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三星电子的投资计划和宏伟目标
2019 年 4 月 24 日，三星电子公布了未来的投资计划和目标。三星电子的投资计划，将在未来 12 年内（1999 年至 2030 年）将投资 133 万亿韩元（约 1200 亿美元）加强系统 LSI 和晶圆代工业务方面的竞争力，扩大非存储器业务。其中：73 万亿韩元（约 660 亿美元）的国内研发，60 万亿韩元（约 540 亿美元）的生产基础设施，预计每年平均投资 11 万亿韩元（约 100 亿美元）。
三星电子半导体事业部发展历程
三星电子有限公司半导体事业部是指元件解决方案事业群(Device Solution Business)下面的内存部门（Memory）、系统逻辑部门（System LSI）和晶圆代工部门（Foundry）；其中内存包括 DRAM、NAND Flash，系统逻辑芯片包括系统级芯片 SOC、图像传感器 CIS、显示驱动芯片、智能卡芯片、电源管理芯片。
三星电子半导体事业部年收入占三星电子总收入的 30%左右，对三星电子公司旗下的信息和手机（IT&Mobile）、消费类电子产品（Consumer Electronics）两大事业部的终端产品而言，是拉大后位竞争者距离，缩小前方领先者差距，并强化重点终端产品差异化程度的重要角色。
三星电子成立于 1969 年，1974 年通过收购韩泰半导体公司（Hankook Semiconductor）50%的股份，成立半导体事业部，开始进军半导体产业；1975 年开发出手表芯片；1977 年 7 月开始生产双极晶体管；1979 年收购全资拥有韩泰半导体，并更名三星半导体；1983 年正式进军存储器行业，开发出韩国第首个 64K DRAM；1988 年半导体业务和电子及无线通讯业务合并成立三星电子；1994 年开始研发 DSP；1995 年推出第一个 8 位 MCU；1997 年推出 700MHz Alpha 处理器；2000 年发布 0.25µm 66MHz 手机应用处理器 S3C44B0X；2002 年成立 SoC 研发中心；2005 年进入 CMOS 传感器领域，并开始晶圆代工业务。
三星半导体在全球拥有七大生产基地，分别位于韩国器兴、韩国华城 、韩国安阳、韩国平泽、美国奥斯汀、中国苏州、中国西安。
三星电子半导体事业部目前是全球最大的存储芯片制造商，2018 年位居全球营收排行榜第一位。
强化晶圆代工，挑落台积电
1、三星电子晶圆代工发展历程
2005 年，三星电子开始进入 12 英寸逻辑工艺晶圆代工领域，至今已经整整 15 年了，通过专注于先进的工艺节点，致力为客户提供最优化的产品和服务，目前晶圆代工业务已经成长为面向全球 FABLESS 产业的低功耗、高性能 SOC 的代工公司之一。
从 2005 年到 2009 年，三星电子的年代工营收不足 4 亿美元。到 2010 年啃上苹果（Appple），开始代工苹果 A 系列处理器（包括 A4、A5、A6、A7），代工营业收入出现爆长，2010 年整体代工收入激增至 12 亿美元（其中苹果 A 系列处理器产品代工收入达 8 亿美元）。由于苹果手机等移动终端产品出货激增，三星电子的晶圆代工营收水涨船高，到 2013 年达到 39.5 亿美元，当年苹果的代工收入占到公司代工总收入的 86%。可以说 2010--2013 年三星电子的代工营收完全是靠苹果在支撑。
由于 20 纳米工艺制程良率无法突破等多方面的原因，2014 年三星电子失去苹果 A 系列处理器订单，苹果 A8 处理器全部交由台积电（TSMC）代工；2015 年好不容易抢到 A9 处理器部分订单，但由于良率和功耗控制不如台积电，导致 2016 年的 A10 处理器又全部由台积电包圆。由于失去苹果这个大客户，导致 2014 年和 2015 年晶圆代工营收出现下滑。
为了填补产能，三星电子代工部门积极出击，抢下高通（Qualcomm）应用处理器和服务器芯片、超微半导体（AMD）的微处理器芯片、英伟达（Nvidia）的图形处理芯片、安霸（Ambarella）的视觉处理芯片、特斯拉（Tesla）的自驾系统芯片的订单，得以弥补苹果跑单的窘境。2016 年营收达到 44 亿美元，超过 2013 年的水平，创下三星电子晶圆代工营收的新纪录。
2、晶圆代工拆分
2017 年 5 月 12 日，三星电子宣布调整公司业务部门，将晶圆代工业务部门从系统 LSI 业务部门中独立出来，成立三星电子晶圆代工。据悉，新部门主要负责为全球客户 -- 高通和英伟达等 -- 制造非存储芯片，从而与以台积电为首的纯晶圆代工公司竞争。
根据市场研究公司 IC Insights 的数据显示，三星电子 2017 年晶圆代工营收达 46 亿美元，在全球晶圆代工市场以 6%的市占率排名第四，前三分别是台积电（TSMC）的 56%，格芯半导体（GlobalFoundries）的 9%，联电（UMC）的 8.5%；2018 年晶圆代工营收达 100 亿美元，市占率达 14%，排名全球第二。
2018 年三星电子排名全球第二大晶圆代工公司，并非业绩大增，实乃拆分部门导致。原因是晶圆代工部门自立门户，不再隶属于系统 LSI 业务。所以现在包括处理器芯片（Exynos 等）、CIS 图像传感器、显示驱动芯片、电源管理芯片的生产收入都算作晶圆代工部门营收，因此营收一路高涨，市占率一夕飙高。
但千万别因此就小瞧三星的晶圆代工。
下面我们来谈谈三星电子的晶圆代工的产能和工艺等情况。
3、晶圆代工工厂和产能
截止 2018 年底，三星电子晶圆代工专属线有 5 条，包括 4 条 12 英寸和 1 条 8 英寸。
韩国器兴（Kiheung）的 S1，建成于 2005 年，是三星首条 12 英寸逻辑代工生产线，目前量产 65 纳米至 8 纳米低功耗芯片，产品主要用于计算机网络、智能手机、汽车、以及日益成长的物联网市场等。
美国奥斯汀（Austin）的 S2 是由原 8 英寸厂改造而来；2010 年 8 月开始洁净室建设，2011 年 4 月开始 12 英寸逻辑产品投产，当年达产 43000 片；目前量产 65 纳米至 14 纳米产品。2010 年设立研发中心，旨在为系统 LSI 部门开发高性能、低功耗、复杂的 CPU 和系统 IP 架构和设计。
韩国华城（Hwasung）的 S3，是 2018 年建成投产的 12 英寸逻辑生产线，目前主要生产 10 纳米至 8 纳米产品，将是三星 7 纳米产品的主力生产厂。
韩国华城的 S4，是原 DRAM 用产线 FAB11 进行改造，目前 CMOS 影像传感器（CIS）专用生产线。位于华城的 12 英寸 DRAM 产线 FAB13 也正在加紧改造为 CMOS 影像传感器专用生产线。
韩国华城的 EUV 专用产线自 2018 年 2 月开工建设以来，正在加紧建设。工厂将投资 60 亿美元，将于明年下半年完成建设、2020 年正式投产。初期以 7 纳米产品为主，辅以 EUV 光刻机。
韩国器兴的 8 英寸晶圆代工线 FAB 6 于 2016 年开放，从 180 纳米到 70 纳米节点都可涵盖，工艺技术包括嵌入式快闪记忆体（eFlash）、功率元件、影像感测器 CIS，以及高电压制程的生产，主要针对韩国本土的 FABLESS。
目前，三星电子代工业务可以提供包括 65 纳米、45 纳米、32/28 纳米 HKMG、14 纳米 FinFET、10 纳米 FinFET、7 纳米 FinFET EUV 工艺，客户包括苹果、高通、超微半导体、赛灵思、英伟达、恩智浦（NXP）以及韩国本土公司 Telechips 等。
到 2019 年底，三星电子晶圆代工专属线将增至 7 条，包括 6 条 12 英寸和 1 条 8 英寸。
4、晶圆代工工艺：追求先进制程永不停歇
2005 年三星电子进入晶圆代工业；2006 年首个客户签约 65 纳米；2009 年 45 纳米工艺开始接单，同年 11 月在半导体研究所成立逻辑工艺开发团队，以强化晶圆代工业务；2010 年 1 月首个推出 32 纳米 HKMG 工艺。
由于苹果订单的丢失，三星在工艺研发方面加大投入，试图证明基其技术领先地位。
2014 年推出第一代 14 纳米 FinFET 工艺，称作 14LPE（Low Power Early，低功耗早期），并于 2015 年成功量产；2016 年 1 月推出第二代 14 纳米 FinFET 工艺并量产，称作 14LPP（Low Power Plus，低功耗增强），功耗降低 15%，用于 Exynos 8 OCTA 及高通骁龙（Snapdragon）820 处理器；2016 年 5 月推出第三代 14 纳米 FinFET 工艺并量产，称作 14LPC；2016 年 11 月推出第四代 14 纳米 FinFET 工艺，称为 14LPU（Low Power Ultimate，低功耗终极）。并在 14 纳米的基础上，推出微缩版 11LPP。
2016 年 10 月 17 日，第一代 10 纳米 FinFET 工艺量产，称为 10LPE，首款产品是应用处理器 Exynos 8895，另一客户就是高通骁龙 830，新工艺性能可以提供 27%，功耗将降低 40%；2017 年 11 月，开始批量生产第二代 10 纳米 FinFET 工艺，称为 10LPP，性能提高 10%，功耗降低 15%，首款产品是 Exynos 9810，另一客户就是高通骁龙 845；2018 年 6 月，推出了第三代 10 纳米 FinFET 工艺，称为 10LPU，性能再次得以提升。三星电子采用 10 纳米的三重图案光刻技术。
三星电子强调，10 纳米工艺系列（包括 8 纳米衍生产品）的生命周期很长。8LPP/8LPU 在生产工艺转换为 EUV 光刻技术之前，具有最大的竞争优势。但我们要注意到，台积电 10 纳米工艺的营收已经逐季下滑，给人已经放弃的感觉。而 7 纳米工艺制程已经成为台积电第一大营收来源。
那么我们来看看三星电子的 10 纳米以下工艺的布局情况。
8LPP：8LPP 在生产工艺转换为 EUV(Extreme Ultra Violet)光刻技术之前，具有最大的竞争优势。结合三星 10nm 技术的关键工艺流程创新，与 10LPP 相比，8LPP 在性能和门电路密度方面提供了额外的优势。2018 年 11 月成功量产 Exynos 9 系列（9820）。
7LPP：7LPP 将是第一个使用 EUV 光刻解决方案的半导体工艺技术。这里要强调两点，一是通过和 ASML 的合作，开发出了 250W 最大的 EUV 源功率，这是 EUV 进入到大量生产中的最重要的里程碑，EUV 光刻技术的部署将打破摩尔定律扩展的障碍，为单一的纳米半导体技术的发展铺平了道路；二是关键 IP 将于 2019 年上半年完成研发，下半年将进行投产。
5LPE：5LPE 将采用三星独特的智能缩放(Smart Scaling)解决方案，将其纳入基于 EUV 的 7LPP 技术之上，可实现更大面积扩展和超低功耗优势。
4LPE/LPP：4LPE/LPP 是三星电子最后一次应用高度成熟和行业验证的 FinFET 技术，结合此前 5LPE 工艺的成熟技术，芯片面积更小，性能更高，可以快速达到高良率量产，也方便客户升级。
3LPP：3LPP 将第一次使用全新的 MBCFETTM（Multi Bridge Channel FET，多桥接通道场效应晶体管）结构，基于三星电子特有的 GAAFET（Gate All Around FET，环绕栅极场效应晶体管）技术。GAAFET 需要重新设计晶体管底层结构，克服当前技术的物理、性能极限，增强栅极控制，性能大大提升。预计 2020 年投入风险性试产。
来源：三星电子 PPT
5、加强封装技术，布局 FOPLP
2019 年 4 月，三星电子收购三星电机（SEMCO）的 FOPLP 业务。三星电子希望作凭籍搭配 FOPLP 封装技术，再次挑战台积电的 InFO，希望抢下 2020 年苹果 A 系列处理器的代工订单。
首先我们来了解一下 FOPLP。FOPLP 是 Fan-Out Panel Level Packaging（面板级扇出型封装）的缩写。
据悉，FOPLP 可降低封装厚度、增加导线密度、提升产品电性能，面板大工作平台可提高生产效率，可运用于 5G、AI、生技、自驾车、智慧城市及物联网等相关产品。由于有着成本上的优势，看好面板级扇出型封装技术未来发展。目前积极布局 FOPLP 的公司除 OAST 公司安靠（Amkor）、日月光（ASE）/Deca、长电科技（JCET）、纳沛斯（nepes）、力成科技（PTI）、硅品（SPIL）外，还有 PCB 供应商三星电机（SEMCO）、欣兴电子（Unimicron）。
三星电机（SEMCO，Samsung Electro-Mechanics）成立于 1973 年，是三星电子的兄弟公司。三星电机主要由四个业务部门组成：元件解决方案部门，生产无源元件，如多层陶瓷电容（MLCC）和电感；基板解决方案部门，生产高密度互连板（HDI）、封装基板和 RFPCB；模组解决方案部门，生产摄像头模组、WiFi 模组；FOPLP 部门，2016 年新设立，从事面板级扇出型封装技术研发。
三星电子在和台积电争抢苹果 A 系列处理器订单失利后，痛定思痛，决定成立特别工作小组，目标开发先进封装 FOPLP 技术，且 2018 年正式应用于三星智能型手表 Galaxy Watch 的处理器封装应用中。
于是三星电机于 2016 年正式成立 FOPLP 部门，并收购三星面板（Samsung Display）位于韩国天安（Cheonan）的液晶面板厂，进行改造，建设 FOPLP 生产线，2017 年 10 月开始搬入设备，2018 年 10 月正式量产。
三星电机研发 FOPLP 最初是用来生产电源管理芯片（PMIC），进入 2018 年之后，开始为三星 Galaxy Watch 制造用于应用处理器（AP）芯片，预计 2019 年全面跨入异质集成、晶圆堆叠的 3D SiP 系统级封装。
三星电机用于 Galaxy Watch 的 FOPLP 有 3 个重布线层（RDL）和 1 个背面 RDL（Backside RDL）。三星电机表示，将标准的层叠（PoP）结构应用于 AP 和 PMIC 的多芯片封装，可以将封装的厚度减少 20%以上，从而提高了电气和热性能，并有助于扩大产品的电池容量。
三星电机目前使用 510x415mm 规格的面板制造 FOPLP，800x600mm 规格的面板已经开发成功。据悉面板尺寸可以根据客户要求更改。
来源：三星电机官网
Galaxy 手表及 Exynos 9110 拆解与逆向分析
来源：SystemPlus Consulting 的报告《Exynos 9110：三星第一代扇出型面板级封装（FOPLP）》
三星电子收购三星电机的 POPLP 业务，就是要力拼台积电。三星电机在 FOPLP 技术投入巨大，已量产的 FOPLP-PoP 与 I-Cube 2.5D 先进封装技术，据称可与台积电的 InFO、CoWoS 封装分庭抗礼。
来源：三星电子 PPT
台积电当年就是凭借 InFO、CoWoS 封装技术从三星电子手中抢到苹果 A 系列处理器订单。
规划第二跑道，发力 FD-SOI
三星电子是 FD-SOI 的重要推动力量。
按三星电子官方消息，晶圆业务部门的发展路径从 28 纳米节点开始分为两条，一条是按照摩尔定律继续向下发展，不断提升 FinFET 的工艺节点，从 14 纳米到目前的 10 纳米，进而转向下一步的 7 纳米，好像，三星把 8 纳米以下的数字都用上，8 纳米、7 纳米、6 纳米、5 纳米、4 纳米、3 纳米 ......
另一条线路就是 FD-SOI 工艺，从 28 纳米（28FDS）起步，目前推出 18 纳米（18FDS）。
不过三星研发 FD-SOI 的时间不长。2014 年 5 月 14 日，三星电子从意法半导体（STM）获得了 28 纳米 FD-SOI 工艺授权许可，并利用它创建了三星的 28FDS 工艺。2015 年有三星电子代工业务人士透露，晶圆质量已于 2014 年 9 月确认，产品质量已于 2015 年 3 月确认，说明 FD-SOI 技术已经完全过关了。
28 FDS 于 2015 年开始投入风险生产，2016 年正式大规模量产。据悉目前有超过 40 种产品，为射频应用、嵌入式 MRAM 提供达 400 GHz 以上的最大频率，并可应用于汽车。28FDS 有一个 1.0 伏的 Vdd。据悉，三星电子在现有的 28FDS 基础上，于 2017、2018 年添加 RF 与嵌入式非挥发性记忆体（NVM）技术，相比成熟的 28LPP+eFlash+RF 工艺，28FDS+eMRAM+RF 更具竞争力，其速度提升了 25%。
18FDS 将于 2019 年下半年开始风险生产，大规模量产要到 2020。其特点是后端采用三星的成熟 14 纳米 FinFET（14LPE / 14LPP）相同的 BEOL 互连，但采用了新的晶体管和 FEOL。相比 28FDS，18FDS 提升了 22%的性能（在相同的复杂性和功耗下），降低了 37%的功耗（在相同的频率和复杂度下），芯片面积减少了 35%。据悉，18FDS 也将支持 RF 和 eMRAM，使得三星电子代工服务能满足 2020 年及以后的 5G 时代 RF 和嵌入式存储器的各种应用需求。相比 28FDS 的 Vdd（器件内部的工作电压）为 1.0V，而 18FDS 的 Vdd 仅为 0.8V。
2018 年 6 月，ARM 公司和三星电子推出业界首款采用 28FDS 的嵌入式 MRAM（eMRAM）编译器 IP。2019 年 3 月，ARM 公司和三星电子宣布推出采用 18FDS 的嵌入式 MRAM（eMRAM）编译器 IP，包括 7 个内存编译器、3 个逻辑库、2 个 GPIO 库(1.8 和 3.3V)、3 个 POP IP 和 eMRAM 内存编译器；支持汽车 AEC-Q100 一级设计要求，并配备 ASIL-D 支持完整的汽车安全套件。
三星电子还利用其在存储器制造方面的技术和规模优势，着力打造 eMRAM，以满足未来市场的需求。
更加关键的是，SOI 晶圆供应商 Soitec 于 2019 年 1 月 22 日宣布扩大与三星电子合作，旨在保证 FD-SOI 晶圆的供应，加强 FD-SOI 供应链，并保证三星电子终端客户的大批量生产。
目前，三星电子的 FD-SOI 客户包括意法半导体、恩智浦、亚马逊（Amazon）旗下的 Blink 等。
三星电子的两大工艺路线 FinFETT 和 FD-SOI 已经准备妥当，正在揖门接单。下面我们来看看三星电子的产品情况，包括应用处理器、CMOS 图像传感器等，这些产品能否大卖，将极大影响其代工业务的营收。
应用处理器蓄势待发，挑战现有格局
但目前 Exynos 应用处理器只是三星电子自用，而没有大规模外卖。至于原因，归纳网上各种说法，无外乎主要有两个方面：一个是高通的芯片制造由台积电转向了三星，其中交换的条件就是三星的旗舰手机必须要搭载骁龙处理器，这是一个双赢的局面；另一个原因也是三星电子的无奈，那就是基带通信的问题，由于三星电子没有电信 CDMA 这方面的专利，所以 Exynos 处理器其实就是通信的残缺版，无法满足一部分用户的需求，所以三星也不得不将部分旗舰的芯片换成高通骁龙。
2016 年韩国公平交易委员会（KFTC）宣判高通专利授权模式违反公平竞争原则，并对高通开出 8.54 亿美元的高额罚单，创下韩国反垄断史上最高罚金记录。为了降低韩国公平交易委员会开出的天价罚单的影响，2018 年 2 月高通与三星签订了长期交叉授权协议，其内容之一便是允许三星电子 Exynos 应用处理器 SoC 供给第三方。
三星电子 Exynos 应用处理器 SoC 得以外卖，使得三星电子可以打包兜售的方式进军全球应用处理器市场，将充实自家晶圆代工订单需求，大大拉动其晶圆代工业务的营收，并可以练兵旗下先进制程业务。
重整 CMOS 图像传感器业务，力拼索尼
2018 年 12 月，三星电子设备解决方案（DS）部门通过组织重组，在系统 LSI 部门下建立了一个“传感器业务团队”，负责 LSI 事业部内的 CMOS 图像传感器产品规划和销售，工艺研发由设备解决方案部门的代工部门完成。
CMOS 图像传感器（CIS）可将半导体设备中的光转换成电信号，是数码相机和智能手机的标配。近年来，配备多个相机镜头的智能手机越来越流行，CMOS 图像传感器的需求也在不断增加，并且随着自动驾驶车辆越来越受欢迎，CMOS 图像传感器需求将进一步激增，原因在于 CMOS 图像传感器可以成为自动驾驶车辆的视神经，识别道路和周围环境的实时变化。
伴随着手机双摄的应用以及被应用于汽车等领域，CMOS 图像传感器的增长需求增长迅速。市场研究公司 IC Insights 预测，到 2022 年，图像传感器市场市值预计从 2018 年的 137 亿美元增加至 190 亿美元。
三星电子 CMOS 图像传感器之前默默无闻，2013 年推出 ISOCELL 技术之后，开始奋起直追。根据 IC Insights 的数据显示，从销售量上看，三星电子 CMOS 图像传感器份额在 2017 年的市场占有率已经达到 25.4%，和索尼的 28.3%的市占率差距已缩小至 3 个百分点。但从销售额看，索尼 CMOS 传感器的全球市占率搞达 52.2%，遥遥领先于三星电子的 19.1%。从销售额的角度看，三星电子的 CMOS 图像传感器想要追上龙头索尼，还有段不小距离。
不过三星电子认为独创的 ISOCELL 技术比索尼技术强，2018 年 6 月推出 ISOCELL Plus 技术。在推出新技术的同时，三星电子正在提升 CMOS 图像传感器生产能力，表示要超越索尼（Sony），成为市场领导者。事实上，早在 2017 年三星电子就开始扩充 12 英寸 CMOS 图像传感器产能。截止 2017 年 12 月三星电子 12 英寸 CMOS 图像传感器的产能为每月 4.5 万组，2017 年开始改造 12 英寸 DRAM 产线 FAB 11，2018 年底完成改造；同时对 FAB 13 进行改造，据悉，FAB 11 和 FAB 13 的产能超过每月 7 万组，预计 2019 年底三星电子 CMOS 图像传感器产能将达 12 万组，超过索尼影像传感器每月 10 万组的产能。
三星电子的传感器业务原来主要面向移动终端市场，现在增加了汽车图像传感器。三星电子表示，公司汽车图像传感器符合行业各种严苛的标准，能够承受从−40°到 105°C 的极端温度条件，可满足汽车电子委员会 AEC-Q100 2 级标准（AEC-Q100 Grade 2）要求，凭借卓越的弱暗电流，即使在极端环境下也能提供优质图像。三星电子强调，公司汽车图像传感器采用先进的成像技术，推动着自动驾驶的创新和安全。
2018 年 10 月，三星电子推出了汽车图像传感器品牌 ISOCELL Auto。并向特斯拉提供车辆图像传感器，这是三星电子向汽车企业提供 CMOS 图像传感器的第一例，对三星电子扩大代工事业的意义非常大。
三星电子的底气：抗压能力强
三星电子一方面在位于华城的 S3 晶圆厂投入了 56 亿美元升级，部署 7 纳米 LPP EUV 制程技术进行风险试产；一方面投资 6 万亿韩元（约 54 亿美元）建设全新的 EUV 产线，预计 2019 年竣工，2020 年扩大生产规模。
三星电子真是大手笔呀！
不过，这对于在风云诡谲的存储器市场血拼了 30 多年的三星来说，实在不是个事！逆势加码投资，会是三星电子甩开竞争对手的好时机吗？有专家表示，行业景气不好时，正是内部练兵时。
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