作為全球芯片業(yè)的前三強(qiáng)，以及晶圓代工業(yè)的前兩強(qiáng)，三星與臺(tái)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(tái)上。

　　首先看財(cái)報(bào)，臺(tái)積電公告了9月?tīng)I(yíng)收，達(dá)到1526.85億元新臺(tái)幣，受惠蘋(píng)果iPhone新機(jī)進(jìn)入拉貨旺季，營(yíng)收月增11%，年增19.7%，首度沖破1500億元大關(guān)，改寫(xiě)歷史新高。從整個(gè)第三季度來(lái)看，受惠5nm、7nm先進(jìn)制程應(yīng)用驅(qū)動(dòng)，臺(tái)積電估計(jì)第三季度營(yíng)收將達(dá)146-149億美元，季增9.8-12.1%，以新臺(tái)幣計(jì)算，第三季度營(yíng)收估4073.4-4157.1億元，這是該公司單季營(yíng)收首度突破4000億元，毛利率預(yù)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(cái)報(bào)，受內(nèi)存價(jià)格上漲、蘋(píng)果新機(jī)面板訂單推動(dòng)，第三季度營(yíng)業(yè)利潤(rùn)增長(zhǎng)28%，為三年來(lái)新高。三星第三季度營(yíng)收估計(jì)為73萬(wàn)億韓元，年增9%，營(yíng)業(yè)利益為15.8萬(wàn)億韓元(約合133億美元)，略低于Refinitiv統(tǒng)計(jì)分析師預(yù)期的16.1萬(wàn)億韓元，但仍是2018年第三季度以來(lái)的最高單季表現(xiàn)。

　　Cape投資證券分析師Park Sung-soon表示，三星半導(dǎo)體業(yè)務(wù)受惠于存儲(chǔ)器報(bào)價(jià)和出貨量提升，以及晶圓代工獲利能力大幅上升，該部門(mén)營(yíng)業(yè)利益將較去年同期增長(zhǎng)約79%。半導(dǎo)體業(yè)務(wù)占三星今年上半年?duì)I業(yè)利益的一半左右。

　　除了營(yíng)收表現(xiàn)同樣優(yōu)秀，在先進(jìn)制程方面，三星也在本周發(fā)出重磅消息，欲與行業(yè)龍頭臺(tái)積電一較高下。

　　目前，擁有先進(jìn)制程技術(shù)的芯片廠商僅剩臺(tái)積電、三星電子和英特爾，其中，臺(tái)積電的先進(jìn)制程工藝、市占率遙遙領(lǐng)先，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(huì)推出3nm制程，臺(tái)積電的3nm是在2022下半年才會(huì)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(tái)積電則延用FinFET，2nm制程才會(huì)導(dǎo)入GAA技術(shù)。三星表示，預(yù)計(jì)2022年推出第一代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(tái)積電的2nm預(yù)計(jì)于2024年推出，早于三星。

　　三星強(qiáng)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(lái)，三星的晶圓代工業(yè)務(wù)有望成為2022年的一個(gè)亮點(diǎn)，不至于讓臺(tái)積電一枝獨(dú)秀。

　　臺(tái)積電官方消息顯示，其3nm基于最先進(jìn)的EUV技術(shù)，可以減少曝光機(jī)光罩缺陷及制程堆棧誤差，芯片良率符合預(yù)期，并降低整體成本，2nm制程將會(huì)進(jìn)一步改善EUV技術(shù)的質(zhì)量與成本。

　　產(chǎn)能方面，臺(tái)積電南科廠3nm的單月產(chǎn)能計(jì)劃為5.5萬(wàn)片起，2023年，有望達(dá)到10.5萬(wàn)片。三星還沒(méi)有相應(yīng)的產(chǎn)能規(guī)劃。

　　量產(chǎn)先進(jìn)制程比拼

　　近一年來(lái)，隨著已量產(chǎn)先進(jìn)制程技術(shù)不斷成熟，三星加緊了追趕臺(tái)積電的腳步，無(wú)論是7nm，還是5nm，爭(zhēng)奪似乎越來(lái)越激烈。

　　產(chǎn)能方面，首先看7nm制程，有統(tǒng)計(jì)顯示，在2020年，三星每月的產(chǎn)能約為2.5萬(wàn)片晶圓，而臺(tái)積電每月約為14萬(wàn)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(tái)積電每月約為9萬(wàn)片。

　　而在制程工藝方面，三星一直在追趕臺(tái)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(shí)鐘和復(fù)雜度下，功耗可降低20%。據(jù)悉，5LPE在原始工藝中增加了幾個(gè)新模塊，包括具有智能擴(kuò)散中斷(Smart Diffusion Break：SDB)隔離結(jié)構(gòu)的FinFET，以提供額外的性能，第一代靈活的觸點(diǎn)設(shè)置(三星的技術(shù)類似于英特爾的COAG，有源柵上的觸點(diǎn))，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(jì)可以重新使用至少一些為原始工藝設(shè)計(jì)的IP，從而降低了成本并加快了上市時(shí)間。但是，對(duì)于可以充分利用SDB等優(yōu)勢(shì)的IP，三星建議重新設(shè)計(jì)。

　　另外，三星代工負(fù)責(zé)人表示，該公司已完成第二代5nm和第一代4nm產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。

　　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(jī)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(dá)、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(huì)下降，可能降至50%，更多滿足客戶需求。

　　臺(tái)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(jìn)行拓展，臺(tái)積電還還發(fā)布了6nm RF(N6RF)制程，將先進(jìn)的N6邏輯制程所具備的功耗、效能、面積優(yōu)勢(shì)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(guò)16%。臺(tái)積電表示，N6RF制程針對(duì)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(tái)積電表示，由于客戶對(duì)5nm需求強(qiáng)勁，該公司5nm系列在2021年的產(chǎn)能擴(kuò)充計(jì)劃比2020年會(huì)翻倍，2022年比2020年增長(zhǎng)3.5倍以上，并在2023年達(dá)到2020年的4倍以上。臺(tái)積電還推出了5nm的最新版本-N5A制程，目標(biāo)在于滿足汽車應(yīng)用對(duì)于運(yùn)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。

　　發(fā)力先進(jìn)封裝

　　先進(jìn)制程工藝對(duì)封裝提出了更高要求，或者說(shuō)，先進(jìn)封裝在一定程度上可以彌補(bǔ)制程工藝的不足。因此，最近幾年，臺(tái)積電和三星不斷在3D先進(jìn)封裝技術(shù)方面加大投入，爭(zhēng)取把更多的先進(jìn)技術(shù)掌握在自己手中。

　　在臺(tái)積電2021 線上技術(shù)研討會(huì)期間，該公司披露了3DFabric系統(tǒng)整合解決方案，并將持續(xù)擴(kuò)展由三維硅堆棧及先進(jìn)封裝技術(shù)組成的3DFabric。

　　臺(tái)積電指出，針對(duì)高性能運(yùn)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(yùn)用范圍更大的布局規(guī)劃來(lái)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(yù)計(jì)今年完成7nm的驗(yàn)證，并于2022年在嶄新的全自動(dòng)化晶圓廠開(kāi)始生產(chǎn)。

　　針對(duì)移動(dòng)應(yīng)用，臺(tái)積電則推出了InFO_B解決方案，將移動(dòng)處理器整合于輕薄精巧的封裝之中，提供強(qiáng)化的性能和功耗效率，并且支持移動(dòng)設(shè)備芯片制造廠商封裝時(shí)所需的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取內(nèi)存堆棧。

　　臺(tái)積電還將先進(jìn)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(tái)積電將在日本茨城縣筑波市設(shè)立研發(fā)據(jù)點(diǎn)，總經(jīng)費(fèi)約370億日元，日本政府將出資總經(jīng)費(fèi)約5成予以支持。據(jù)悉，擁有領(lǐng)先封裝技術(shù)的日本企業(yè)Ibiden、半導(dǎo)體裝置廠商芝浦機(jī)械(Shibaura Machine )等與半導(dǎo)體有關(guān)的約20家日本企業(yè)有望參與研發(fā)，重點(diǎn)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(gè)芯片進(jìn)行堆疊，制造出單一的邏輯芯片。

　　三星在7nm制程的測(cè)試過(guò)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(chǔ)單元。X-Cube還有諸多優(yōu)點(diǎn)，如芯片間的信號(hào)傳遞距離更短，以及將數(shù)據(jù)傳送、能量效率提升到最高。

　　三星表示，X-Cube可讓芯片工程師在進(jìn)行定制化解決方案的設(shè)計(jì)過(guò)程中，能享有更多彈性，也更貼近他們的特殊需求。

　　歷史競(jìng)爭(zhēng)

　　三星與臺(tái)積電的全面競(jìng)爭(zhēng)要追溯到早些年14nm制程的量產(chǎn)。

　　2015~2016年，隨著三星先進(jìn)制程，特別是14nm的逐步成熟，其從臺(tái)積電那里奪得了不少大客戶訂單，收入頗豐。彼時(shí)的智能手機(jī)市場(chǎng)處于平臺(tái)期(開(kāi)始出現(xiàn)衰退，但對(duì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的影響有滯后效應(yīng))，對(duì)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(zhǎng)。

　　而到了2016~2017年，隨著臺(tái)積電先進(jìn)制程的進(jìn)一步成熟，三星部分大訂單又被臺(tái)積電搶了回去;此外，全球智能手機(jī)市場(chǎng)全面衰退，其負(fù)面效應(yīng)也開(kāi)始顯現(xiàn)，對(duì)相關(guān)先進(jìn)制程芯片的需求大減。這兩個(gè)因素導(dǎo)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(guó)首爾舉辦的三星晶圓代工論壇上，三星相關(guān)負(fù)責(zé)人表示：“今年的目標(biāo)是到年底，將晶圓代工的市占率從第四名提升到第二名，超越聯(lián)電和格芯。未來(lái)則打算超越臺(tái)積電”。目前來(lái)看，該公司實(shí)現(xiàn)了第一階段的目標(biāo)，坐穩(wěn)了晶圓代工二哥的位置，但要實(shí)現(xiàn)超越臺(tái)積電的目標(biāo)，難度很大。

　　結(jié)語(yǔ)

　　半導(dǎo)體制造技術(shù)步入14/16nm節(jié)點(diǎn)之后，需要采用FinFET工藝來(lái)抑制晶體管漏電和可控度降低的問(wèn)題，由此導(dǎo)致技術(shù)開(kāi)發(fā)難度和資本投入都大幅度增加，因此這一門(mén)檻也被視為先進(jìn)制程技術(shù)的準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)。

　　從發(fā)展歷史來(lái)看，臺(tái)積電的28nm制程從2011年開(kāi)始量產(chǎn)，領(lǐng)先競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手3~5 年，并從2014年開(kāi)始量產(chǎn)16/20nm的，之后就進(jìn)入了快速增長(zhǎng)期，到2015年兩種制程的占比已經(jīng)達(dá)到49%。

　　臺(tái)積電為了充分發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)，非常注重先進(jìn)制程量產(chǎn)后的迅速擴(kuò)容。如臺(tái)積電的130nm制程在2003年投入量產(chǎn)后，其營(yíng)收占比僅用一年時(shí)間就從0陡升到28%;28nm制程的營(yíng)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(kuò)張先進(jìn)產(chǎn)能幫助臺(tái)積電在每一個(gè)先進(jìn)制程節(jié)點(diǎn)都能快速搶占客戶資源、擴(kuò)大先發(fā)優(yōu)勢(shì)，并使其產(chǎn)能結(jié)構(gòu)明顯優(yōu)于同業(yè)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，這樣，更高的產(chǎn)品附加值帶來(lái)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(chǔ)產(chǎn)品的生產(chǎn)，能夠分配給晶圓代工部門(mén)的資源相對(duì)有限。

　　三星晶圓代工部門(mén)另一個(gè)問(wèn)題是行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題，三星業(yè)務(wù)范圍廣泛，諸如蘋(píng)果、高通等主要客戶本身也是三星電子的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，即便知識(shí)產(chǎn)權(quán)和專利得到良好保護(hù)，也不能保證供應(yīng)鏈的靈活自主和上層競(jìng)爭(zhēng)帶來(lái)的影響。比如蘋(píng)果的A4~A7系列處理器均在三星代工，2011年雙方爆發(fā)系列專利訴訟后，蘋(píng)果將A8轉(zhuǎn)單至臺(tái)積電代工，A9分別交由臺(tái)積電和三星代工，A10又全部由臺(tái)積電代工。

　　由于上述原因，三星晶圓代工部門(mén)雖然在制程技術(shù)的進(jìn)展上和臺(tái)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(wú)霸。因此，三星于2017年決定將晶圓代工業(yè)務(wù)獨(dú)立出來(lái)，以進(jìn)一步提升其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。不過(guò)，就目前來(lái)看，實(shí)際進(jìn)展和效果不明顯。