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高通蘋果各站一隊,芯片代工業還能擠進誰

一款全新高性能處理器發布的背后,是一場芯片戰場的博弈。

高通12月初發布了最新款旗艦處理器——驍龍8 Gen 1。這款處理器基于三星4納米工藝制程,指令集從ARM v8升級到ARM v9,在CPU、GPU、NPU以及5G基帶等構件上帶來了全新的升級,CPU性能提升20%功耗降低30%,GPU性能提升30%功耗降低25%,AI算力提升4倍,紙面數據性能提升非常明顯。

手機廠商也紛紛宣布了搭載驍龍8 Gen 1的新機計劃。小米和聯想摩托羅拉甚至在誰最先首發驍龍8 Gen 1上打起了口水仗。

上一代采用三星5納米工藝制程的驍龍888處理器,在對比更上一代的驍龍865處理器時,卻表現出了與性能提升幅度不匹配的功耗提升。驍龍888在小白測評、極客灣、億智蘑菇等多個數碼頻道的測評中都出現了同頻功耗高于驍龍865的情況,而表現出性能功耗比優勢的驍龍865采用的則是臺積電7納米工藝。

在驍龍888功耗表現“翻車”之后,高通為什么仍然繼續選擇三星而不是轉向臺積電代工?在高通和三星深度綁定的同時,為什么蘋果卻將芯片代工的籌碼全部押注臺積電?高通和蘋果在芯片代工上的各自站隊,又會對芯片制造領域產生哪些影響?

高通放棄臺積電,并不是第一次

作為芯片設計企業,高通沒有自己的芯片制造工廠,業內可以選擇的先進制程代工廠,實際上也僅有三星和臺積電兩家。

如果按照高通以往的經歷,處理器因為功耗發熱等問題收到用戶大量指責,往往就會在下一代處理器中更換代工廠。

如2014年4月發布的驍龍810,采用四核Cortex-A57+四核Cortex-A53的大小核CPU架構,基于臺積電20納米工藝制造。但因為功耗巨大,發熱嚴重,采用驍龍810的手機普遍不被消費者認可,而同時期發布的三星Exynos 7420處理器,采用了三星第一代14納米工藝,反而規避了功耗過大的問題,幫助三星進一步鞏固了其在安卓手機中的市場地位。

經此一役,高通在驍龍810后的新一代旗艦處理器代工上,放棄了臺積電,并連續三年選擇了三星:

2016年的旗艦處理器驍龍820/821采用了三星改進版的14納米LPP工藝;

2017年的旗艦處理器驍龍835采用三星10納米LPE工藝;

2018年的旗艦處理器驍龍845繼續采用三星10納米LPP工藝。

同期,高通只有一些中低端處理器繼續采用臺積電代工,如驍龍653、驍龍435、驍龍439等。

到了2018年,由于三星7納米工藝進展速度不如臺積電,當年12月發布的高通旗艦處理器驍龍855才放棄三星改用臺積電7納米N7工藝(臺積電7納米工藝有三個版本,一是初代使用DUV技術的N7,二是第二代使用DUV技術的N7P,三是引入EUV極紫外光刻的N7+)。

2019年12月,高通發布的旗艦處理器驍龍865繼續交由臺積電代工,采用臺積電N7P工藝制造。

但高通也并沒有忘記三星。哪怕2019年高通5G芯片Snapdragon SDM7250因為三星7納米制程工藝問題全部報廢,高通也依然和三星持續進行代工合作,并在2020年12月發布驍龍888,再一次拋棄了臺積電而改用三星5納米工藝。

雖然不好直接比較,但根據公開信息,三星5納米工藝在晶體管密度等參數上,確實落后于臺積電5納米。

高通這一次的選擇,與其說是放棄臺積電,倒不如說臺積電因為工藝的先進性,產能被蘋果等更大的客戶給“截胡”了。對于蘋果這類大客戶,臺積電不僅產能上傾斜,價格上也有優待。

2021年,臺積電向客戶告知了先進制程工藝漲價的消息,但針對高通、AMD等客戶的價格上漲20%,針對蘋果的價格漲幅卻不到5%。高通和AMD因此對臺積電給予蘋果特殊待遇的做法感到不滿。有消息透露,高通和AMD都在計劃將部分芯片代工訂單轉至三星,以降低對臺積電的依賴。

芯片代工領域臺積電一家獨大顯然不利于上游芯片設計企業。那么,在某一方先進制程領先時,仍然將中低端芯片交給另一方代工,甚至在某一方先進制程不具備領先優勢時也要將旗艦芯片交給其代工。如扶持三星作為“二供”,也有利于高通將來擁有更多的芯片代工企業作為選擇。

但另一個問題來了,蘋果為什么不擔心臺積電店大欺客?哪怕代工價格漲幅低于高通等企業,但相比于臺積電,蘋果有能力客大欺店嗎?

蘋果也曾是“海王”

蘋果一直堅持多供應商策略,在代工組裝、屏幕、電池等環節或部件上,都會選擇多個供應商,但在芯片代工領域,蘋果卻比較專一。

iPhone 4之前,蘋果使用的是第三方生產的處理器。從2010年iPhone 4搭載自研的第一顆A系列處理器A4開始就一直在三星代工。直到2014年發布的A8處理器,蘋果才轉投臺積電,采用臺積電20納米工藝制造。

蘋果2015年9月發布的iPhone 6s手機上所搭載A9芯片,則第一次由三星和臺積電兩家代工廠共同生產。為生產這款芯片,三星采用14納米的14LPE技術,臺積電采用的則是16納米的16FF+技術。

有評測指出,三星和臺積電代工的不同A9芯片有明顯功耗差異,三星版本功耗最大會超過臺積電版本20%以上。

針對這一情況,蘋果在發給美國科技網站Techcrunch的官方聲明中解釋道:“部分實驗室讓處理器維持高負載狀態,直到電力耗盡,這不符合真實生活的情境。我們的測試數據以及顧客資料顯示,采用所有不同零件iPhone6s和6s Plus的真實電池壽命差異,差異僅在2-3%之間?!?/p>

蘋果的聲明中雖然說不同版本的芯片在續航上最大只有3%的差異,但消費者并不認可。最終,蘋果下架了可以檢測處理器是臺積電還是三星代工的軟件,并且從A10系列芯片開始,蘋果A系列處理器都由臺積電獨家代工。

臺積電和蘋果的綁定究竟有多深?在A系列處理器之外,臺積電組建了一個超過300人的專屬研發團隊,與蘋果深度合作,以研發蘋果電腦的M系列處理器。

對蘋果來說,三星擁有多重身份。這家韓國巨頭不僅是芯片代工廠,還是世界領先的手機巨頭。而臺積電是一家與蘋果從不存在直接競爭關系的芯片代工廠。

將芯片完全交給臺積電代工,不僅節省了A9芯片時代兩家代工廠共同生產一款芯片的額外成本,還能夠憑借獨占優勢早于競爭對手用上最先進的制程工藝。

對高通來說,時而選擇臺積電,時而選擇三星,就可以根據雙方芯片制程在先進性、成本、配合度等多方面因素選擇當時最佳的方案,高通的“海王策略”似乎也更加靈活。

但目前來看,因為臺積電與蘋果綁定越深,高通有完全押注三星代工的趨勢,不再“海王”。蘋果手機相比安卓手機的優勢越大,就越不利于高通的發展。

而且,蘋果計劃從2023年起使用臺積電的4納米工藝為iPhone生產定制的5G基帶芯片,取代現在的A15處理器中所集成的高通X60基帶。

在2019年和解了專利官司之后,高通與蘋果的競爭仍在持續。在競爭激烈的芯片賽道,臺積電越是和蘋果深度綁定,就越不能為高通所接受。高通就會選擇將旗艦芯片交給三星代工,部分中低端芯片交給高通代工,最終雙方也互相不構成對方的大客戶。

而對于蘋果來說,旗艦芯片A9曾經由兩大芯片代工企業共同生產的“腳踏兩只船”策略早已被證明無效,且易引發爭議。專一于臺積電,形成深度綁定,也為蘋果當下的發展帶來益處。

兩強相爭,誰能得利?

高通與三星深度綁定,蘋果與臺積電深度綁定,兩大強勢集團已經拉開了對戰的陣勢。

臺積電在營收規模上仍具有絕對的領先。TrendForce數據顯示,2021年第三季度,三星電子代工銷售額環比增長11.0%至48.1億美元,繼續位居第二;臺積電銷售額環比增長11.9%至148.84億美元,占比53.1%,穩坐第一。此外,7納米及5納米工藝貢獻了臺積電整體過半營收額,而這一比重還在持續增長當中。

在先進制程的競爭上,臺積電在7納米工藝上領先一籌,而在5納米工藝上雙方幾乎齊頭并進,在更先進的4納米、3納米制程上雙方也都有規劃。

三星的4納米制程已經量產,應用于高通最新的驍龍8 Gen 1處理器上。此外,三星還在考慮在美國建立最先進的3納米芯片工廠。據報道,三星將從2022年開始安裝主要設備,并于2023年開始運營。

11月19日,聯發科發布了其基于臺積電4納米制程的旗艦處理器天璣9000,但預計2022年一季度量產,時間稍晚于三星4納米。

由于臺積電5納米工藝上對三星構成的優勢,業內在4納米工藝上也對臺積電有著更高的期待。有消息稱,高通可能會在2022年推出驍龍8 Gen 1+旗艦,并采用臺積電4納米工藝。

但同代處理器的plus版本更換代工廠,高通此前的歷史中還沒有發生過。驍龍865以及驍龍865+、驍龍870都是采用同一個代工廠及工藝(臺積電N7P)制造。因此,這一消息的可靠性依然存疑。高通旗艦處理器至少在一代的時間周期內,大概率不會更換代工廠。

臺積電的3納米制程計劃在2022下半年年量產。屆時,該公司相關制程的單月產能為5.5萬片起,2023年會達到10.5萬片。根據已透露的信息,臺積電的3納米仍舊沿用FinFET(鰭式場效應),在N2技術節點才會使用GAA(全環繞柵極架構)。

據報道,三星采用GAA的3納米制程技術已正式流片,邏輯面積效率提高了35%以上,功耗降低了50%,性能提高了約30%,性能上優于臺積電的FinFET架構的3納米制程。

在5納米時代性能、功耗略弱于臺積電的三星,在4納米、3納米時代,或許將追上臺積電。你追我趕的市場格局,也將有更多工藝路線供芯片設計企業選擇,甚至還引發更多入局者。

英特爾就再次準備開放芯片代工業務。該公司2021年3月公布的IDM 2.0計劃顯示,從2023年起將部分消費級CPU和數據中心CPU交由三星、臺積電等第三方代工廠,還會成立獨立“芯片代工”部門,覆蓋x86、ARM、RISC-V等多種IP。

也就是說,英特爾不再堅持從芯片設計到流片、制造的垂直一體,而是既會將部分芯片交給別人代工,也會幫別人代工各類IP芯片。

在自己芯片交給別人代工上,英特爾與臺積電的合作似乎更為看好。12月13日,英特爾CEO基爾辛格還搭乘私人飛機飛抵臺灣拜訪了臺積電等企業,并向外界表示,臺積電和英特爾的合作關系非常深遠,臺積電在許多技術方面都協助過英特爾公司,從而釋放了更大的晶圓產能,創造了前所未見的產品。

在為別人代工上,基爾辛格曾經表示,蘋果是他們特別想要發展的潛在客戶。

但在Mac產品線上,蘋果正在放棄英特爾芯片,可以預見未來全線Mac產品都會不再使用英特爾處理器。在芯片代工領域,蘋果似乎沒有理由放棄臺積電選擇英特爾。長期以來,英特爾在處于市場領先位置時,更傾向于用自己的先進制程鞏固自身的芯片優勢;而當英特爾不再處于市場領先位置時,其制程工藝往往在市場中已不具備領先優勢了。

英特爾這幾年在先進制程上的嘗試并不算成功。該公司的14納米工藝連續應用于多代處理器,但在14之后越來越多的“+”號也被消費者吐槽工藝升級太小。同時,該公司10納米工藝一直到11代移動版酷睿處理器才得以順利規?;慨a,但與同時期的臺積電5納米工藝相比已存在差距。而臺積電的先進制程還在不斷進展,基于目前5納米制程節點,今年10月就推出N4P工藝,性能比最早期的N5工藝提高了11%,也比N4工藝提高了6%。12月16日上午,在N4P之后,臺積電又宣布推出 N4X 制程工藝技術,性能比N5提高15%,比N4P 提高4%,預計將在2023 年上半年進入風險生產。

2010年,英特爾也曾代工過外部芯片。但由于英特爾在PC處理器和移動端處理器上都想分一杯羹,在用自己的先進制程為可能的競爭對手提供晶圓代工業務上,就很難達成合作意向。同時,英特爾的產能總是要優先保證自家芯片生產,可供給外界的產能不足。

多種因素下,2018年,英特爾對外宣布“將制造資源重新集中在自己的產品上”,基本放棄了代工業務。直到2021年,該公司再次提出IDM 2.0計劃。

市場對英特爾再次開放代工業務并不看好。但除了臺積電與三星,市場上也對更多有技術實力的晶圓代工廠入局存在著較大的需求。

在高通與蘋果的爭斗中,芯片代工廠的產能也被深度綁定,排他性變得更強。在臺積電與三星之外,更多其他芯片代工者入局,或許也可以在兩強競爭的戰場中收獲到自己的獵物。

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