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作者:CHIP 刑
排版:芯光犬
出品:SOlab
深度好文,2945字=12分钟阅读
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风物长宜放眼量,三星的五年计划
2022年10月4日,三星在美国加州圣何塞举行年度三星制造论坛线下活动,其芯片代工部门首次发布2022-2027目标计划:
第一2027年前实现1.4nm尖端工艺技术
第二2027年前实现1.4nm芯片量产扩至三倍以上
第三到2027年实现2001年度晶圆代工的三倍产值。
三星制造论坛线下图源:必应
业内人士一看就知道,这是拔尖之举啊,既是芯片技术之尖,也是市场占有率之尖。无疑是冲着对手台积电亮剑。中外媒体们也乐见“两大巨头”你争我夺,在新闻报道中不乏“台积电时代落幕”“超车”“摊牌”这样的字眼。
不知是否有意为之,还是踩对了全球芯片产业的周期步伐,三星此番发布,恰恰是一个五年计划,这倒是让中国大陆的从业者和读者们颇有熟悉之感。但是仔细察看三星此次技术与产量谨严齐鸣、雄心与步骤蔚然可观的路线图面世,可谓是有理有据,国际大厂的务实风范又见一斑。
近年来,关于统治半导体行业硅芯片的“物理工艺极限已到”,风靡全球芯片界的“摩尔定律已死”的言论不绝于耳,那么看到三星“1.4nm工艺技术和量产双峰贯耳”的路线图中,有理有据,又让人眼前一亮了。
据熟悉三星的家乡媒体《BusinessKorea》报道,三星此番线下会议,是时隔三年之后“憋出的大招”,目标很明确:尖端技术+大规模量产,直指当下的芯片发展的两大穴位:技术导向和芯片短缺,以及一揽子半导体行业解决方案。
三星电子总裁Siyoung Choi博士主题演讲图源:必应
以技术优势奠定行业龙头地位
104日,随着线下论坛上的火爆发布,三星官网上也发布了全篇“路线图”,仔细分析下来,笔者发现,实际上 “20271.4nm量产,产能扩产到三倍以上 ”总目标,三星的领军者和智囊团作了比较详细的目标分解的:
三星公布技术路线图 图源:必应
目标分解一:2023年实现第二代3nm3GAP技术升级。四个月之前的2022年6月,三星率先宣布3nm工艺量产,这实际上是第一代3nm,又名3GAEGate-All-Around Early)。据三星自述,与5nm工艺相比,其3nm工艺的功耗降低了45%,性能提高了23%,表面积减少了16%。三星的3nm工艺节点是建立在其独有的栅极全能(GAA)晶体管架构,称为多桥通道FETMBCFET),请注意,这是三星独有的看家技术,将支持三星的技术从3nm、到2nm,一直演进到1.4nm
目标分解二2024年大规模生产第二代3nm芯片。目前正在美国德克萨斯州泰勒市建造的新工厂将于2024年开始运营,从而为第二代3nm芯片先进技术提供用武之地。另外,还包括实现微凸点互连X-Cube 3D封装量产,以及针对汽车客户的14nmeNVMEmbedded Nonvolatile Memory)解决方案上市,并增加8nmeNVM技术研发。
目标分解三2025年实现2nm工艺量产,这是五年计划中的重要节点,最重要的分解目标,将为两年后的1.4nm产品奠定重要基础。顺带着的是,2026X-Cube无凹凸版本上市。
通过分析,笔者看到,三星的五年计划总目标,层层分解,招招领先,“技术+量产”双轮驱动,步步为赢。在三星的路线图中,没有任何捷径。
三星美国总部 图源:必应
至于三星的做法、步骤,在其五年计划新闻稿中,三星写道:其代工铸造业务为满足客户需求而采取的步骤,包括铸造工艺技术创新、针对每个特定应用的工艺技术优化、稳定的生产能力和为客户提供的定制服务。
简明分析一下,基本上是四个方面、 “技术领先、稳定生产、定制服务”三个要点。简要分述如下:
铸造工艺技术创新方面,首推GAA技术加强,上文提到,这是三星的看家技术,是1.4nm工艺的技术支撑。其它再比如正在加速为代工客户开发的2.5D/3D异构集成封装技术。
另外再比如,通过与生态系统合作伙伴创建新的铸造技术和战略,包括电子设计自动化(EDA)、IP、外包半导体组装和测试(OSAT)、设计解决方案合作伙伴(DSP)和云等领域,支持从IC集成设计到2.5D/3D软件包的解决方案,三星加强了客户定制服务,提高性能、快速交付和价格竞争力,识别新的无晶圆厂客户,同时积极吸引新客户和初创企业。
针对每个特定应用的工艺技术优化方面比如加强基于GAA3nm工艺对高性能计算(HPC)和移动设备的支持,针对GAA2.5D/3DIC的设计技术协同优化,以及针对通信客户的5nm射频的研发技术。
稳定的生产能力方面:10月4日,三星代工业务负责人崔思永(Si-young Choi)博士在发布会上郑重表示,三星将为客户提供定制服务和稳定生产,众所周知,自2021年年中以来全球芯片供应短缺之际,这是汽车公司等oem厂商客户的担忧。
为客户提供定制服务方面:在三星看来,稳定生产和客户定制是紧密相联的。技术上比如加强HPC和汽车应用的4nm多样化定制工艺。在产能稳定支持上,三星创新实施“Shell-First”运营战略,这是本次发布会的亮点之一。“Shell-First”,三星定为及时响应客户需求的产能投资战略。
目前在全球芯片代工行业,都是代工厂先接到客户的订单后才开始建设生产线生产,因此,芯片代工又名“合同芯片制造”(contract chipmaking),一个最大的缺陷就是周期长,不够灵活,客户的需求不能得到及时满足。
三星创新实施的“Shell-First”,就是一反常态,先建好生产线再接客户订单。Shell-First”具体内容是:三星生产线首先建造洁净室(clean rooms)。有了洁净室,工厂设备可以稍后安装,并根据需要灵活设置。
通过“Shell-First”投资策略,三星将能够更好地及时响应客户的需求。“Shell-First”的全新生产线目前正在德克萨斯州的泰勒市新工厂建设中,总投资170亿美元,预计2024年落成投产,按照计划,新生产线将把三星的产能扩大至三倍以上。
市场上的主流洁净室 图源:必应
芯片江湖,三星与台积电双雄争霸
半导体行业的周期性是比较突出的,研发周期和对需求预测之间的博弈可以用大风大浪来形容,类似三星、台积电和英特尔这样的国际大厂,就好比是大海中的航母,类似价格波动这样的小风小浪根本不在它的视野之内。
正如上文而言,它关注的是技术与大客户需求,并且是至少三五年之后的技术与大客户需求。比如三星看到了:HPC、人工智能(AI)、5/6G连接和汽车应用领域市场需求显著增长,预计到2027年,HPC、汽车和5G所占比例将超过50%,而后者正是高性能、低功耗的先进半导体尖端技术需求。
因此,三星官宣在大洋彼岸的美国发布之后,消息传到韩国首尔股市,104日三星股价上涨了4.1%。看长期的资本市场给予了正面回应。三星代工厂被认为是仅次于台积电的全球第二大代工厂。
据集邦咨询 TrendForce数据,三星的全球市场份额为17.3%,仅次于台积电52.9% 的市场份额。三星希望缩小与台积电之间的差距。
两家的市占率加起超过了70%,而台积电更是一家独大,很明显,三星的任何进步都会被认为是从台积电“虎口抢食”。
台积电公司 图源:必应
从公开信息看,台积电20229月份开始使用N3工艺批量生产3nm硅芯片,早先也发布了2025年将开始生产2nm芯片和1.4nm研发的消息。但是到目前,公开信息中尚未见到1.4nm芯片量产的消息。
也许,台积电正在默默磨刀吧。
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