冰火兩重天：3nm先進製程受廠商追捧，但能否拯救手機市場？

2023/10/02 13:22

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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%。為了促進遊戱的發展，新芯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芯片。3nm的推出代表著新一代的移動芯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芯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芯片的性能將決定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芯片的性能有所提升，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芯片和高通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芯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轉曏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芯片發佈之前，就有傳聞稱蘋果與台積電簽訂獨家協議以承擔缺陷芯片成本。具體來說，台積電在生產包含數百個芯片的晶圓時，不會曏蘋果收取全部費用。相反，它衹曏該公司收取“已知良好芯片”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芯片的開發而受益。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芯片導致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芯片造成，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芯片的性能，否則將對台積電3nm芯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。“如果芯片製造商在這場競賽中失敗，未來就很難東山再起。”芯片製造商必須在達到2nm工藝之前，在3nm工藝遊戱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芯片的應用先從移動AP開始，然後是高性能計算（HPC）芯片、人工智能（AI）芯片和汽車半導體。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芯片的公司，但其主要重點仍然是4nm芯片。英特爾表示將於2024年開始使用3nm工藝製造芯片，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，據報道，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芯片。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芯片採用的是台積電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芯片，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，波及芯片製造商。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芯片需求低於預期。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芯片需求。

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年才會有存儲芯片的擴產計劃。

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。

（校對/張傑）

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