2021年3奈米製程開發加劇晶圓代工投資競賽
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3奈米製程開發對台積電和三星電子而言，2021年將進入有史以來最大規模的代工投資競
賽，主要集中在EUV等先進技術設備。同時，3奈米生產難度增加，將會對這兩家公司在代
工市場競爭更加激烈並形成寡頭壟斷。
台積電是晶圓代工第一大廠，預計2021年資本支出（capex）將超過200億美元（2020年為
170億美元），創下歷史新高。三星電子也計畫非記憶體半導體業務的投資將從2020年的6
兆增加到2021年的12兆韓元（約109億美元）。
由於，晶圓代工市場需求大幅增加而成為投資的主要原因。以5奈米製程擴產、3奈米製程
開發、2奈米製程研發為重點，投資將集中於先進製成技術，包括EUV設備。據ASML規劃在
2023年中期，推出新一代的High-NA EUV設備原型，預計每台約4.5億美元，價格是當前7
奈米EUV設備價格的2到3倍。
基於3奈米研發難度提高，致使台積電和三星電子在開發下一代3奈米製程方面面臨的挑戰
越來越大。開發難度的上升，可能加劇台積電和三星電子在半導體代工市場的寡頭壟斷。
台積電在3奈米製程方面，仍採用FinFET技術，將兩個或兩個以上的電晶體鰭片（
transistor fin）集成到一個鰭片中，增加了每個鰭片的驅動電流（drive current），
同時也要降低後端寄生電阻（backend parasitic resistance），P通道有很大機會使用
鍺元素（Ge）材料。至於，業界人士認為，台積電2021年底的3奈米試產計畫將至少推遲3
到4個月，這部分還要觀察。
三星電子在3奈米製程方面，計畫從FinFET（14奈米開始使用）轉為採用GAA（gate all
around）基礎的多橋通道場效電晶體（multi bridge channel FET，MBCFET）架構。考慮
到架構上的巨大變化，加上N/P通道的不平衡和控制間隙（Spacer） /閘極（gate）長度
的挑戰，開發上可能會很困難。不過，GAA為客戶提供比FinFET更大的設計自由度，但是
，提高良率一直是三星長久的隱憂。
ASIC高度需求帶動半導體代工調漲價格
隨著所謂特殊應用晶片（ASIC）需求增加，例如：電子產品和汽車製造商正大量採用圖形
處理、資料傳輸、信號轉換和計算系統。還有，5G通信和人工智慧技術的普及，促使ASIC
驅動智慧家電、智慧手機和汽車的需求不斷上升。晶圓代工產業在訂單超過產能的情況下
，因而投資開發新生產線以應付需求。
市場傳出，向台積電和三星電子代工廠下單應用處理器（AP）、圖形處理器（GPUs）和汽
車用半導體的企業客戶須等待長達一年時間才能拿到貨。而三星電子表示，今年（2021）
一整年的生產線滿載，但由於缺乏8奈米和7奈米以下EUV技術的生產線而無法處理客戶的
訂單。
晶圓代工生產跟不上市場需求主要原因有兩個。首先，複雜的應用處理器（AP）、圖形處
理器（GPUs）和汽車用半導體製造採用的7奈米以下微影機技術，需要使用荷蘭商ASML生
產的EUV設備，但ASML每年只能生產40台左右。主要生產8吋晶圓半導體的二線代工廠也出
現類似的情形。這些公司主要生產低技術的類比IC和功率半導體，致使8吋晶圓廠代工漲
10～20％，甚至延長出貨時間。
電子製造商和汽車製造商擔心可能面臨生產中斷而高度警惕。奧迪（Audi）和福斯集團（
Volkswagen Group）計畫今年（2021）第一季在中國和其他國家減產，原因是缺乏汽車用
半導體。在日本，由於缺乏藍牙晶片，家電廠商產品推出的時程也延後了約10週。
使用30奈米技術生產顯示器驅動IC（Display Driver IC，DDI）、電源管理IC(PMIC)和感
測器的第二線代工廠也面臨類似的情況。他們無法擴大使用8吋晶圓的生產線，因為這些
設備已經過時，不再生產。這些代工企業供需不平衡的情況更為嚴重。
由於供不應求，晶圓代工費用正在飆升。台積電最近取消了對大型企業客戶的3%折扣政策
。聯電（UMC）和世界先進（VIS）將服務價格提高了10%以上。
代工生態系統上下游的公司，如開發汽車半導體或是半導體後端製成的公司也在提高產品
和服務的價格。荷蘭汽車半導體公司恩智浦（NXP）計畫通知各大汽車製造商，提高收費
，而半導體封裝公司日月光（ASE）也在2020年第四季將價格提高20%，並考慮在2021年第
一季進一步調整價格。同時，韓國企業也在跟進，提高價格。
結語
至於南韓三星與台灣台積電的代工市場競爭，聯博資產管理（BERNSTEIN）認為，主要原
因在於三星的技術已經落後台積電，且未來差距至少有三年以上，就算三星可以搶下部分
客戶訂單，比重上也低於台積電，因此，台積電的獨霸地位將能延續。
3.心得/評論：
延續2020年的氣勢，分析師預期半導體市場2021年持續成長，預計三星和台積電都將投入
大量資源於三奈米製程的開發。