“三國(guó)殺”將至，三星欲在新戰(zhàn)場(chǎng)給臺(tái)積電沉重一擊

作者：暢秋

從今年第一季度開(kāi)始，電子半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈下游需求低迷狀況肉眼可見(jiàn)地傳導(dǎo)至晶圓代工業(yè)，實(shí)際上，從2022年第四季度開(kāi)始，全球晶圓代工業(yè)就進(jìn)入了下行周期，在2023年第二季度，雖然各大晶圓代工廠的營(yíng)收表現(xiàn)有所好轉(zhuǎn)，但總體依然低迷，特別是成熟制程，降價(jià)情況較為普遍，各家廠商的產(chǎn)能利用率普遍下滑，壓力增大，只能靠調(diào)整價(jià)格來(lái)爭(zhēng)取更多訂單。

晶圓代工進(jìn)入低迷期，這種狀況往往蘊(yùn)藏著商機(jī)，特別是對(duì)排名靠后的廠商來(lái)說(shuō)，有機(jī)會(huì)超越排名靠前的廠商，三星就是這么想的。

據(jù)TrendForce統(tǒng)計(jì)，今年第一季度，三星晶圓代工業(yè)務(wù)全球市場(chǎng)占比為9.9%，到了第二季度，市占率上升到了11.7%，營(yíng)收從第一季度的27.57億美元增加到32.34 億美元。排名第一的臺(tái)積電，市占率則從60.1%下降至56.4%。這給了三星很大信心。

最近，三星聯(lián)合首席執(zhí)行官Kyung Kye-hyun在首爾國(guó)立大學(xué)的一次講座上表示，該公司在美國(guó)德克薩斯州泰勒市的晶圓廠將成為美國(guó)的第一個(gè)量產(chǎn)先進(jìn)制程芯片的工廠，將在2024年開(kāi)始大規(guī)模生產(chǎn)4nm芯片，領(lǐng)先于臺(tái)積電在亞利桑那州的新建晶圓廠，因?yàn)楹笳吖て谘舆t，預(yù)計(jì)要到2025年才能量產(chǎn)。在這一點(diǎn)上，三星認(rèn)為擊敗了臺(tái)積電。

今年5月，三星電子半導(dǎo)體業(yè)務(wù)主管慶桂顯也曾表示：“老實(shí)說(shuō)，我們的晶圓代工技術(shù)落后于臺(tái)積電，三星4nm制程落后臺(tái)積電兩年，3nm落后一年左右，一旦臺(tái)積電加入我們的2nm科技競(jìng)賽，三星將領(lǐng)先，我們能在未來(lái)5年內(nèi)超越臺(tái)積電?？蛻羝梦覀兊腉AA(Gate All Around)技術(shù)，幾乎所有大客戶都在跟我們合作，但我不能透露客戶名稱，三星的晶圓代工客戶群正在擴(kuò)充。”

可見(jiàn)，三星趕超臺(tái)積電的信心正在增加，之所以如此，是由多方面的因素決定的，包括先進(jìn)制程演進(jìn)越來(lái)越難，進(jìn)展速度減緩，自然就會(huì)給追趕者帶來(lái)機(jī)會(huì)，另外，臺(tái)積電美國(guó)晶圓廠進(jìn)展不順利，也是不能忽視的原因，當(dāng)然，最重要的因素還是三星的先進(jìn)制程（4nm和3nm）在量產(chǎn)、良率等方面的進(jìn)展。

?01、4nm

2020年，臺(tái)積電N5（5nm）制程量產(chǎn)后，陸續(xù)發(fā)布了升級(jí)版的N5P、N4P和N4X等，因此，臺(tái)積電的4nm是5nm的強(qiáng)化版，在2022年全面量產(chǎn)，比三星更成熟，并且正在替代5nm的地位，成為營(yíng)收主力，2022年第四季度，5nm和4nm制程營(yíng)收占臺(tái)積電總營(yíng)收的32%。

相比之下，雖然三星晶圓代工業(yè)務(wù)在2021年就量產(chǎn)了第一代4nm制程（SF4E，之后幾代分別是SF4、SF4P、SF4X和SF4A），但工藝并不成熟，良率很低，有為了先臺(tái)積電一步而倉(cāng)促上馬的嫌疑，導(dǎo)致三星最大客戶高通把訂單轉(zhuǎn)給了臺(tái)積電。2022下半年，為了提升4nm成熟度，三星調(diào)度旗下NAND Flash產(chǎn)線相關(guān)人員支持4nm代工生產(chǎn)，并在第四季度將月產(chǎn)能提升至2萬(wàn)片晶圓。

2023上半年，三星開(kāi)始量產(chǎn)第三代4nm制程（SF4P）芯片，在性能、功耗、芯片面積方面的表現(xiàn)都有所提升，目標(biāo)就是從臺(tái)積電那里爭(zhēng)奪高通、AMD、英偉達(dá)等大客戶的訂單。

據(jù)報(bào)道，截至今年4月，三星4nm產(chǎn)線的良率約為60%，而臺(tái)積電的為70%-80%。

高通主打中高端市場(chǎng)的Snapdragon 7 Gen 1芯片采用三星4nm制程生產(chǎn)，但由于良率和效能表現(xiàn)不如臺(tái)積電，高通將新款Snapdragon 7+ Gen 1芯片轉(zhuǎn)投入臺(tái)積電4nm產(chǎn)線。

今年7月，據(jù)韓國(guó)媒體報(bào)道，三星4nm良率已經(jīng)提升至75%，與臺(tái)積電持平，在這種情況下，三星獲得了更多大客戶訂單。據(jù)悉，繼取代臺(tái)積電，為英特爾旗下Mobileye生產(chǎn)芯片后，將再分食剛交由臺(tái)積電代工的特斯拉下一代全自動(dòng)輔助駕駛（FSD）芯片大單，韓國(guó)產(chǎn)業(yè)人士指出，特斯拉下一代FSD芯片將由三星4nm生產(chǎn)，用于特斯拉計(jì)劃3年后量產(chǎn)的Hardware 5（HW 5.0）系統(tǒng)。

前些年，三星曾為特斯拉較早版本的FSD芯片代工，用于Model 3、Model S、Model X和Model Y等電動(dòng)車，但特斯拉2022年轉(zhuǎn)投向了臺(tái)積電，因?yàn)槟菚r(shí)三星的4nm制程良率落后臺(tái)積電太多。

韓國(guó)產(chǎn)業(yè)人士指出，現(xiàn)在，特斯拉計(jì)劃同時(shí)和臺(tái)積電、三星合作，或完全把臺(tái)積電的訂單轉(zhuǎn)向三星，量產(chǎn)這款第五代汽車芯片，至于下一代汽車芯片，估計(jì)特斯拉將訂單分配給這兩家晶圓代工廠同時(shí)生產(chǎn)的可能性很高。

?02、3nm

臺(tái)積電的第一代3nm在2022年第四季度量產(chǎn)，但由于成本太高，且良率低，量產(chǎn)規(guī)模很有限，當(dāng)時(shí)，在業(yè)界形成了“干打雷，不下雨”的效果，今年下半年，隨著新版本N3E走向成熟，蘋(píng)果新機(jī)采用的A17處理器開(kāi)始大規(guī)模量產(chǎn)，使得臺(tái)積電的3nm制程在2023下半年放量了。

臺(tái)積電表示，N3E制程對(duì)該公司全年?duì)I收的貢獻(xiàn)率為4~6%。

為追趕臺(tái)積電，在2022年推出SF3E的基礎(chǔ)上，三星在今年6月的VLSI國(guó)際會(huì)議上發(fā)布了最新版本的3nm制程（SF3）。

SF3制程將采用3nm GAP技術(shù)。SF3（3GAP）工藝技術(shù)是SF3E（3GAE）工藝的增強(qiáng)版本，并基于三星的多橋通道場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MBCFET）技術(shù)。不過(guò)，三星似乎不愿意將SF3與SF3E進(jìn)行比較，或許是對(duì)這一版本還不夠自信吧，而是與SF4（4LPP，4nm低功耗增強(qiáng)版）進(jìn)行了比較，稱在相同功耗條件下，SF3的性能提升了22%，在相同的時(shí)鐘頻率和晶體管數(shù)量條件下，功耗降低了34%，邏輯面積減少了21%。

三星還表示，SF3可提供更好的設(shè)計(jì)靈活性，主要通過(guò)改變MBCFET器件的納米片通道寬度來(lái)實(shí)現(xiàn)。

到目前為止，無(wú)論是三星自家的LSI部門(mén)，還是找三星代工的客戶，都沒(méi)有正式推出基于SF3E工藝的商用高性能處理器，只有用于加密貨幣的挖礦芯片采用了三星的SF3E，但產(chǎn)量有限，且這種類型的芯片在業(yè)界沒(méi)有什么說(shuō)服力。

接下來(lái)，我們就期待三星的新版本SF3工藝了，不過(guò)，2023年是沒(méi)戲了，要等到2024年才能看到效果。

臺(tái)積電的3nm（N3）制程，在經(jīng)歷了2022年的“雷聲大，雨點(diǎn)小”之后，2023下半年，終于迎來(lái)了大規(guī)模量產(chǎn)時(shí)刻，此次，采用升級(jí)版本的N3E后，成本和功耗都得到了有效控制，蘋(píng)果剛發(fā)布的新機(jī)旗艦所使用的A17 Pro處理器就是用N3E制造的。

A17 Pro擁有190億個(gè)晶體管，上一代的A16（4nm制程）是160億個(gè)，再向前追溯，A15（升級(jí)版5nm）有150億個(gè)晶體管，A14（5nm）有118億個(gè)晶體管，A13（升級(jí)版7nm）有85億個(gè)晶體管。從晶體管數(shù)量和制程演進(jìn)情況來(lái)看，N3E的性能提升還是比較明顯的，也沒(méi)有辜負(fù)臺(tái)積電3nm一年來(lái)的“臥薪嘗膽”。

關(guān)于3nm制程的良率，臺(tái)積電方面還沒(méi)有確切數(shù)字，有傳聞?wù)f是55%，而據(jù)韓國(guó)經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)和BusinessKorea報(bào)道，知名半導(dǎo)體分析師樸相昱指出，三星3nm良率已經(jīng)提升至60%，據(jù)樸相昱分析，三星之所以能提高良率，一個(gè)很重要的原因是芯片市場(chǎng)低迷，晶圓廠產(chǎn)能利用率降低，三星可以投入更多測(cè)試晶圓用于改善良率，另外，采用環(huán)繞柵極（GAA）晶體管架構(gòu)也有助于提升良率。樸相昱認(rèn)為，目前，三星的3nm和4nm制程良率幾乎和臺(tái)積電相當(dāng)。

可以預(yù)見(jiàn)，2024將是3nm訂單爭(zhēng)奪的關(guān)鍵年，特別是對(duì)三星來(lái)說(shuō)，要抓住臺(tái)積電產(chǎn)能和良率還沒(méi)優(yōu)化好，被蘋(píng)果一家大客戶填滿2023年產(chǎn)能，利用三星的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，以及與臺(tái)積電相近的良率表現(xiàn)，提前拿下更多如高通、英偉達(dá)、英特爾等大客戶的訂單。

?03、2nm

2nm制程距離量產(chǎn)還有至少兩年時(shí)間，從過(guò)去幾年的發(fā)展情況來(lái)看，到了2nm，三星和臺(tái)積電之間的差距就更小了，甚至是并駕齊驅(qū)。就像前文提到的，三星電子半導(dǎo)體業(yè)務(wù)主管慶桂顯表示要再5年內(nèi)超越臺(tái)積電，就是要以2nm為轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

三星從3nm制程開(kāi)始，就使用了GAA工藝技術(shù)，相比之下，臺(tái)積電在2nm才開(kāi)始使用該技術(shù)，三星相信這是一個(gè)很重要的優(yōu)勢(shì)。

采用GAA工藝生產(chǎn)的芯片比基于FinFET工藝的面積更小 (據(jù)悉可達(dá)45%)，且功耗更低 (三星稱可降低50%)。在3nm處，三星已經(jīng)積累了不少關(guān)于GAA的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，這對(duì)于該公司2nm制程的開(kāi)發(fā)很有幫助。

另外，三星電子也在加緊建設(shè)先進(jìn)封裝產(chǎn)線，這在未來(lái)提升先進(jìn)制程產(chǎn)品力方面很重要，臺(tái)積電和英特爾都在這方面發(fā)力。

2020年，三星電子首次推出了用于7nm制程的3D堆疊封裝技術(shù)X-Cube，該公司在半導(dǎo)體業(yè)務(wù)部門(mén)內(nèi)組織了一個(gè)先進(jìn)封裝（AVP）業(yè)務(wù)團(tuán)隊(duì)，以加速下一代半導(dǎo)體后處理技術(shù)的研發(fā)。

可以預(yù)見(jiàn)，在2nm量產(chǎn)時(shí)，三星可以縮小與臺(tái)積電的差距，是否能夠超越，還需要進(jìn)一步觀察。

?04、“三國(guó)殺”時(shí)代將至，競(jìng)爭(zhēng)愈加復(fù)雜

眼下，除了三星和臺(tái)積電，英特爾也在不斷在晶圓代工業(yè)務(wù)（IFS）上面發(fā)力，為了將更多資源投入到IFS上，英特爾不惜裁撤掉了多個(gè)面向未來(lái)的項(xiàng)目，包括RISC-V，服務(wù)器等。近些年，在認(rèn)清形勢(shì)后，英特爾也不再固執(zhí)地以高高在上的姿態(tài)面對(duì)先進(jìn)制程發(fā)展，而是更加務(wù)實(shí)，不再輕視競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，將更多的工作落到了實(shí)處，效果也是明顯的，相對(duì)于前些年10nm制程的難產(chǎn)，英特爾7nm量產(chǎn)就順利多了，目前，該公司的4nm制程進(jìn)展也算順利，并計(jì)劃在2024年開(kāi)始采用20A（2nm）制程制造芯片，在2025年采用18A制程制造芯片。

英特爾的發(fā)力給臺(tái)積電帶來(lái)了不小壓力，特別是在美國(guó)，前者正在新建兩座先進(jìn)制程晶圓廠，未來(lái)將與臺(tái)積電亞利桑那州4nm和3nm晶圓廠展開(kāi)直接競(jìng)爭(zhēng)，顯然，與在中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)相比，在美國(guó)土地上生產(chǎn)芯片，英特爾相對(duì)于臺(tái)積電的勝算就高了很多，畢竟，天時(shí)、地利、人和，都在英特爾一方。

多出一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，相對(duì)而言，對(duì)三星是有利的，畢竟，領(lǐng)先一方想要穩(wěn)定的局面，而落后一方則更希望出現(xiàn)較大的變化，亂中取勝。

除了多出一個(gè)英特爾，臺(tái)積電也要面對(duì)自家越來(lái)越多的問(wèn)題和挑戰(zhàn)，在全球新建晶圓廠，特別是在美國(guó)，制造的4nm和3nm芯片的成本比臺(tái)灣地區(qū)至少高出50%，保守估計(jì)，產(chǎn)能售價(jià)也要高出20%-30%。臺(tái)積電還在日本熊本新建晶圓廠，將在那里生產(chǎn)12nm、16nm、22nm和28nm芯片。據(jù)報(bào)道，臺(tái)積電日本工廠生產(chǎn)的芯片成本將比臺(tái)灣地區(qū)高出10%-15%。

這些對(duì)三星都是利好，因?yàn)樵摴究梢缘陀谂_(tái)積電的價(jià)格去爭(zhēng)取更多客戶訂單。

就美國(guó)新建晶圓廠而言，臺(tái)積電亞利桑那州工廠原計(jì)劃2024年量產(chǎn)，但受各種問(wèn)題限制，不得不推遲到2025年了。而三星位于德克薩斯州泰勒市的4nm制程（SF4X）晶圓廠確定在2024年量產(chǎn)，并鎖定了第一批客戶訂單，來(lái)自AI芯片設(shè)計(jì)公司Groq。單從這一點(diǎn)來(lái)看，三星確實(shí)在美國(guó)超越了臺(tái)積電。