了解的人都知道,三星和台积电一样,也有自己的芯片代工市场。但是和台积电不同的是,在整体的实力和台积电差了一大截。就近况来看三星电子追赶台积电很可能会变得更加困难。

 

今年早些时候,在全球芯片短缺的情况下,包括德国、日本和美国在内的多国汽车制造经济体都向台湾施压,要求台湾增加汽车芯片的产量,这也凸显了台积电作为先进半导体生产商在世界上的重要地位。

 

台湾环境审查委员会于7月28日批准了台积电新的2纳米芯片生产建设计划,这个占地50英亩的工厂计划在新竹工业园区建设,预计2024年实现商业生产。预计每天将使用 98,000 吨水,约占台积电 2020 年每日总用水量的 50%。台积电承诺到 2025 年使用 10% 的再生水,到 2030 年在宝山新工厂使用 100% 的再生水。台积电正在考虑在亚利桑那州建设同样的工厂,并计划明年生产 3 纳米和 4 纳米产品。

 

目前,台积电正在美国亚利桑那州建设 5 nm芯片工厂,扩大其在南京的产能,同时也正关注日本和德国的新工厂。

 

台积电表示,很高兴该项目获得了监管部门的批准,并将继续致力于绿色制造。

 

一位业内人士表示:“台积电在 5 纳米和 7 纳米工艺技术商业化方面已经超过了三星电子,现在随着台积电加速生产更先进的芯片并增加资本支出,这一差距正在扩大,”一位业内人士补充说,“台积电也在在台湾建立测试生产设施,以确保一定水平的 2 纳米良率。”

 

7 月 26 日,英特尔宣布将在 2024 年和 2025 年分别达到 2 纳米和 1.8 纳米水平。英特尔在今年 3 月宣布重新进入全球代工市场,其微加工工艺技术目前处于 7 纳米水平。

 

与此同时,三星电子尚未最终确定其投资计划,尽管它已经开发了 2 纳米芯片。“我们计划明年生产 3 纳米 GAA 产品,并在 2023 年生产更先进的 3 纳米 GAA 产品,”他们说。三星电子也尚未决定在何处建立其新的美国代工厂。该公司于今年 5 月宣布,将投资 170 亿美元建造该代工厂。

 

外媒:三星3纳米GAA芯片或推迟到2024年

据外媒报告,三星长期以来一直在大肆宣传他们的3nm工艺节点。他们称赞他是业界首次将GateAllAroundFET用于商业工艺技术。率先改变晶体管架构是半导体界梦寐以求的奖项。英特尔是第一个采用22纳米三栅极技术的公司,该技术实现了从平面FET晶体管到FinFET的转变。三星希望在GAAFET上夺冠。尽管围绕这个节点进行了大量营销和炒作,但它看起来越来越严峻,因为对于商业代工合作伙伴来说,3nm节点现在看起来像是推迟到2024年。

 

在最近几代FinFET中,功率缩放是通过所谓的鳍片减少来实现的。我们已经从四个鳍片器件到三个鳍片器件,再到每个晶体管有两个鳍片。此外,这些鳍变得更高,以增加沟道和栅极之间的接触面积。但现在这些缩放方法已经没有动力了,如果不使用Co触点和SiGe等特殊材料作为通道,它就已经接近尾声了。更高和更少的鳍也带来了其他问题,这需要在晶体管架构上向前迈进。

 

台积电在制程技术上的领先地位一直在快速增长。如果没有非常突破性的项目,三星就没有机会与台积电的无情执行相抗衡。2019年初,他们宣布了3GAE工艺节点以及该技术的早期产品设计套件(PDK)。他们的3GAE工艺技术将利用MBCFET架构。本质上,MBCFET就像是将FinFET的鳍片从其侧面翻转,然后将水平鳍片堆叠在一起。沟道和栅极之间的接触面积显着增加,这使得功率和性能获得巨大收益。


与7nm技术相比,三星声称性能提升了35%,功耗增加了50%,面积增加了45%。在2019年初的这次活动中,三星还声称他们的3GAE工艺将在2020年提供首批客户流片,并在2020年底进行风险生产,并在2021年底进行批量生产。


时间快进到2021年,三星的3nmGAA没有流片(编者注:貌似这个说法不正确,因为三星昨天已经发布了流片新闻),批量生产离交付还很远。与7nmFinFET相比,该工艺的目标似乎也进行了大量修改,性能从35%降到10%。逻辑面积从45%减少到25%,功耗从50%减少到20%。


我们将给予三星毫无疑问的好处,并假设此比较是与他们最先进的7nm级节点(5nmLPP)版本进行比较。如果是这样,那么这与其说是隐形削弱,不如说是与最新和最先进的三星工艺技术的新比较。无论如何,这些增益甚至可能无法让三星在功耗和性能方面与台积电的6nm节点相提并论,更不用说当前iPhone、iPad和Mac中使用的5nm节点了。


三星通过在其路线图中插入新的工艺技术来应对3GAE节点的延迟。4LPP节点是7nm家族之外的新节点。这项技术将在高通和三星的各种移动和无线电产品中展示。其中高通的FSM200是最令人兴奋的产品。


当前的5LPE节点被5LPP(以前的4LPE)和4LPP接替,这意味着3GAE的进一步延迟。所有迹象都指向2023年初的3GAE节点,即使是最悲观的行业追随者也是如此。作为三星最大的客户,高通将率先将这些技术与三星内部开发的芯片一起使用。


ChidiChidambaram博士是领导公司的工艺技术和晶圆工程团队的工程副总裁,他会对铸造工艺路线图有直接和深入的了解。他最近在重要的半导体资本设备供应商应用材料公司的一次活动上发表了讲话。在这次活动中,他被问到了围绕晶体管技术的栅极产品化时间表。


“我想你知道,'24,'23制作。最早的可能是23年,但我认为24年的生产是合理的”ChidiChidambaram博士说。


ChidiChidambaram博士很可能属于流程路线图的保密协议,这将解释为什么他必须含糊其辞。他的团队将直接经历三星在2019年大声宣布的3GAE节点“2020年首次客户流片”的失败。他们还评估了台积电和三星的2022年和2023年设计。他的团队将负责决定将哪种工艺技术用于这些设计。他似乎在押注2023年是可能的,但2024年是最合理的时间表。


这与三星过去推出工艺节点的方式一致。例如,随着14纳米、10纳米,尤其是7纳米的发布,他们的旗舰Exynos产品线在任何代工产品上市前至少6个月就开始在节点上小批量生产。


考虑到这些意见,最好的情况是,在2023年看半年可能看到基于3nm的Exynos芯片的小批量生产。在最乐观的情况下,这意味着3GAE将在2024年成为代工工艺节点!


这将与台积电的2nm工艺节点相似,后者将在2024年采用全栅极晶体管架构。虽然三星专注于实现晶体管全栅极的先拔头筹,但台积电专注于多种缩放途径,例如钴在触点和互连中的使用、锗掺杂通道、用于EUV的内部薄膜以及使用EUV进行多重图案化。一直以来,看起来他们将在同一时间范围内将一个更密集的门商业化,围绕工艺节点。


三星和英特尔在领先技术方面继续落后于台积电。他们能赶上吗?

 

日经:三星与台积电的差距在扩大

据日经报道,在尖端半导体领域,韩国三星电子与竞争对手台积电(TSMC)的差距正在扩大。三星在作为智能手机大脑的CPU(中央处理器)等的最尖端半导体的量产方面陷入苦战,代工生产的份额降低。在最尖端产品上的劣势有可能导致三星半导体存储器以及智能手机等其他主力产品的竞争力下滑。

 

“(我们)在尖端工序上的竞争力并不逊色。将确保大客户并缩小差距”,三星半导体部门的一把手金奇南副会长在3月召开的股东大会上被问及有关与台积电的技术差距的问题时这样强调。

 

一方面,虽然三星4月29日发布的2021年1~3月半导体部门的营业收入同比增长8%,达到19.01万亿韩元(约合人民币1092.9亿元),不过营业利润大减16%,仅为3.37万亿韩元(约合人民币193.7亿元),1年来首次陷入利润减少。

 

据证券公司的分析,利润减少的最大原因是负责CPU及通信用半导体代工生产的非存储器业务方面的亏损。美国得克萨斯州工厂受伴随寒潮的停电影响,自2月中旬起停产。虽然该工厂预计在4~6月中实现生产的正常化,但长时间停产可能招致美国高通等客户转投他家的风险。

 

三星面临的隐患还不止工厂停产。其在韩国国内的尖端半导体生产线构建上也陷入苦战。据多家供应商透露,三星迟迟难以提高最先进的电路线宽5纳米的产品成品率。在启动5纳米的量产时间上,三星已经比台积电落后数个月。据称,之后双方的技术差距还在继续被拉大。

 

半导体电路的线宽越小处理能力就越高,也更能抑制电力消耗,从而有利于电子产品的小型化。

 

三星在5纳米产品量产方面落后被认为存在半导体设备采购上的竞争失利。三星在相关产品量产线上引进的是被称为“EUV(极紫外)光刻”的新技术。相关设备的供货由荷兰的半导体设备厂商ASML垄断,对于5纳米以下的半导体量产不可或缺。据ASML的数据,目前实际供货量累计仅为100套左右,其中超过7成被认为由台积电独揽。

 

三星也存在危机感。2020年秋季,三星首脑李在镕副会长为了面对面进行谈判,甚至不顾疫情影响前往荷兰。虽然眼下相关设备的采购数量有所增加,但相比更早确保设备的台积电,三星面临着生产技术积累不足的现状。

 

对于代工生产业务的投资规模似乎也将对今后产生影响。台积电4月份发布了为应对半导体短缺而在截至2023的3年里展开1000亿美元设备投资的计划。

 

三星方面,2021年的预定投资规模虽达到4万亿日元,但其中的一半以上面向DRAM等半导体存储器。与专门从事代工的台积电相比,投资规模明显处于劣势。

 

事实上,在半导体代工领域,最大厂商台积电的垄断状况也在迅速推进。台湾的调查公司TrendForce的统计数据显示,2021年1~3月台积电的代工生产的全球份额为56%,同比上升2个百分点。相比两年前,份额更是扩大了8个百分点。相比之下,作为第二大半导体代工企业的三星的份额则比两年前下降了1个百分点。

 

苹果及AMD(超威半导体)等美国的大宗客户几乎将全部产品委托台积电代工,三星要获得相同数量的代工难度很大。

 

政治性因素也不容易忽视。受中美对立影响,韩国政府的立场在中美之间摇摆。这也使得韩国企业在半导体供应链上面临孤立的风险。

 

在尖端半导体领域的竞争力劣势还有可能对三星的综合实力构成威胁。从事代工生产的非存储器领域的半导体营收只占整体的7%,但CPU和图像传感器将配备于三星自主品牌的智能手机并决定其性能。作为智能手机领域的竞争对手的苹果将CPU生产全部交由台积电代工,因此三星与台积电的技术差距也将扩展至手机性能上与苹果的差距。

 

对于三星来说,最尖端半导体的生产技术也一直被应用于作为主盈业务的半导体存储器的生产。智能手机与半导体存储器的营收比率合计达到三星整体营收的6成。为主力业务带来良性循环的尖端半导体的技术竞争一旦落后,恐怕会招致三星整体收益能力的降低。

 

大家都知道现在全世界的芯片不足,对于芯片的生产制造而言,每一个环节都是至关重要的,不允许出现错误,对于技术的要求极高。我国在近些年频频受到西方国家的限制,正加快芯片自研。