冰火两重天:3nm先进制程受厂商追捧 但能否拯救手机市场?

2023年10月02日 09:56 次阅读 稿源:集微网 条评论

苹果于9月13日发布了iPhone 15系列,其中iPhone 15 Pro高端机型首发搭载了A17 Pro,该台积电3nm工艺芯片采用6核心设计,包含2颗高性能核心和4颗高能效核心,集成190亿颗晶体管,单线程性能提高10%,图形处理速度提高20%。

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为了促进游戏的发展,新芯片支持一种称为光线追踪的技术,该技术可以实现更流畅的图形处理并提高色彩准确性。苹果强调,这是业界首款采用3nm工艺的手机SoC芯片。3nm的推出代表着新一代的移动芯片进入消费电子市场,不过市场方面却呈现出冰火两重天的境遇:各大厂商纷纷争抢3nm先进工艺及产能,但终端市场疲软、整体用户体验表现减弱了其影响力。

3nm能否拯救手机市场?A17 Pro提升不大

Counterpoint数据显示,2023年第二季度全球智能手机销量同比下降8%,环比下降5%,已连续八个季度下滑,这也凸显了该市场经济疲软及需求严重不足。智能手机是品牌竞争最激烈的市场之一,而其中搭载的SoC芯片成为移动设备竞争的关键所在。市场消息人士称,最新iPhone 15 Pro系列中使用的新型A17 Pro芯片的性能将决定3nm SoC的潜在成功,这可能对推动2024年手机市场向前发展至关重要。

虽然这一代A17 Pro芯片的性能有所提升,但测试表明在功耗方面仍有很大的提升空间。在基准数据方面,苹果A17 Pro超越了上一代A16芯片和高通2022年发布的骁龙8 Gen 2,内部大小CPU核心也表现出色。另一方面,一些基准测试发现,当A17 Pro芯片以最大效率运行时,其功耗超过前代产品标准,甚至接近存在过热问题的骁龙8 Gen 1。苹果这次对GPU架构进行了重大改变,增加了核心数量,但仍勉强赶上骁龙8 Gen 2 GPU规格,可见苹果在这方面仍有改进的空间。

熟悉移动SoC的玩家指出,对A17 Pro的失望主要源于过去移动SoC升级制造工艺时,例如从7nm转向5nm,无论是性能还是能效都有明显提升,但这次并不明显。此外,降低移动SoC的功耗一直是苹果的优势之一。然而这一次,不仅性能提升相对有限,而且最大性能时功耗也非常高,让大家对3nm工艺能够大幅提升移动SoC的希望落空。

3nm手机被质疑过热台积电还是苹果背锅?

在台积电3nm芯片发布之前,就有传闻称苹果与台积电签订独家协议以承担缺陷芯片成本。具体来说,台积电在生产包含数百个芯片的晶圆时,不会向苹果收取全部费用。相反,它只向该公司收取“已知良好芯片”的费用,此前台积电3nm良率已达70%-80%。台积电还因苹果愿意支持其新芯片的开发而受益。对此,台积电回应,不评论与单一客户业务,同时强调3nm良率及进度良好。

最近有报道称,台积电3nm芯片导致iPhone 15 Pro机型过热,甚至在某些情况下严重到无法握持。分析师郭明錤表示,iPhone 15 Pro机型的过热问题并非由A17 Pro芯片造成,这与台积电的3nm制程无关,而是由内部散热系统设计和新的钛金属表面造成。不过这也影响了用户使用体验,除非苹果调降A17 Pro芯片的性能,否则将对台积电3nm芯片的发挥也会造成间接损害。


3nm将是长期备受争夺的先进制程

智能手机厂商、无晶圆厂、晶圆代工商、半导体设备制造商仍在追求先进工艺,3nm预计将在未来十年给半导体市场带来巨大变化。“至少到2030年,3nm工艺将成为代工企业的主流工艺。”一位半导体业内人士表示。“如果芯片制造商在这场竞赛中失败,未来就很难东山再起。”芯片制造商必须在达到2nm工艺之前,在3nm工艺游戏中取得决定性的胜利,因为2nm技术被认为是微制造工艺的物理极限。

据悉,3nm芯片的应用先从移动AP开始,然后是高性能计算(HPC)芯片、人工智能(AI)芯片和汽车半导体。其市场规模预计将呈爆炸式增长。3nm代工市场2022年估值为12亿美元,预计到2026年将增长至20倍以上,达到242亿美元。

台积电3nm工艺已在A17 Pro手机应用处理器上落地,并且2023年的3nm产能预计被苹果包圆。三星在2022年成为全球第一家量产3nm芯片的公司,但其主要重点仍然是4nm芯片。英特尔表示将于2024年开始使用3nm工艺制造芯片,并且有可能采用台积电和自己IFS代工服务并行生产。

台积电将3nm工艺系列视为该公司的一个重要且持久的节点,据报道,目前该代工厂3nm工艺产量预计约为6.5万片晶圆,但由于iPhone 15 Pro初始订单将低于之前机型,第四季度3nm工艺产量不太可能达到此前预期的8万-10万片。不过供应链透露,台积电3nm新流片(Tape-Out)数量激增,大客户将在明年、后年增加产量,台积电明年下半年3nm家族(含N3E)月产能将提升到10万片。

台积电还与联发科合作,联发科最近宣布采用代工厂的3nm工艺技术开发其旗舰产品天玑SoC,预计将于2024年下半年开始量产首款3nm芯片。业界消息称,除苹果、联发科外,AMD、英伟达、高通、英特尔也确定将导入N3家族制程。

3nm将得到继续优化,以台积电为例,第一个3nm制程节点N3B于2022下半年开始量产,强化版3nm(N3E)制程在2023下半年量产,之后还会有3nm延伸制程,共计5个制程包括N3B、N3E、N3P、N3S以及N3X。

爆料人士@手机晶片达人表示,苹果A17 Pro芯片采用的是台积电3nm N3E工艺,成本较高,因此后缀名称首次使用了“Pro”字样。2024年将推出的苹果iPhone 16标准版手机,有望搭载全新的苹果A17芯片,会使用成本更低的N3B工艺制造。

3nm终端需求不足,恐引发ASML EUV光刻机设备订单大幅下滑

虽然3nm是各大厂商争抢的先进制程,但反映在终端上却有差异,需求会受到市场的波动影响。台积电的3nm量产能力和良率明年将带来提高,但移动SoC面临升级停滞和一些人所说的“性能过剩”,削弱了其作为手机等移动设备销售卖点的作用。

天风证券分析师郭明錤调查报告指出,到2024年苹果硬件产品需求疲软有望引发连锁反应,波及芯片制造商。预计明年ASML EUV光刻机设备订单数将显著下调30%。

郭明錤表示,ASML可能显著下调2024年EUV光刻机出货量20%~30%,原因在于苹果与高通的3nm芯片需求低于预期。目前MacBookiPad出货量在2023年分别显著衰退约30%与22%,至1700万部、4800万部。显著衰退的原因在于居家办公的结束,以及新产品Apple Silicon、Mini-LED对消费者的吸引力逐渐下滑。展望2024年,因为MacBook与iPad欠缺增长动能,不利于3nm芯片需求。

郭明錤同时对高通表达了看法,他认为高通2024年3nm需求低于预期,因为华为将停止采购高通芯片,此外三星也会在自家手机应用自研Exynos 2400 SoC。三星3nm GAA、英特尔Intel 20A节点(约等同台积电3nm)需求低于预期;三星、美光与SK海力士最快至2025~2027年才会有存储芯片的扩产计划。

不过,目前市场共识认为,半导体产业将在2023年下半年落底,但需密切观察落底时间是否会推迟到2024上半年或是下半年。

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