十年投資1160億美元。

 

　　為了打敗臺積電，尋求晶圓代工市場的領(lǐng)先位置，三星正在進行一場昂貴且充滿風(fēng)險的豪賭。

 

　　三星號稱擁有“世界第一制造競爭力”，是半導(dǎo)體業(yè)名副其實的巨人。特別在內(nèi)存芯片市場，三星牢牢占據(jù)著頭把交椅：2019年第三季度，三星在DRAM市場坐擁46.1%的市占率，NANDFlash市場則是33.5%，

 

　　可是到了晶圓代工市場，三星卻有些“英雄氣短”。

 

　　據(jù)拓墣產(chǎn)業(yè)研究院統(tǒng)計顯示，2019年第四季度的晶圓代工市場，臺積電市占率預(yù)計將從第三季度的50.5%成長至52.7%，而三星則將從第三季度的18.5%衰退至17.8%。

　　為了扭轉(zhuǎn)這一局勢，三星開始猛砸錢了。

 

　　三星電子位于韓國華城的半導(dǎo)體工廠

 

　　成也蘋果敗也蘋果

 

　　三星的晶圓代工業(yè)務(wù)，始于2005年。當(dāng)年11月，高通成為他們的第一個代工客戶。此后直到2009年，三星的晶圓代工營收從未超過4億美元，而同時期臺積電晶圓代工營收已超過30億美元。

 

　　轉(zhuǎn)機出現(xiàn)在2010年，三星接到了蘋果A4處理器的代工訂單，這筆8億美元的訂單，讓三星當(dāng)年晶圓代工營收一下激增到12億美元。而到了2013年，三星晶圓代工營收達到39.5億美元，其中來自蘋果的營收占比高達86%。

 

　　蘋果A4處理器

 

　　不過，由于三星20nm制程工藝良率無法突破，外加蘋果又有“去三星化”的想法。2014年，蘋果A8處理器的代工業(yè)務(wù)，被臺積電給搶走了，雖然后來蘋果A9處理器曾部分交給三星代工，但只是曇花一現(xiàn)，2016年之后，蘋果A系列處理器訂單都給了臺積電。

 

　　在晶圓代工市場，蘋果是最受歡迎的客戶，訂單大，收益高，足以保證晶圓代工企業(yè)的良性循環(huán)發(fā)展。而三星和臺積電的競爭關(guān)系，也因為蘋果的訂單而公開化和白熱化。

 

　　臺積電

 

　　為了填補產(chǎn)能，三星先后搶下來自高通、AMD、英偉達、安霸、特斯拉的新訂單，到2016年，三星晶圓代工營收達到44億美元，超過2013年的水平，但同一年，臺積電的營收已經(jīng)高達294.88億美元，雙方差距并未縮小。

 

　　7nm戰(zhàn)場只剩三星臺積電

 

　　這場晶圓代工領(lǐng)域的競爭持續(xù)至今日，最尖端的量產(chǎn)制程工藝已經(jīng)發(fā)展到了7nm，而有能力在這一層次展開競爭的廠家，也就只剩下了臺積電和三星——格羅方德已經(jīng)宣布放棄發(fā)展7nm制程工藝。

 

　　荷蘭ASML公司光刻機

 

　　7nm制程工藝的需求目前主要來自手機SoC芯片，因為在手機市場，SoC芯片的制程工藝數(shù)據(jù)，仍是評價移動設(shè)備性能的關(guān)鍵性指標。

 

　　光刻機原理

 

　　而晶圓代工廠要實現(xiàn)7nm、5nm甚至更先進的制程工藝，通常認為只能借助EUV（極紫外）光刻機。

 

　　這是因為，在實現(xiàn)7nm制程工藝過程中，若采用波長193nm的DUV（深紫外）光刻技術(shù)，就像用一支粗毛筆寫蠅頭小楷一樣，除非筆力深湛，否則難免力不從心，而EUV（極紫外）光刻機的極紫外光波長僅有13.5nm，堪稱生產(chǎn)7nm以下先進工藝制程芯片的必備“神器”。

 

　　光刻過程

 

　　目前，荷蘭ASML公司是全世界唯一的EUV光刻機生產(chǎn)商，且一年最高產(chǎn)量只有約30臺，有數(shù)據(jù)顯示，2019年，臺積電采購了18臺EUV光刻機，三星采購了8臺，英特爾采購了4臺。

 

　　光刻過程

 

　　旗艦芯片全選了臺積電

 

　　為了在7nm制程工藝占得先機，三星早在2017年就斥巨資購入EUV光刻機，布置在韓國京畿道華城工廠的18號生產(chǎn)線上。

 

　　可是，在7nmEUV光刻技術(shù)上，最終還是臺積電代工的麒麟9905G芯片搶得全球首發(fā)，借助臺積電EUV光刻技術(shù)，麒麟9905G首次將5G基帶集成到SoC上，成為世界上第一款晶體管數(shù)量超過100億（為103億個）的移動終端芯片，商用時間領(lǐng)先三星整整三個月。

 

　　華為的麒麟9905G芯片

 

　　更讓三星尷尬的是，由于臺積電的DUV光刻技術(shù)太過成熟，甚至無需借助EUV光刻機這個大殺器，就可以順利實現(xiàn)7nm工藝制程量產(chǎn)。所以，蘋果的A13Bionic、華為海思的麒麟990、高通的驍龍865，新一代旗艦手機SoC芯片，清一色采用了臺積電的N7P7nm工藝，而N7P正是臺積電7nmDUV光刻技術(shù)的增強版。

 

　　值得一提的是高通，由于三星7nmEUV工藝的良品率和產(chǎn)能問題，他們最終將旗艦芯片驍龍865的代工訂單交給了臺積電，好在次旗艦驍龍765系列，還是交給了三星代工，否則三星7nmEUV工藝的客戶，就只剩下自家的獵戶座990芯片了。

 

　　高通765系列芯片

 

　　三星晶圓代工有進無退

 

　　在7nm制程工藝的賽道上，臺積電跑得太快了，蘋果、華為、AMD、英偉達等7nm的晶圓代工訂單都在他們手上，導(dǎo)致臺積電7nm產(chǎn)能滿載，新客戶訂單交付期從之前的2個月變成了現(xiàn)在的6個月。

 

　　對此，三星不止看得眼紅，而且還很糟心，因為臺積電時不時會放出些亦真亦假的消息，比如5nm制程工藝明年即將進入量產(chǎn)，3nm制程工藝正在研發(fā)，甚至蘋果已經(jīng)收到臺積電部分測試樣品……諸如此類。

 

　　臺積電南京工廠

 

　　盡管暫時處于落后，但在這場晶圓代工的競爭中，三星只能有進無退，否則就只能在即將爆發(fā)的智聯(lián)網(wǎng)時代逐漸被邊緣化。

 

　　隨著AI、5G、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，芯片定制化的時代正在到來。近幾年來，谷歌、亞馬遜、阿里巴巴等各大科技企業(yè)都開始致力于自有半導(dǎo)體芯片的設(shè)計和研發(fā)，這會給晶圓代工市場帶來新的增量。

 

　　Gartner便預(yù)測，晶圓代工市場2018年至2023年的復(fù)合年均成長率（CAGR）為4.5%，市場營收可望在2023年達到783億美元。

 

　　這些不差錢的科技巨頭，正是三星必須爭取到的客戶，畢竟，三星旗下不止有晶圓代工業(yè)務(wù)，更有智能手機業(yè)務(wù)和手機SoC芯片設(shè)計業(yè)務(wù)，本質(zhì)上與蘋果、高通和海思都是競爭關(guān)系，高通最近兩年都沒有選擇三星代工其驍龍旗艦芯片，部分原因也是擔(dān)憂三星竊取相關(guān)技術(shù)來為獵戶座芯片提供優(yōu)化。

 

　　千億美元豪賭EUV光刻技術(shù)

 

　　為了贏得未來，三星規(guī)劃了一項為期十年、總投資高達1160億美元的方案，來促進晶圓代工業(yè)務(wù)的發(fā)展，而其中最核心的能力就是攻克EUV光刻技術(shù)。

 

　　今年，三星已經(jīng)花了170億美元，在韓國京畿道華城建造EUV工廠，預(yù)計在明年（2020年）2月份開始進行批量生產(chǎn)。

 

　　三星還專門為華城工廠購置了15臺EUV光刻機（分3年時間交貨），要知道，荷蘭ASML公司的EUV光刻機，僅一臺售價就高達1.72億美元，一下豪置15臺，可見三星在晶圓代工領(lǐng)域翻身的決心。

 

　　三星韓國華城工廠

 

　　有數(shù)據(jù)顯示，ASML的EUV光刻機能量轉(zhuǎn)化效率只有0.02%，因此使用輸出功率250瓦的EUV光刻機，每臺每天需要消耗3萬度電，加上散熱等需要的電力，僅耗電量就是DUV光刻工藝的10倍以上。

 

　　另外，掌握EUV光刻工藝需要大量練習(xí)，有媒體報道，僅2018年，臺積電每月在EUV光刻機上就要報廢3-4萬個硅晶圓。

 

　　臺積電也不會坐視三星壯大，在三星宣布1160億美元的投資計劃后，臺積電隨即宣布將今年年度投資支出從110億美元調(diào)整到140-150億美元，其中8成支出投資到7nm以下的先進工藝制程中。

 

　　同時，臺積電還宣布在臺灣新竹新建3nm技術(shù)研究中心，預(yù)計2021年開放，2022年分批量生產(chǎn)，并打算研發(fā)2nm技術(shù)……

 

　　可見，半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展，每一步都是真金白銀堆出來的。

 

　　放眼全球，目前只有四家企業(yè)進入了EUV光刻機領(lǐng)域，除了臺積電、三星和英特爾，最后的一家企業(yè)是中芯國際，他們于2018年向ASML購買了一臺EUV光刻機，價值1.2億美元。

 

　　今年10月，中芯國際才剛剛量產(chǎn)了14nm制程工藝，而購買EUV光刻機，顯然是在為未來進軍更先進的制程工藝做準備。

 

　　誠然，中芯國際現(xiàn)在還很落后，也很弱小，但就像三星敢于宣布花10年時間去打敗臺積電，承載代工中國芯重任的中芯國際，當(dāng)然也可以擁有自己的野望。