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三星如何晋升为晶圆代工二哥?

2018-11-01
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近些年,作为巨无霸级别的IDM,三星一直觉得其晶圆代工业务水平还不够好,视行业霸主台积电为“眼中钉”,并通过大力投资、挖人等措施,不断完善其晶圆代工技术能力和客户认可度。


2017年,就传出三星发下豪言要超越格芯(GlobalFoundries)和联电,晋升为全球晶圆代工二哥,未来还要挤下台积电,跃居市场霸主。


显然,这一目标在2017年并没有实现,然而,这一愿望在2018年有望成为现实,


今年年初,在韩国首尔举办的三星晶圆代工论坛上,三星相关负责人表示:“今年的目标是到年底,将晶圆代工的市占率从第四名提升到第二名,超越联电和格芯。未来则打算超越台积电”。


目标很是远大!


据悉,2017年,三星晶圆代工部门的营收为46亿美元、市占率为6%,是全球第四大晶圆代工厂,落后台积电、GlobalFoundries、联电。据IC Insights报告预估,今年三星晶圆代工的营收将增至100亿美元,市占将升至14%,将跻身市场二哥位置。


根据IC Insights统计,2018年,在全球的纯晶圆代工厂当中,台积电将实现347.65亿美元的营收,而排在第二位的GlobalFoundries营收为66.4亿美元,而今年三星晶圆代工的营收有望增至100亿美元,这样就超过了GlobalFoundries,排在台积电之后,位列第二。



不过,报告同时指出,三星市占提高,主要是拆分晶圆代工部门的效应,并非业绩真有大幅成长。由于三星的晶圆代工部门自立门户,不再隶属于系统LSI业务,因此,生产三星自家的Exynos手机芯片,算在三星的晶圆代工营收当中,市占率因此猛增。


三星的底气


晶圆代工产业是一个对技术和稳定性要求非常高的产业,同时是一个投入很高的产业。如果没有利润率不低,且数量庞大的产品支撑,运营一个晶圆厂是一个很艰难的任务。但三星发展的模式,让他们解决了这些问题。


目前,三星晶圆代工共有三个厂区,分别是韩国器兴(Giheung)的S1厂、美国德州奥斯汀的S2厂,以及韩国华城(Hwaseong)的S3厂。当中S3预计今年底启用,将生产7nm、8nm、10nm制程芯片。


今年2月,三星宣布投资60亿美元,在首尔郊外新建半导体厂房。计划扩大晶圆代工业务。此举除了与台积电竞争外,还有应对半导体行情波动的目的。


据悉,新工厂将于2019年下半年完工,2020年正式投产。将投产7nm及以下制程。


按照三星的计划和时间表,明年导入全版极紫外光(EUV)技术后,晶圆良率与价格将会优于台积电,营收表现也会超越竞争对手。三星计划在2018 下半年先行量产7nm制程,6nm与5nm制程随后也将于2019 年上阵,可提供三星客户更多选择。


要有所改变


为了能够专注于晶圆代工业务,2017年5月,三星宣布将该业务部门独立出来,成为一家纯晶圆代工企业,并计划在未来5年内取得芯片代工市场25%的份额。


此外,今年5月,三星为其芯片代工业务设立了研发中心,表明了该公司推动这一业务深入发展的决心。


据知情人士透露,为增强芯片代工业务能力,三星在其设备解决方案部门(负责监管该公司的关键芯片业务)下设立了研发中心。研发中心将纳入三星在设备解决部门的八个现有研究机构,包括内存、系统大规模集成电路、半导体、封装、LED、生产技术、软件和显示中心。


三星做出了各种各样的努力,以进一步深入芯片代工业务,今年早些时候还启动了三星先进的代工生态系统项目,来满足芯片代工业务相关客户的需求。一名行业观察人士表示:它通过加强与包括高通在内的主要客户的联系来促进增长。


格芯、联电退出

先进制程带来机遇


不久前,联电宣布不再投入14nm FinFET以下先进制程工艺结点技术的研发,将主要精力放在特色工艺技术和优化客户服务水平上。这样做,一方面是可以避开与台积电硬碰硬式的竞争,影响资金利用效率,另外,这使其在稳健的发展策略和道路上又迈进了一步。


无独有偶,在评估投资风险及客户规模后,格芯不久前也宣布,放弃12nm以下(不包括12nm)先进制程技术的研发,将精力放在特色工艺技术研发,特别是SOI工艺技术上来。


这样,行业只剩下台积电、英特尔和三星能继续在7nm及更先进制程上竞争。三星在7nm全球首先导入了EUV技术,预计2018年下半年投产,2019年将进一步推出7nm优化版,即5nm和4nm制程。


三星指出,7nm将应用在网络和汽车芯片领域,而非效能要求较高的GPU,这里可以看出,三星7nm技术还很难获得NVIDIA和AMD的青睐,虽然领先台积电导入了EUV技术,但与行业老大相比,其综合工艺水平还是略逊一筹。


三星晶圆代工部门总裁郑恩升表示,备受瞩目的3nm制程,2020年将首度导入GAA工艺,这是三星力推的下一代晶体管架构,同时搭配EUV技术。


争夺苹果订单


在过去多年中,三星半导体部门和台积电一直在激烈争抢苹果公司A系列处理器的订单,最近几年,台积电获得的订单越来越多,三星逐步被苹果冷落。


为争夺苹果订单,三星一直在努力,据悉,三星依靠先进工艺,希望在2019年从台积电手中分得一杯羹,争取夺回部分A系芯片的订单。


苹果的A系列订单的价格相比而言会更高,所以收益就更大,如果三星可以获得更多的苹果芯片订单,那么台积电的营收就会下降,间接的就会影响台积电的整体经营,在芯片这个如此烧钱的领域,如果营收不保的话,是很难坚持下去的,而如果一直接不到顶级芯片的订单,势必也会影响自己的量产能力。


在2014年之前,苹果与三星曾维持了多年的合作关系。由于当时台积电在良率上未能赶超三星,从2007年乔布斯发布第一款iphone 开始,苹果的第一代、第二代和第三代都是向三星采购的ARM架构芯片,接下来的A4、A5、A6和A7也都是由三星代工。


2014年是三星、台积电和苹果A系列处理器代工关系的转变期。当时,苹果正在大力推行去三星化,一旦出现在技术、产能上可以与三星匹敌的供应商,苹果会马上放弃三星。另外,2014年台积电不仅完成了产能提升,且在20nm制程上实现突破,良率也大幅提升。


反之,三星在那个时候则开始掉链子,在20nm上迟迟无法解决关键问题,良率不能满足。这就导致接下来的A10、A11、乃至接下来的A12,三星都无法从台积电口中抢回订单。但从近期三星发力晶圆代工业务的架势来看,是要与台积电对抗到底了。


台积电自2016年以来一直都是苹果“A系列”处理器的独家供应商,为iPhone 7提供A10 Fusion处理器,为iPhone 8和iPhone X提供A11 Bionic处理器。


三星的工艺对比台积电究竟哪家好?按之前苹果A9处理器的媒体普通报道来看,是台积电胜出。知乎上有人认为这事那么简单,做ASIC项目时,如果工艺不同,那就是一个全新的项目,设计上完全会不同,简而言之mask是完全不一样的。虽然不清楚苹果是怎么做的,就能接触到的一些公司而言,是绝对不会平行开发两家foundry的相同产品,开发成本会double甚至更多,产品周期也会拉长。一般design house会先在台积电流片量产,后期降成本,会porting到UMC,SMIC这些foundry。考虑到三星的fin密度比台积电高,很有可能苹果是先设计台积电工艺下的,然后再shrink到三星。真是如此的话,那三星代工A9比不过台积电是很正常的。


今年台积电仍是2018款iPhone所使用的A12处理器的独家供应商,目前看来,2019款iPhone所使用的A13处理器也将继续由台积电独家供货,A13处理器预计将使用到使用7nm工艺+极紫外光刻工艺。


但是,三星并没有放弃,希望2019年能从台积电手中夺回部分A13处理器的代工订单。


重金投资

FOPLP封装技术


据悉,三星为抢回被台积电通过集成型晶圆级扇出封装(Integrated Fan-Out;InFO)绑定晶圆代工先进制程所流失的苹果iPhone应用处理器订单,旗下三星电机重金投资面板级扇出型封装(Fan-Out Panel Level Packaging;FOPLP)技术,尽管目前三星尚未夺回苹果AP大单,但近期三星电机已订出新的先进封装计划,加上三星集团在存储器、面板产业全方位的垂直模式,仍将是台积电不可忽视的竞争对手。


据悉,台积电仍将坚持使用晶圆级制程,包括进入量产的集成10nm逻辑芯片与存储器的InFO-PoP,2018年底将通过验证的集成型晶圆级扇出暨基板封装(InFO_OS)、集成晶圆级扇出存储器基板封装(InFO_MS)等,将切入高效运算(HPC)、网通芯片应用市场。


尽管台系封测厂商日月光、力成都高喊FOPLP商机,但三星仍是最敢投资研发FOPLP技术的厂商,且三星已量产可与InFO、CoWoS封装分庭抗礼的FOPLP-PoP与I -Cube 2.5D先进封装技术。


三星FOPLP最初是用来生产电源管理芯片,但进入2018年之后,已开始导入量产穿戴式装置的AP芯片,供自家穿戴式装置新品Galaxy Watch使用,预计2019年全面跨入异质集成、晶圆堆叠的3D SiP系统级封装。


不过,FOPLP仍面临不小的挑战,以目前FOPLP刚起步的状况来看,经济规模将是技术普及的最大挑战,在初期良率还不够好的状态下,FOPLP产能要达到理想的成本优势,短期内恐不易达成。


另外,FOPLP精细度要提升不容易,这也是三星先切入相对低阶的穿戴式装置AP,目前尚无法取得高阶智能型手机等级的客户订单,面对未来高效运算需求,包括AP、人工智能芯片、GPU、ASIC或FPGA等高阶芯片,恐无法使用现行的FOPLP设备量产,况且FOPLP同样有翘曲(warpage)等问题待解决。


FOPLP制程设备投资风险大,也是一大挑战,由于FOPLP无法沿用已有面板或晶圆制造设备,多数业者必须以新制程制作设备,机台的成本相当高,若是用量不够大,将无法支撑成本,投资回收将有相当难度。


降价20%抢单台积电


有报道称,三星为了跟台积电抢单,已将代工价格下降了20%,以吸引高通、苹果、NVIDIA及其他ASIC厂商的订单,但考虑到其中的风险,这些厂商暂时还没有回应。原因可能在于7nm极紫外光刻工艺的质量和合格率风险,台积电就遇到了这样的麻烦。台积电可能要在生产5nm工艺芯片时才会全面整合EUV光刻工艺。


EUV技术对任何客户都非常有吸引力,包括苹果,其实三星对 EUV 技术的各种风险也早有预期,因为三星最初仅计划将 EUV 技术重点服务于 Galaxy S10 手机的 Exynos 芯片。


高通是另一块肥肉


除了苹果以外,高通是三星与台积电争夺的另一大客户。


在高通的新款骁龙855芯片代工权被台积电抢走之后,今年年初,三星终于有了好消息,那就是高通7nm 5G移动芯片由三星代工。具体来讲,是基于三星的7nm LPP工艺制造,该技术节点会引入EUV(极紫外光刻)。


为何高通7nm 5G芯片选择由三星代工而不是台积电呢?首先要说明的前提是台积电7FF+和三星7LPP密度差距不大。其次,高通要拿三星S和note系的订单。所谓7LPP的高通5G芯片,应该是2020年出来的高通865,明年的高通855会是台积电的7FF。


三星官网称,高通的5G芯片要用三星7PP。高通在2月发布的首款7nm芯片——骁龙X24 LTE调制解调器现已开始向客户出样,首批商用终端预计将于2018年底上市。不过,X24却是来自台积电的7FF工艺。


竞争弱项


在晶圆代工方面,三星存在着天生的弱项,由于该公司是巨无霸级别的IDM,几乎什么都做,而一个什么都做的企业,最大的敌人反而是自己。因为终端硬件的毛利,会不断的下滑。反而是能自始至终专注在本业上的公司,可以成为产业中的领先者。特别是,中国的手机品牌崛起以后,三星近年成长的一大动能——手机的市占率不断下滑。看看IBM、SONY、HTC,就能明白,终端硬体的市场没有永远的赢家。除非能像苹果一样,常常是新产品的先驱,才能把握住市场,营收不断提高(苹果的软件和系统都有竞争优势)。


所以,一个什么都做的企业,到最后必须去调整每个营收下滑部门的未来,是裁撤,还是缩减就好?是否要加深其他部门占营收的比例?转型的下一步是射门?.. .等等的问题。但在专注本业的公司上,特别是几乎没有敌人的公司,很少会有上述的问题。


另外,客户疑虑也是一个问题。以苹果为例,该公司一直在犹豫:到底要分配多少订单给台积电和三星呢?如果全部交给三星,但三星又是最大的智能手机竞争对手,那么他们代工的芯片可靠嘛?值得信任吗?这些都是问题。


市场变化

促进代工业务发展


去年,三星半导体业务一共获得了685亿美元的收入,其中80%来自于闪存和内存芯片,其他收入来自于图像传感器、应用处理器和代工业务。


不过众所周知的是,在历史上,闪存和内存是一个价格频繁波动的产品,去年形势大好并不意味着将来也会旱涝保收。在过去几个月时间里,闪存芯片价格暴跌。另外,明年内存市场也不容乐观。


在这样得行业背景下,三星需要做好备份计划,即在存储芯片市场低迷的情况下,通过芯片代工等业务获取更多收入。


中国市场成为重点


三星已提出要用5年时间将其在全球芯片代工市场的份额提升至25%,而当前台积电占有的市场份额高达60%,要想超越,难度极大。而作为具有巨大市场空间和发展潜力的中国,是三星今后要着重发展的版块。


今年6月,在上海召开了“2018三星晶圆代工论坛(Samsung Foundry Forum 2018,SFF)”,这是该会议首次在中国举办,显示出三星希望在中国市场获得更多的芯片代工订单,以提升其在全球芯片代工市场的份额。


在中国大陆,华为海思是最大的IC设计企业,此前有传闻称三星有意以供应给华为优质的中小尺寸OLED面板为条件,吸引华为海思将芯片订单交给它,对于中国另一家芯片厂商比特大陆,三星也有意向争取。


在过去很长一段时间,三星只接受高端芯片的代工,然而在中低端市场变得越来越庞大以后,三星也开始改变策略,扩大芯片代工范围和领域,以争取更多的市场份额。确保三星未来与台积电相争时具有足够的竞争力。


随着物联网、自动驾驶等新兴领域的发展,在中国催生了众多IC设计公司,这些创业企业的订单更是芯片代工企业的目标客户,三星自然不会放过。


今年年初,三星宣布开始对外提供成熟的8英寸晶圆代工技术服务,为中小型企业提供多项目晶圆服务(MPW)。这意味着,三星将不再只满足于面向高通、苹果等大型客户的需求,而是开始进军中小型企业代工市场。


在对外提供的MPW服务中,三星的8英寸工艺技术解决方案主要在eFlash、显示器驱动IC、指纹传感器、RF/IoT等领域,并且在成熟的180nm、130nm、90nm技术之外,还包括了65nm的eFlash,以及70nm的显示器驱动IC的解决方案。


开放MPW业务,一方面可以解决其产能利用率不足的问题,另一方面,由于台积电在高端芯片代工方面很强大,这让三星短期内难以完成其设定的占领代工市场25%的目标,因此三星另辟MPW蹊径,转战8英寸成熟工艺市场。


“中国有着较大的8英寸市场,因此三星来中国拓展8英寸业务一点也不奇怪。在8英寸工艺领域,中国有很多设计公司,虽然不一定能够帮助三星达到25%的市场份额,但是哪怕达到10%、11%,对于三星来说,也总比没有强。”半导体业内专家莫大康说。


然而,在中国,三星的8英寸MPW业务要面对中芯国际和华虹的竞争。另外,8英寸代工服务方面,不同工艺有不同的应用场合,而且不能只看工艺,也要看设计服务能力,中国8英寸可选择的代工有很多,三星在这方面的挑战不小。


张忠谋眼中的

三星晶圆代工


去年,在被问及主要竞争对手三星在技术、市场、规模、营运前景、产业地位时,台积电创始人张忠谋表示,他在5年以前就已经预测到未来三星将会是很强大的竞争对手,但老实说,在10年前可没想到三星有一天会这么强。


张忠谋认为,三星的长处是非常有决心、非常有毅力,一旦决定要做什么事,最高层决定后,整个公司是拼命执行,这是很了不起的一个组织,高层一旦决定下令,全体就会凝聚在一起把目标达成,三星已经证明很多次了。


Foundry行业的企业文化是很重要的,Foundry是“服务”的企业文化,意思就是服务别的公司。张忠谋指出,因为有了在德州仪器工作的经验,他很清楚晶圆代工需要什么样的企业文化,当创办一个全新的公司(台积电)时,可以重新塑造这个文化。这方面三星做的比英特尔好,这就是三星很特别的长处,上面一下指令,下面可以马上凝聚起来,韩国人就是有这个本领,但这在美国没有这么容易,台湾地区也没有!台积电之所以可以,是因为一开始就塑造这样的企业文化。



结语


按照三星晶圆代工业务的发展态势,成为全球二哥是指日可待的,今年可能是因为业务拆分所致,未来,三星凭借率先采用7nm的EUV制程,明年有望拿下虚拟货币业者的ASIC订单,并供货给高通和苹果,营收有望快速成长,其晶圆代工业务在2019和2020年将很有看头。


文/半导体行业观察 张健




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