及進度良好。

最近有報道稱,台積電3nm晶片導致iPhone 15 Pro機型過熱,甚至在某些情況下嚴重到無法握持。分析師郭明錤表示,iPhone 15 Pro機型的過熱問題並非由A17 Pro晶片造成,這與台積電的3nm製程無關,而是由內部散熱系統設計和新的鈦金屬表面造成。不過這也影響了用戶使用體騐,除非蘋果調降A17 Pro晶片的性能,否則將對台積電3nm晶片的發揮也會造成間接損害。

3nm將是長期備受爭奪的先進製程

智能手機廠商、無晶圓廠、晶圓代工商、半導體設備製造商仍在追求先進工藝,3nm預計將在未來十年給半導體市場帶來巨大變化。至少到2030年,3nm工藝將成為代工企業的主流工藝。一位半導體業內人士表示。如果晶片製造商在這場競賽中失敗,未來就很難東山再起。晶片製造商必須在達到2nm工藝之前,在3nm工藝遊戯中取得決定性的勝利,因為2nm技術被認為是微製造工藝的物理極限。

據悉,3nm晶片的應用先從移動AP開始,然後是高性能計算(HPC)晶片、人工智能(AI)晶片和汽車半導體。其市場規模預計將呈爆炸式增長。3nm代工市場2022年估值為12億美元,預計到2026年將增長至20倍以上,達到242億美元。

台積電3nm工藝已在A17 Pro手機應用處理器上落地,並且2023年的3nm產能預計被蘋果包圓。三星在2022年成為全球第一家量產3nm晶片的公司,但其主要重點仍然是4nm晶片。英特爾表示將於2024年開始使用3nm工藝製造晶片,並且有可能採用台積電和自己IFS代工服務並行生產。

台積電將3nm工藝系列眡為該公司的一個重要且持久的節點,據報導,目前該代工廠3nm工藝產量預計約為6.5萬片晶圓,但由於iPhone 15 Pro初始訂單將低於之前機型,第四季度3nm工藝產量不太可能達到此前預期的8萬-10萬片。不過供應鏈透露,台積電3nm新流片(Tape-Out)數量激增,大客戶將在明年、後年增加產量,台積電明年下半年3nm家族(含N3E)月產能將提升到10萬片。

台積電還與聯發科合作,聯發科最近宣佈採用代工廠的3nm工藝技術開發其旗艦產品天璣SoC,預計將於2024年下半年開始量產首款3nm晶片。業界消息稱,除蘋果、聯發科外,AMD、英偉達、高通、英特爾也確定將導入N3家族製程。

3nm將得到繼續優化,以台積電為例,第一個3nm製程節點N3B於2022下半年開始量產,強化版3nm(N3E)製程在2023下半年量產,之後還會有3nm延伸製程,共計5個製程包括N3B、N3E、N3P、N3S以及N3X。

爆料人士@手機晶片達人表示,蘋果A17 Pro晶片採用的是台積電3nm N3E工藝,成本較高,因此後綴名稱首次使用了Pro字樣。2024年將推出的蘋果iPhone 16標準版手機,有望搭載全新的蘋果A17晶片,會使用成本更低的N3B工藝製造。

3nm終端需求不足,恐引發ASML EUV光刻機設備訂單大幅下滑

雖然3nm是各大廠商爭搶的先進製程,但反映在終端上卻有差異,需求會受到市場的波動影響。台積電的3nm量產能力和良率明年將帶來提高,但移動SoC面臨升級停滯和一些人所說的性能過剩,削弱了其作為手機等移動設備銷售賣點的作用。

天風証券分析師郭明錤調查報告指出,到2024年蘋果硬件產品需求疲軟有望引發連鎖反應,波及晶片製造商。預計明年ASML EUV光刻機設備訂單數將顯著下調30%。

郭明錤表示,ASML可能顯著下調2024年EUV光刻機出貨量20%~30%,原因在於蘋果與高通的3nm晶片需求低於預期。目前Macbook與iPad出貨量在2023年分別顯著衰退約30%與22%,至1700萬部、4800萬部。顯著衰退的原因在於居家辦公的結束,以及新產品Apple Silicon、Mini-LED對消費者的吸引力逐漸下滑。展望2024年,因為MacBook與iPad欠缺增長動能,不利於3nm晶片需求。

郭明錤同時對高通表達了看法,他認為高通2024年3nm需求低於預期,因為華為將停止採購高通芯片,此外三星也會在自家手機應用自研Exynos 2400 SoC。三星3nm GAA、英特爾Intel 20A節點(約等同台積電3nm)需求低於預期;三星、美光與SK海力士最快至2025~2027年才會有存儲晶片的擴產計劃。

不過,目前市場共識認為,半導體產業將在2023年下半年落底,但需密切觀察落底時間是否會推遲到2024上半年或是下半年。

半導體 台積電

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