三星和臺積電又杠上了
更新時間：2025-02-25 點擊次數(shù)：128次
作為芯片業(yè)的前三強，以及晶圓代工業(yè)的前兩強，三星與臺積電一直不缺乏故事和新聞。就在本周，這兩家備受業(yè)界關(guān)注的明星企業(yè)又不由自主地被擺在了擂臺上。
首先看財報，臺積電公告了9月營收，達到1526.85億元新臺幣，受惠蘋果iPhone新機進入拉貨旺季，營收月增11%，年增19.7%，首度沖破1500億元大關(guān)，改寫歷史新高。從整個第三季度來看，受惠5nm、7nm制程應(yīng)用驅(qū)動，臺積電估計第三季度營收將達146-149億美元，季增9.8-12.1%，以新臺幣計算，第三季度營收估4073.4-4157.1億元，這是該公司單季營收首度突破4000億元，毛利率預估為49.5-51.5%。三星表現(xiàn)同樣搶眼，該公司公布了第三季度初步財報，受內(nèi)存價格上漲、蘋果新機面板訂單推動，第三季度營業(yè)利潤增長28%，為三年來新高。三星第三季度營收估計為73萬億韓元，年增9%，營業(yè)利益為15.8萬億韓元（約合133億美元），略低于Refinitiv統(tǒng)計分析師預期的16.1萬億韓元，但仍是2018年第三季度以來的單季表現(xiàn)。Cape投資證券分析師Park Sung-soon表示，三星半導體業(yè)務(wù)受惠于存儲器報價和出貨量提升，以及晶圓代工獲利能力大幅上升，該部門營業(yè)利益將較去年同期增長約79%。半導體業(yè)務(wù)占三星今年上半年營業(yè)利益的一半左右。除了營收表現(xiàn)同樣優(yōu)秀，在制程方面，三星也在本周發(fā)出重磅消息，欲與臺積電一較高下。目前，擁有制程技術(shù)的芯片廠商僅剩臺積電、三星電子和英特爾，其中，臺積電的制程工藝、，使得三星在近些年一直處于苦苦追趕的狀態(tài)。三星在10月7日的晶圓代工論壇上表示，2022上半年會推出3nm制程，臺積電的3nm是在2022下半年才會推出。據(jù)悉，三星的3nm將采用環(huán)繞閘極技術(shù)（Gate-All-Around，GAA），臺積電則延用FinFET，2nm制程才會導入GAA技術(shù)。三星表示，預計2022年推出代3nm的3GAE技術(shù)，2023年推出新一代3GAP技術(shù)，2025年2nm的2GAP制程投產(chǎn)，而臺積電的2nm預計于2024年推出，早于三星。三星強調(diào)，與5nm制程相比，三星首顆3nm制程GAA技術(shù)芯片面積將縮小35%，性能提高 30% 或功耗降低 50%。三星表示，3nm良率正在逼近4nm制程。這樣看來，三星的晶圓代工業(yè)務(wù)有望成為2022年的一個亮點，不至于讓臺積電。臺積電消息顯示，其3nm基于的EUV技術(shù)，可以減少曝光機光罩缺陷及制程堆棧誤差，芯片良率符合預期，并降低整體成本，2nm制程將會進一步改善EUV技術(shù)的質(zhì)量與成本。產(chǎn)能方面，臺積電南科廠3nm的單月產(chǎn)能計劃為5.5萬片起，2023年，有望達到10.5萬片。三星還沒有相應(yīng)的產(chǎn)能規(guī)劃。
近一年來，隨著已量產(chǎn)制程技術(shù)不斷成熟，三星加緊了追趕臺積電的腳步，無論是7nm，還是5nm，爭奪似乎越來越激烈。
產(chǎn)能方面，首先看7nm制程，有統(tǒng)計顯示，在2020年，三星每月的產(chǎn)能約為2.5萬片晶圓，而臺積電每月約為14萬片，而在5nm方面，雙方的差距更大，三星每月約為5000片晶圓，而臺積電每月約為9萬片。而在制程工藝方面，三星一直在追趕臺積電，特別是在5nm方面，三星的低功耗版本5LPE性能比7nm的提升了10％，而在相同的時鐘和復雜度下，功耗可降低20％。據(jù)悉，5LPE在原始工藝中增加了幾個新模塊，包括具有智能擴散中斷（Smart Diffusion Break：SDB）隔離結(jié)構(gòu)的FinFET，以提供額外的性能，代靈活的觸點設(shè)置（三星的技術(shù)類似于英特爾的COAG，有源柵上的觸點），可用于低功耗的鰭式器件。三星表示，5LPE在很大程度上與7LPP兼容，這樣，5LPE設(shè)計可以重新使用至少一些為原始工藝設(shè)計的IP，從而降低了成本并加快了上市時間。但是，對于可以充分利用SDB等優(yōu)勢的IP，三星建議重新設(shè)計。另外，三星代工負責人表示，該公司已完成第二代5nm和代4nm產(chǎn)品的設(shè)計。客戶方面，2020年，三星將其晶圓代工廠產(chǎn)能的60％用于其公司內(nèi)部使用，主要用于智能手機的Exynos芯片。其余產(chǎn)能分給客戶，包括高通（20％），另外20％由英偉達、IBM和英特爾瓜分。而隨著三星在2021年增加7nm、5nm等制程的產(chǎn)能，其自用比例將會下降，可能降至50％，更多滿足客戶需求。臺積電方面，7nm產(chǎn)能已經(jīng)非常穩(wěn)健，在此基礎(chǔ)上，不僅是5nm，該公司還在6nm制程方面不斷進行拓展，臺積電還還發(fā)布了6nm RF（N6RF）制程，將的N6邏輯制程所具備的功耗、效能、面積優(yōu)勢帶入到5G射頻（RF）與WiFi 6/6e解決方案。相較于前一世代的16nm射頻技術(shù)，N6RF晶體管的效能提升超過16%。臺積電表示，N6RF制程針對6GHz以下及毫米波頻段的5G射頻收發(fā)器研發(fā)，可大幅降低功耗和面積。5nm方面，臺積電表示，由于客戶對5nm需求強勁，該公司5nm系列在2021年的產(chǎn)能擴充計劃比2020年會翻倍，2022年比2020年增長3.5倍以上，并在2023年達到2020年的4倍以上.臺積電還推出了5nm的版本－N5A制程，目標在于滿足汽車應(yīng)用對于運算能力日益增加的需求，例如支持人工智能的駕駛輔助及數(shù)字車輛座艙。
制程工藝對封裝提出了更高要求，或者說，封裝在一定程度上可以彌補制程工藝的不足。因此，最近幾年，臺積電和三星不斷在3D封裝技術(shù)方面加大投入，爭取把更多的技術(shù)掌握在自己手中。在臺積電2021 線上技術(shù)研討會期間，該公司披露了3DFabric系統(tǒng)整合解決方案，并將持續(xù)擴展由三維硅堆棧及封裝技術(shù)組成的3DFabric。臺積電指出，針對高性能運算應(yīng)用，將于2021年提供更大的光罩尺寸，以支持整合型扇出暨封裝基板（InFO_oS）和CoWoSR封裝方案，運用范圍更大的布局規(guī)劃來整合“小芯片"及高帶寬內(nèi)存。此外，系統(tǒng)整合芯片方面，芯片堆棧于晶圓之上的版本預計今年完成7nm的驗證，并于2022年在嶄新的全自動化晶圓廠開始生產(chǎn)。針對移動應(yīng)用，臺積電則推出了InFO_B解決方案，將移動處理器整合于輕薄精巧的封裝之中，提供強化的性能和功耗效率，并且支持移動設(shè)備芯片制造廠商封裝時所需的動態(tài)隨機存取內(nèi)存堆棧。臺積電還將封裝的業(yè)務(wù)拓展到了日本，這也需要一筆可觀的投資。日本經(jīng)產(chǎn)省表示，臺積電將在日本茨城縣筑波市設(shè)立研發(fā)據(jù)點，總經(jīng)費約370億日元，日本政府將出資總經(jīng)費約5成予以支持。據(jù)悉，擁有封裝技術(shù)的日本企業(yè)Ibiden、半導體裝置廠商芝浦機械（Shibaura Machine ）等與半導體有關(guān)的約20家日本企業(yè)有望參與研發(fā)，重點就是“小芯片"和3D封裝技術(shù)。三星研發(fā)的3D封裝技術(shù)為X-Cube，該技術(shù)利用TSV封裝，可讓多個芯片進行堆疊，制造出單一的邏輯芯片。三星在7nm制程的測試過程中，利用TSV 技術(shù)將SRAM 堆疊在邏輯芯片頂部，這也使得在電路板的配置上，可在更小的面積上裝載更多的存儲單元。X-Cube還有諸多優(yōu)點，如芯片間的信號傳遞距離更短，以及將數(shù)據(jù)傳送、能量效率提升到。三星表示，X-Cube可讓芯片工程師在進行定制化解決方案的設(shè)計過程中，能享有更多彈性，也更貼近他們的特殊需求。
三星與臺積電的全面競爭要追溯到早些年14nm制程的量產(chǎn)。2015~2016年，隨著三星制程，特別是14nm的逐步成熟，其從臺積電那里奪得了不少大客戶訂單，收入頗豐。彼時的智能手機市場處于平臺期（開始出現(xiàn)衰退，但對相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的影響有滯后效應(yīng)），對于相關(guān)芯片的需求量還是比較旺盛。這兩方面的因素，使得三星晶圓代工業(yè)務(wù)在2016年出現(xiàn)了大幅度的增長。而到了2016~2017年，隨著臺積電制程的進一步成熟，三星部分大訂單又被臺積電搶了回去；此外，智能手機市場全面衰退，其負面效應(yīng)也開始顯現(xiàn)，對相關(guān)制程芯片的需求大減。這兩個因素導致三星晶圓代工業(yè)務(wù)在2017年銷售額同比增幅（4%）大幅下降。2018年初，在韓國首爾舉辦的三星晶圓代工論壇上，三星相關(guān)負責人表示：“今年的目標是到年底，將晶圓代工的從第四名提升到第二名，超越聯(lián)電和格芯。未來則打算超越臺積電"。目前來看，該公司實現(xiàn)了階段的目標，坐穩(wěn)了晶圓代工二哥的位置，但要實現(xiàn)超越臺積電的目標，難度很大。
半導體制造技術(shù)步入14/16nm節(jié)點之后，需要采用FinFET工藝來抑制晶體管漏電和可控度降低的問題，由此導致技術(shù)開發(fā)難度和資本投入都大幅度增加，因此這一門檻也被視為制程技術(shù)的準入標準。從發(fā)展歷史來看，臺積電的28nm制程從2011年開始量產(chǎn)，競爭對手3~5 年，并從2014年開始量產(chǎn)16/20nm的，之后就進入了快速增長期，到2015年兩種制程的占比已經(jīng)達到49%。臺積電為了充分發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢，非常注重制程量產(chǎn)后的迅速擴容。如臺積電的130nm制程在2003年投入量產(chǎn)后，其營收占比僅用一年時間就從0陡升到28%；28nm制程的營收占比在2011年投入量產(chǎn)后，同樣只用了一年就從2%爬升到22%。迅速擴張產(chǎn)能幫助臺積電在每一個制程節(jié)點都能快速搶占客戶資源、擴大先發(fā)優(yōu)勢，并使其產(chǎn)能結(jié)構(gòu)明顯優(yōu)于同業(yè)競爭對手，這樣，更高的產(chǎn)品附加值帶來了更高的毛利率。三星方面，由于是IDM，其設(shè)備投入和資源要優(yōu)先服務(wù)于三星電子的DRAM和NAND Flash等存儲產(chǎn)品的生產(chǎn)，能夠分配給晶圓代工部門的資源相對有限。三星晶圓代工部門另一個問題是行業(yè)競爭問題，三星業(yè)務(wù)范圍廣泛，諸如蘋果、高通等主要客戶本身也是三星電子的競爭對手，即便知識產(chǎn)權(quán)和得到良好保護，也不能保證供應(yīng)鏈的靈活自主和上層競爭帶來的影響。比如蘋果的A4~A7系列處理器均在三星代工，2011年雙方爆發(fā)系列訴訟后，蘋果將A8轉(zhuǎn)單至臺積電代工，A9分別交由臺積電和三星代工，A10又全部由臺積電代工。由于上述原因，三星晶圓代工部門雖然在制程技術(shù)的進展上和臺積電不分伯仲，但其背景決定了它很難成為晶圓代工領(lǐng)域的巨無霸。因此，三星于2017年決定將晶圓代工業(yè)務(wù)獨立出來，以進一步提升其市場競爭力。不過，就目前來看，實際進展和效果不明顯。
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