一觸即發：3nm大戰倒計時
上周，業內最受關注的新聞，非三星計劃在美國德克薩斯州奧斯汀建設一個價值100億美元的晶圓廠莫屬了。這被認為是其追趕台積電發展步伐的又一舉措。實際上，三星在美國建新晶圓廠已經不是什麼新聞了，該公司在這方面早有想法，特別是去年台積電宣布在美國亞利桑那州投資120億美元新建5nm晶圓廠以後，三星希望在其美國原有晶圓廠的基礎上，更上一層樓，不被台積電甩在遠處。
在5nm製程方面，三星已經趕上了台積電的腳步，於2020年實現了量產。但在3nm上，三星似乎還是落後於台積電的，據報道，台積電已經為其3nm製程的晶圓廠投資了200億美元。為了縮短差距，有報道稱，三星將完全跳過4nm製程節點，直接上3nm。
由於3nm製程製程的難度極大，如果三星美國工廠計劃生產3nm製程晶片的話，按照正常進度，目前還處於初步計劃階段的德克薩斯州奧斯汀的晶圓工廠，在2023年前難以開展生產。而台積電的3nm製程製程將於今年進行試產，2022年量產。這對於力求趕超台積電的三星來說，壓力還是很大。不過，相信三星3nm製程的主陣地應該還是在韓國本土的。
同5nm一樣，全球半導體業具備且正在3nm製程上進行競爭的產商，依然只有台積電和三星這兩家。由於3nm製程更加高精尖，這種「塔尖上」的競爭會更加激烈，因為能夠給這兩大晶圓廠提供相關設備、工具、材料、服務等的上游企業更少了，這對於上游供應商來說是個好消息，因為它們的競爭者很少，但對於下游的台積電和三星來說，可選擇的上游供應鏈餘量更有限了，特別是對於三星來講，難度恐怕會更大。
晶圓廠建設
台積電方面，該公司董事長劉德音曾經表示，在3nm製程上，於南科廠的累計投資將超過 2萬億元新台幣，目標是3nm量產時，12英寸晶圓月產能超過60萬片。60萬片的月產能，這是一個非常驚人的數字，不過，在量產初期是達不到的，需要一個過程。據Digitimes報道，台積電3nm晶片在2022年下半年開始量產，單月產能5.5萬片起，2023年，將達到10.5萬片。
台積電在台南科學園區有3座晶圓廠，分別是晶圓十四廠、晶圓十八廠和晶圓六廠，其中前兩座是12英寸晶圓廠，後一座是8英寸晶圓廠。晶圓十八廠是5nm製程製程的主要生產基地。而除了5nm製程，台積電3nm製程製程的工廠，也建在台南科學園區內，他們在2016年就公布了建廠計劃，工廠靠近5nm製程製程的主要生產基地晶圓十八廠。
2020年11月，台積電舉行了南科晶圓十八廠3nm廠新建工程上樑典禮，預計今年裝機，並於年底試產。
三星方面，2020年初，有外媒報道稱，三星已開始其新建的V1晶圓工廠的大規模生產，成為業內首批完全使用6LPP和7LPP製造製程的純極紫外光刻（EUV）生產線。而該工廠還被認為是三星3nm製程的主陣地。
據悉，三星V1晶圓廠位於韓國華城、毗鄰 S3。三星於2018年2月開始建造V1，並於2019 下半年開始晶片的測試生產。目前，該公司還在擴大V1晶圓廠的產能規模，也在緊鑼密鼓地為3nm量產做著準備。
設備
為了如期量產3nm製程晶片，台積電一直在加大投資力度，2021年全年投資預估達到了280億美元，預計超過150億美元會用於3nm製程。其中，很大一部分都要用於購買半導體設備，涉及的廠商主要有ASML、KLA、應用材料等，他們供應的光刻機、蝕刻機等都是製造3nm製程晶片的重要設備。
全球排名前五的半導體設備供應商在台積電採購中佔比達75%，其中，ASML佔比1/3，是第一大設備供應商。據統計，2019年台積電設備採購中，ASML光刻機等設備金額約為34億美元，佔台積電總採購額的33%，其次是應用材料，採購額約為17億美元，佔比16%，TEL約12億美元，佔11%，Lam Research為10億美元，佔台積電採購額的9%，迪恩士佔5%，KLA佔4%。
對於3nm這樣尖端地製程製程來說，光刻機地重要性愈加突出，而能提供EUV設備的，只有ASML一家，因此，該公司對於台積電和三星的重要性也愈加突出，雙方都在儘可能地從ASML那裡多獲得一些最先進地EUV設備。
不久前，ASML CEO Peter Wennink在財報會上指出，5nm製程採用的EUV光罩層數將超過10層，3nm製程採用的EUV光罩層數會超過20層，隨著製程微縮EUV光罩層數會明顯增加，並取代深紫外光（DUV）多重曝光製程。
1月20日，ASML公布了2020全年財報，數據顯示，2020年，該公司累計交付了258台光刻機，其中EUV光刻機31台。按照交付地區劃分，中國台灣地區排名第一，佔比36%；韓國排名第二，佔比31%；中國大陸排名第三，佔比18%。顯然，台積電和三星獲得了ASML絕大部分的EUV光刻機。
封測
近些年，台積電一直在布局先進封測廠。目前，該公司旗下有4座先進封測廠，分別是先進封測一廠、先進封測二廠、先進封測三廠和先進封測五廠，它們位於竹科、中科、南科、龍潭等地，苗栗竹南封測基地將是其第五座先進封測廠。該廠預計投資3000億元新台幣，位於竹南科學園區周邊特定區、大埔範圍。
目前來看，該公司7nm製程晶片封測工作已經能夠自給自足了，5nm的也在不斷擴充之中。面向3nm的封測產線也在建設當中。
為了滿足5nm及更先進位程的需求，台積電已建立了整合扇出型（InFO）及CoWoS等封測產能支援，完成了3D IC封裝技術研發，包括晶圓堆疊晶圓（WoW）及系統整合單晶片（SoIC）等技術，預計竹南廠將以3D IC封裝及測試產能為主，計劃今年量產。
人才
對於3nm製程而言，人才更加稀缺，而台積電在這方面具有更多優勢，基於此，可以優中選優，挑選出更合適的人才，特別是領軍人物。
2020年5月，台積電一項副總級的調動，引起了業內關注。資深副總秦永沛和王建光的職掌內容交換，原負責所有晶圓廠營運的王建光，轉任企業規劃組織，主要負責產品訂價及產品開發；王建光原職掌項目由秦永沛負責，接手所有晶圓廠製造及營運。
兩位資深副總的職掌交換，被視為不同業務的歷練，一位負責接單，一位統管晶圓廠，就像過去創辦人張忠謀對現任董事長劉德音與總裁魏哲家的安排類似，而時間點又正值將進入3nm製程階段，引起接班梯隊的聯想。
據悉，秦永沛在台積電過去推進先進位程的過程中，無役不與。這次的調度時機正好是在台積電5nm量產，即將進入3nm之際，兩個先進技術的生產重心都落在最先進的晶圓十八廠，就是由他負責。因此，秦被視為是台積電3nm最主要的操盤手。
在3nm技術研發方面，現在是由研發資深副總米玉傑領軍。米玉傑是台積電7nm、5nm的研發大將，接下來的3nm及2nm也是由他主導，他是目前台積電兩位研發資深副總之一，另一位是羅唯仁。米玉傑的研究成果，會決定台積電生產的表現，他的研究結果再交給羅唯仁的團隊，負責研發出如何量產的技術，兩人是研發的火車頭。
此外，台積電在先進位程可以一直領先對手的關鍵就是封裝。封裝技術是台積電拿下蘋果訂單的決勝武器。半導體產業面對物理極限挑戰，為了能在同一顆晶片里裝進更多電晶體，於是有了先進封測計劃。三星就是因為沒有這樣的技術，所以才與蘋果單失之交臂。
台積電在封裝領域的靈魂人物是余振華與廖德堆兩位副總。余振華是台積電聞名世界銅製程技術的重要推手，也是台積電目前後段封測的研發推手；廖德堆2002年加入台積電之前曾在特許半導體及應用材料任職過，曾任晶圓六廠的廠長和後段技術暨服務處資深處長，現負責管理後段技術與營運。
客戶
上周，據國外媒體報道，由於晶片製程製程領先，還有更多的廠商在尋求獲得台積電產能的支援，目前已知NVIDIA 和高通正在尋求獲得台積電3nm晶片製程製程的產能支援。
此前有報道稱，台積電共為3nm製程準備了4波產能，首波產能中的大部分會留給多年的大客戶蘋果，後3波將被高通、賽靈思、NVIDIA 、AMD等廠商預訂。
具體來看，有報道稱，台積電3nm製程的初期訂單，已被蘋果的Mac台式機/筆記型電腦晶片、iPhone/iPad所用的A17晶片，以及英特爾的最先進CPU包下。
除了蘋果A17、英特爾訂單外，包括AMD、NVIDIA，以及2020年轉向擁抱三星5nm的高通等晶片大廠，據稱也都已經預定了台積電3nm製程在2024年的產能。
此外，2020年底，台積電又宣布，將會在2023年推出3nm製程的增強版，命名為「3nm Plus」，首發客戶是蘋果。如果蘋果繼續一年一代晶片，那麼到2023年使用3nm Plus製程的，將會是「A17」。台積電沒有透露3nm Plus相比於3nm有何變化，但是顯然會有更高的電晶體密度、更低的功耗、更高的運行頻率。
結語
有報道稱，三星的3nm製程也將定在2022年量產，就是要與台積電一較高下。目前已進入2021年，按照台積電的計劃，今年就要進行3nm製程的風險試產，明年量產，而三星也在加快進度。這兩大晶圓代工廠的3nm製程爭奪戰已進入倒計時階段，在接下來的一年多時間裡，兩家前進和追趕的步伐將呈現出更快的節奏。
