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三星靜候臺積電「犯錯」

作者:由 雷科技 發表于 文學日期:2023-01-25

三星螢幕中印什麼意思

四個月前,三星電子副董事長李在鎔開啟了自己的訪歐之旅,最關鍵的還是荷蘭,不僅與多名 ASML 高層舉行了會談,轉頭還向荷蘭總理要起支援:

千萬確保 ASML 穩定供應 EUV 光刻機。

過去兩年蔓延全球的晶片短缺問題,主要還是侷限在成熟製程,但問題已經要蔓延到了先進製程。據 6 月初 WSJ

報道

,部分臺積電客戶收到警告,表示該公司未來兩年擴產速度將不如預期,主因是包括 EUV 光刻機在內的製造裝置缺少,分析師指 2024 年先進製程工藝的缺口可能高達 20%。

三星靜候臺積電「犯錯」

ASML EUV 光刻機零部件,圖/ASML

但 ASML 產能終究還是有限,甚至三星自身的戰略也有了變化。

據 10 月 25 日韓國經濟新聞的

報道

,三星電子調整了戰略方向,將擴大投資成熟製程工藝。三星電子半導體代工事業部計劃到 2024 年將傳統和特色工藝的數量增加 10 個以上,到 2027 年將對應產能提高到 2018 年的 2。3 倍。

傳統工藝是 10nm~180nm 等半導體代工企業從過去開始進行技術開發的過程中誕生的「標準」工藝;特色工藝是針對特定客戶需求將傳統工藝進行定製化改進。

上週還有訊息

傳出

,三星考慮將旗下更多晶片委外代工,除了已有的圓晶代工夥伴聯電,還會新增

世界先進

力積電

兩家協助晶片代工,主要仍是成熟製程。

在此之前,三星一直致力於在最先進的製程上與臺積電競爭。今年 6 月,三星 3nm 製程工藝正式量產,並首次用上全環繞柵極電晶體技術(以下簡稱 GAA)。臺積電則在近日再次對外確認,3nm 將在今年第四季度晚些時候開始量產,預計 2023 年開始滿載執行。此外,臺積電還指出在 2nm 工藝上才會引入 GAA 技術。

一方面在 3nm 上「領先」臺積電一步,另一方面卻在加大自身和委外成熟製程的產能。常識告訴我們,資源有限才所以需要資源配置,三星在擴大成熟製程工藝投資的同時,就要相對應縮減在先進製程上的投入比例。

這很矛盾,但首先三星在先進製程上的「領先」本身就存在問題。

「虛假」的 3nm,跌倒的三星

過去幾年,晶片代工廠在製程的「文字遊戲」上愈演愈烈,英特爾、三星、臺積電對外說的同一納米制程實際上相差甚大,如英特爾的 10nm 製程工藝實際相近臺積電和三星的 7nm。

三星 3nm 和臺積電 3nm 同樣存在很大的不同。從效能的角度看,三星 3nm(3GAE)工藝的電晶體密度為 1。7 億/平方毫米,大大低於臺積電 3nm(N3)工藝的 2。9 億/平方毫米,反倒更接近臺積電 5nm 和英特爾 7nm 的水平。

另一方面,三星在 3nm 節點首次引入 GGA 技術,有分析指該技術尚不成熟。目前尚不明晰三星引入 GGA 技術帶來的影響程度,但據中國電子報近期的

報道

,三星在先進製程晶片上深陷良率的泥沼,3nm 良率僅為 35%,臺積電 3nm 良率則達到了80%。

再加上此前三星在 4nm 上工藝表現,更多的高階客戶都在流向臺積電,包括長期選擇三星半導體進行晶片代工的高通。

三星靜候臺積電「犯錯」

驍龍 8 Gen 1,圖/高通

去年底,高通釋出全新命名的驍龍 8 Gen 1,但這塊 SoC 由於在發熱和功耗上存在重大問題,很大程度上影響了 Android 旗艦在高階手機市場的表現。後續終於轉而採用臺積電 4nm 工藝代工驍龍 8 Gen 1+,才終於在市場上挽回一點口碑和認可。

到了下一代驍龍 8 Gen 2,高通更是直接選擇了臺積電 4nm。再加上蘋果、英偉達、AMD、聯發科等,臺積電幾乎攘括了全世界最頂尖的晶片廠商。而三星的首發客戶,卻是一家中國礦機晶片廠商 PanSemi。

對三星來說,這無疑是相當糟糕的事情,畢竟目前新建一條 3nm 產線的成本約為 150-200 億美元,巨大的資金投入需要更多更高階的客戶訂單。

但三星眼下除了在臺積電的產能外獲得訂單,以及在價格上做出競爭以爭取對價格更敏感的客戶,似乎只能在更先進的 2nm 做出突破,或是在傳統工藝市場搶佔臺積電的份額。

三星靜候臺積電「犯錯」

臺積電 22Q3 收入構成,圖/臺積電

事實上,除了在先進製程上領先,臺積電 46% 的收入都來自傳統和特色工藝,尤其是目前市場佔主流需求的 28nm,考慮到這些製程工藝都是臺積電過去 35 年推進工藝過程中「留下」的,佔主要成本的圓晶廠投入基本都已收回,利潤更是可觀。

三星作為後進者,過去的選擇是在與臺積電競爭先進工藝的同時,積累不同階段工藝,如在影象感測器(CMOS)方面,傳統使用 28nm 工藝,三星卻將用於高階影象感測器的 17nm 工藝,與索尼競爭 CMOS 市場。

而引導三星的,大概是「在 2030 年成為世界第一的半導體代工企業」的目標。當然,這也意味著需要超越臺積電。

失效的摩爾定律,領先者的困境

毫無疑問,臺積電不僅是全球最大的半導體代工企業,也在 7nm 和 5nm 的關鍵節點上成為了最大的贏家。根據臺積電今年第三季度財報,7nm 和 5nm 貢獻的收入已經佔到了整體的 54%。

這種優勢目前來看還會繼續延續到 3nm 節點。蘋果 A17 晶片基本確認將由臺積電獨家生產,也有多個訊息源指出 M2 系列高效能處理器也將由臺積電獨吞,此外還有高通將在 2023 年釋出的旗艦晶片,甚至是英特爾的 15 代酷睿。

超能網引述 Twitter 使用者 @OneRaichu

指出

,Arrow Lake-P 移動處理器將採用英特爾自己的 20A(原英特爾 5nm)工藝,Arrow Lake-S 桌面處理器採用臺積電的 N3(3nm)工藝。

至於 2nm 的節點,臺積電和三星都計劃在 2025 年實現量產,英特爾則更加激進地將 18A(接近臺積電 2nm)工藝定在 2024 年量產。但隨著製程逼近物理極限,摩爾定律越來越不能指導整個半導體行業繼續前進了。

1965 年,時任快捷半導體公司研發總監的戈登摩爾發文

預言

在最小成本的前提下,單個晶片上的元器件數量基本上是每一年翻一倍。並且至少在未來十年保持這個增長速度,到 1975 年單個晶片上將整合 65,000 個元器件。

這段被稱為「摩爾定律」的話後來逐漸演變成:

1。 積體電路上整合的電晶體數目,每 18 個月翻一番;

2。 CPU 效能每 18 個月提高一倍,或價格下降一半;

3。 同樣錢買到的計算機效能,每 18 個月翻一番。

根據臺積電的資料,摩爾定律指導整個半導體行業的時間遠遠超越戈登·摩爾劃定的壽命,如今一個 IC 裝置可以容納多達 1000 億個電晶體——這已經是極限了,即便是在蘋果 A16 小小的晶片上也能放下 160 億個電晶體。

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A16 晶片,圖/蘋果公司

但正如英偉達 CEO 黃仁勳最近的提醒——「摩爾定律已經死了,」逼近物理極限的製程工藝則是最後也最關鍵一堵牆。當矽基晶片突破 1nm 之後,量子隧穿效應將使得「電子失控」,晶片失效。事實上,量子隧穿效應 5nm 甚至 7nm 以下就已經存在。

與此同時,量產先進製程晶片的成本越來越高。3nm 晶片的設計動輒就要 15 億美元,到了 2nm,臺積電僅產能佈局就計劃投入 1 萬億新臺幣(約 2290 億人民幣),超過華為 2021 年整體收入三分之一。

「臺積電可能會失敗。隨著移動到下一個技術節點變得更加困難,任何人都可能跌倒,」英國《金融時報》

引述

經濟歷史學家克里斯·米勒的看法稱,「或者,如果未來幾個技術節點的過渡比我們預期的更為艱難,臺積電的優勢可能會變得不那麼有意義。」

對後進者來說,這是趕超臺積電——也是全球頂級水平最好的機會,至於整個行業的問題,畢竟天塌了還有個高的頂著,這大概也是強者的煩惱吧。