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芯片業(yè)務(wù)大擴(kuò)張，三星要全面開(kāi)花

莊禮佳　2022年03月21日 07:50

據(jù)集邦科技統(tǒng)計(jì)，全球前十大晶圓代工廠2021年第四季度產(chǎn)值合計(jì)達(dá)295.47億美元，連續(xù)十個(gè)季度創(chuàng)下新高。而在半導(dǎo)體產(chǎn)能吃緊的情況下，集邦預(yù)期今年第一季度前十大晶圓代工產(chǎn)值將保持增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

其中，第二大廠三星晶圓代工呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，從下圖可以看出，三星的季增率達(dá)到了15.3%，在前五大廠商中是最高的。此外，三星晶圓代工市占率上升1.1個(gè)百分點(diǎn)至18.3%，臺(tái)積電則略減1個(gè)百分點(diǎn)至52.1%。集邦稱(chēng)，三星是前五大晶圓代工大廠中，唯一一家在去年Q4市占率擴(kuò)大的廠商，主要是因?yàn)橄冗M(jìn)的5nm/4nm制程產(chǎn)能逐漸完成、大客戶高通旗艦產(chǎn)品開(kāi)始量產(chǎn)，推升三星晶圓代工在去年第四季度營(yíng)收至55.44億美元。

三星電子財(cái)報(bào)顯示，受惠于半導(dǎo)體部門(mén)業(yè)績(jī)亮眼帶動(dòng)，2021年第四季度營(yíng)收和獲利皆優(yōu)于預(yù)期，營(yíng)收更創(chuàng)下歷史新高，幫助三星超越英特爾，登上全球芯片制造龍頭寶座。

三星電子去年Q4營(yíng)收達(dá)到76.57兆韓元，凈利年增64%。2021全年凈利年增51%，達(dá)到39.9兆韓元，營(yíng)收年增長(zhǎng)18%，達(dá)到279.6兆韓元。2021年，三星電子最賺錢(qián)的業(yè)務(wù)非內(nèi)存芯片莫屬，去年半導(dǎo)體部門(mén)營(yíng)收年增29%，達(dá)到94.16兆韓元。

三星在投資人會(huì)議上提及各事業(yè)部門(mén)進(jìn)展，其中，晶圓代工去年第四季度營(yíng)收創(chuàng)下新高，主要原因在于增加了大型HPC客戶銷(xiāo)售，并在HPC應(yīng)用中獲得了新訂單。展望2022年首季，三星指出，晶圓代工將專(zhuān)注于提高先進(jìn)制程產(chǎn)量，進(jìn)而提升供應(yīng)穩(wěn)定性。此外，該公司將在2022上半年大量生產(chǎn)第一代GAA制程。

三星表示，公司確認(rèn)了美國(guó)泰勒和南韓本地新晶圓廠的擴(kuò)產(chǎn)投資。然而，三星也坦言由于先進(jìn)制程量產(chǎn)爬坡延遲導(dǎo)致成本增加，獲利能力略有下降。

晶圓代工全面發(fā)展

據(jù)DigiTimes報(bào)道，自2017年三星將晶圓代工業(yè)務(wù)獨(dú)立后，已從最早的30家客戶成長(zhǎng)到100家以上。據(jù)悉，三星的目標(biāo)是到2026年，客戶數(shù)量達(dá)到300家以上，而臺(tái)積電2022年的客戶數(shù)量預(yù)計(jì)將超過(guò)500家。

從目前的形勢(shì)來(lái)看，2022年晶圓代工市場(chǎng)依舊火熱，而三星將多點(diǎn)開(kāi)花，全面發(fā)展。三星現(xiàn)階段在汽車(chē)和人工智能領(lǐng)域的芯片制造上，仍處于起步階段，這將是未來(lái)其晶圓代工是否能繼續(xù)壯大的關(guān)鍵。

三星希望盡快量產(chǎn)3nm制程芯片，以爭(zhēng)取AMD和高通的訂單，預(yù)計(jì)未來(lái)三年累計(jì)資本支出將占其營(yíng)收的70%左右，而臺(tái)積電大概會(huì)在50%。目前，三星正在搶購(gòu)更多的EUV光刻機(jī)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止到2020年，臺(tái)積電的EUV光刻機(jī)數(shù)量約40臺(tái)，三星則是18臺(tái)左右，不到臺(tái)積電的一半。預(yù)計(jì)2022年三星會(huì)購(gòu)入大概18臺(tái)EUV光刻機(jī)，拉近與臺(tái)積電之間的數(shù)量差距，總數(shù)將達(dá)到臺(tái)積電的60%左右。

先進(jìn)制程

在先進(jìn)制程方面，三星一直落后于臺(tái)積電，這也給了前者很大的前進(jìn)動(dòng)力。

三星已經(jīng)量產(chǎn)的最先進(jìn)節(jié)點(diǎn)是5nm，這方面，該公司明顯落后于臺(tái)積電，特別是在成熟度和良率方面，去年，采用三星5nm制程的高通Snapdragon 888就出現(xiàn)過(guò)熱問(wèn)題，也輸給臺(tái)積電5nm制程的蘋(píng)果A14、M1芯片效能表現(xiàn)，今年蘋(píng)果A15 芯片效能更遠(yuǎn)勝S888。

在4nm方面，三星宣布4LPP將在2022年滿足該公司客戶的要求。由于4LPP依賴于熟悉的FinFET，三星的客戶使用此節(jié)點(diǎn)將容易得多。此前，三星將其4LPE視為其7LPP工藝的演進(jìn)工藝，也許這是因?yàn)?nm比5nm具有非常明顯的PPAc(功率，性能，面積，成本)優(yōu)勢(shì)，或者因?yàn)榇嬖趯?shí)質(zhì)性的內(nèi)部變化(例如，新材料，極紫外光刻的使用率顯著提高等)。據(jù)悉，三星在2021年同時(shí)提高了其4LPE和5LPP技術(shù)的產(chǎn)量，這使其能夠?yàn)椴煌男酒O(shè)計(jì)提供不同的PPAc優(yōu)勢(shì)。

3nm方面，三星計(jì)劃在2022上半年推出3nm，目前，三星晶圓代工主要客戶包括高通、IBM、英偉達(dá)，以及自家的處理器芯片。

三星3nm制程研發(fā)規(guī)劃分為2個(gè)階段，第一代的GAA GAE(GAA-Early)與第二代3nm GAP(GAA-Plus)，2019年稱(chēng)3nmGAE制程2020年底前展開(kāi)風(fēng)險(xiǎn)試產(chǎn)，2021年開(kāi)始量產(chǎn)，但目前未見(jiàn)蹤影，外界認(rèn)為將延遲到2023年才會(huì)量產(chǎn)。

盡管三星晶圓代工營(yíng)收突破新高，但先進(jìn)制程產(chǎn)能的爬坡稍慢仍侵蝕整體獲利表現(xiàn)，集邦認(rèn)為今年第一季度改善先進(jìn)制程產(chǎn)能與良率是當(dāng)務(wù)之急。

成熟制程

三星在近日的年度報(bào)告中透露，今年起將擴(kuò)大成熟制程晶圓代工產(chǎn)能，并制定了中長(zhǎng)期擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃，晶圓代工事業(yè)將鎖定CMOS圖像傳感器(CIS)所需成熟制程產(chǎn)能，進(jìn)而確保新客戶與提高獲利能力。這樣，三星不僅在先進(jìn)制程方面與臺(tái)積電爭(zhēng)奪市場(chǎng)和客戶，還要在成熟制程市場(chǎng)提升與聯(lián)電、格芯、中芯國(guó)際、力積電等廠商的競(jìng)爭(zhēng)力度。市場(chǎng)人士解讀，三星因先進(jìn)制程良率持續(xù)面臨瓶頸，才回頭大力發(fā)展成熟制程。

2021年，最緊缺的芯片集中在以28nm制程為主的成熟制程芯片，這使得臺(tái)積電罕見(jiàn)地在大陸南京廠擴(kuò)增28nm制程生產(chǎn)線，還在日本熊本縣投資22/28nm制程晶圓廠，顯示出市場(chǎng)對(duì)成熟制程芯片的需求緊缺到臺(tái)積電也必須回頭擴(kuò)產(chǎn)10年前技術(shù)的生產(chǎn)線。

2021年12月，市場(chǎng)傳出聯(lián)電將啟動(dòng)新一波長(zhǎng)約漲價(jià)，漲幅在8%至12%之間，2022年元月起生效。據(jù)中國(guó)臺(tái)灣《經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)》報(bào)道，聯(lián)電將于今年3月起調(diào)升全品類(lèi)晶圓代工報(bào)價(jià)，漲幅約5%至10%。多家IC設(shè)計(jì)公司也證實(shí)，收到了聯(lián)電的漲價(jià)通知。

據(jù)供應(yīng)鏈分析，聯(lián)電再度漲價(jià)的原因有二：一是光阻液等化學(xué)材料與周邊耗材價(jià)格持續(xù)升高，加上晶圓代工成熟制程需求持續(xù)火熱;二是新擴(kuò)充的產(chǎn)能來(lái)不及滿足客戶需求。

據(jù)悉，聯(lián)電今年的資本支出達(dá)到23億美元，創(chuàng)下放棄先進(jìn)制程研發(fā)以來(lái)最高紀(jì)錄，聯(lián)電也攜手大客戶簽下長(zhǎng)約，擴(kuò)充在臺(tái)南科學(xué)園區(qū)的12英寸廠Fab12A的P5及P6廠區(qū)產(chǎn)能，以給予優(yōu)先提供產(chǎn)能的合作關(guān)系，不僅協(xié)助客戶確保產(chǎn)能供應(yīng)，聯(lián)電先前表示，目前長(zhǎng)約與單一客戶需求，已經(jīng)達(dá)到訂單三分之二，有信心維持高產(chǎn)能利用率。

在行業(yè)老大臺(tái)積電和老三聯(lián)電擴(kuò)產(chǎn)成熟制程的雙重夾擊下，三星也坐不住了，面對(duì)全球市場(chǎng)對(duì)成熟制程芯片的渴求，該公司決定大規(guī)模擴(kuò)產(chǎn)也在情理之中。而三星在這方面的主要抓手自然是CIS芯片，因?yàn)槠涫袌?chǎng)需求量巨大，且仍在增長(zhǎng)之中，更重要的是，三星的CIS市占率全球排名第二，僅次于索尼，無(wú)論是設(shè)計(jì)，還是生產(chǎn)，實(shí)力都很雄厚，向市場(chǎng)開(kāi)放一部分代工業(yè)務(wù)，是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

據(jù)Counterpoint調(diào)查統(tǒng)計(jì)，全球相機(jī)CIS市場(chǎng)收入預(yù)計(jì)將在 2022 年增長(zhǎng) 7%，達(dá)到 219 億美元，這主要受智能手機(jī)、汽車(chē)、工業(yè)和其他應(yīng)用需求增長(zhǎng)的推動(dòng)。

供應(yīng)商方面，預(yù)計(jì)索尼將在 2022 年獲得 39.1% 的市場(chǎng)份額，其次是三星的24.9%，第三是豪威科技(12.9%)。

今年，三星有望進(jìn)一步縮小與索尼與之間的差距，因?yàn)榍罢邔⑹芤嬗谄錇橹懈叨酥悄苁謾C(jī)提供具有成本競(jìng)爭(zhēng)力的超高分辨率圖像傳感器的先發(fā)優(yōu)勢(shì)以及積極的產(chǎn)能擴(kuò)張。

在中國(guó)尋找新客戶

本周，在股東大會(huì)上，三星電子新任共同執(zhí)行長(zhǎng)Kyung Kye-hyun透露，晶圓代工業(yè)務(wù)將在中國(guó)尋找新客戶。

Kyung預(yù)測(cè)，今年芯片及零組件部門(mén)的年增長(zhǎng)率有望優(yōu)于全球芯片市場(chǎng)的9%，三星會(huì)設(shè)法擴(kuò)充產(chǎn)能、滿足吃緊的全球市場(chǎng)。Kyung說(shuō)，三星的晶圓代工部門(mén)將在高增長(zhǎng)的中國(guó)找尋新客戶，同時(shí)也要改善廠房營(yíng)運(yùn)、擴(kuò)充產(chǎn)能。

在被股東問(wèn)到5nm制程以下芯片良率偏低的問(wèn)題時(shí)，Kyung說(shuō)，初步擴(kuò)產(chǎn)需要時(shí)間，但運(yùn)作逐漸改善中。他說(shuō)，制程愈來(lái)愈精密，復(fù)雜度也提高了，5nm以下的芯片已逼近半導(dǎo)體裝置的物理極限。

Kyung表示，三星計(jì)劃將生產(chǎn)線運(yùn)作優(yōu)化以改善獲利及供給狀況，并持續(xù)提升已開(kāi)始量產(chǎn)的制程。

拓展摩爾定律

摩爾定律所發(fā)揮的效用越來(lái)越弱，業(yè)界都在想辦法解決這一難題，三星也在探索這方面的新技術(shù)。

在2021年底于舊金山舉辦的第 67 屆國(guó)際電子器件會(huì)議(IEDM 2021)上，三星與 IBM 在“3D at the Device Level”討論環(huán)節(jié)宣布，已攜手在下一代半導(dǎo)體芯片的設(shè)計(jì)技術(shù)上取得了重大突破。據(jù)悉，這項(xiàng)突破性的 VTFET 新技術(shù)，允許晶體管在垂直方向上堆疊。不僅有助于縮小半導(dǎo)體芯片的尺寸，還能夠使之變得更加強(qiáng)大和高效。

在摩爾定律“1.0”時(shí)代，行業(yè)內(nèi)的 CMOS 晶體管都是以橫向方式構(gòu)建的。在經(jīng)歷了數(shù)十年的無(wú)數(shù)次工藝進(jìn)步之后，現(xiàn)在可以將數(shù)十億個(gè)晶體管放入一枚小巧的芯片中。

然而隨著工藝日漸逼近原子極限，半導(dǎo)體行業(yè)正在向垂直方向積極轉(zhuǎn)進(jìn)，受基于溝槽的 DRAM 垂直存取晶體管的啟發(fā)，IBM和三星在體硅上使用了所謂的“垂直輸送納米片”(簡(jiǎn)稱(chēng) VTFET)和 45nm 納米柵極工藝，來(lái)制造CMOS元件。

此前的 2D 半導(dǎo)體芯片，都是水平放置在硅表面上的，而電流則沿著水平方向流動(dòng)。不過(guò)得益于 3D 垂直設(shè)計(jì)，新技術(shù)將有助于突破摩爾定律的性能限制，以達(dá)成更高的能源效率。與當(dāng)前的FinFET相比，VTFET 有望帶來(lái)翻倍的性能、以及高達(dá) 85% 的效率提升。在搞定了柵極長(zhǎng)度和間隔尺寸(決定柵極 / 晶體管間距)這兩個(gè)關(guān)鍵因素之后，3D 垂直器件設(shè)計(jì)方案使得芯片制造商能夠繼續(xù)沿著摩爾定律的方向去發(fā)展。

由于降低了靜電和寄生損耗，VTFET 器件有望提供出色的工作電壓和驅(qū)動(dòng)電流。研究人員使用了 VTFET 來(lái)制作功能性環(huán)形振蕩器。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與橫向參考設(shè)計(jì)相比，新技術(shù)可減少 50% 的電容。

基于MRAM的內(nèi)存計(jì)算

三星的核心業(yè)務(wù)是存儲(chǔ)器，這是其營(yíng)收的主要來(lái)源。因此，該公司一直在該領(lǐng)域的前沿技術(shù)研究方面持續(xù)投入。

例如，今年1月，三星電子宣布，已成功展示世界上首個(gè)基于 MRAM(磁阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)的內(nèi)存計(jì)算。這項(xiàng)研究由三星高級(jí)技術(shù)研究所(SAIT)牽頭，與三星晶圓代工業(yè)務(wù)和半導(dǎo)體研發(fā)中心合作進(jìn)行。

目前，在內(nèi)存計(jì)算方面，開(kāi)發(fā)方向主要有 RRAM(電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)和 PRAM(相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)。相比之下，盡管 MRAM 具有操作速度、耐用性和大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，但迄今為止很難將 MRAM用于內(nèi)存計(jì)算。這種困難來(lái)自于 MRAM 的低電阻，由于 MRAM 在標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)存計(jì)算架構(gòu)中使用時(shí)不能享受降低功耗的優(yōu)勢(shì)。

三星電子的研究人員通過(guò)架構(gòu)創(chuàng)新為這一問(wèn)題提供了解決方案，他們開(kāi)發(fā)了一種演示內(nèi)存計(jì)算的 MRAM 陣列芯片，通過(guò)用一種新的“resistance sum”電阻來(lái)取代了傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)存計(jì)算架構(gòu)中的“current-sum”，解決了單個(gè) MRAM 器件的小電阻問(wèn)題。隨后，三星的研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)運(yùn)行這種 MRAM 內(nèi)存計(jì)算芯片來(lái)測(cè)試其性能，以執(zhí)行人工智能計(jì)算。該芯片在對(duì)手寫(xiě)數(shù)字進(jìn)行分類(lèi)時(shí)達(dá)到了 98% 的準(zhǔn)確率，在從場(chǎng)景中檢測(cè)人臉時(shí)達(dá)到了 93% 的準(zhǔn)確率。

結(jié)語(yǔ)

2022年，無(wú)論是晶圓代工業(yè)務(wù)中的先進(jìn)制程、成熟制程，還是存儲(chǔ)器，或是前沿半導(dǎo)體技術(shù)，以及全球各主要市場(chǎng)的拓展，三星正在全方位拓展其邊界。各領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手或?qū)⒏惺艿礁鄟?lái)自于三星的壓力。【責(zé)任編輯/鄒琳】

來(lái)源：智通財(cái)經(jīng)

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