半导体新“一哥”三星

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专题

局创新上表现得颇为激进,早在45nm向32nm 制程更迭时,台积电就“突出奇兵”般地推出了 40nm制程,让英特尔与三星颇感意外的同时,在 2010年前后启用了NAND专属的35NM制程,然 后又突然跳到28nm,相对于“45nm—32nm— 22nm—14nm—10nm”的制程更迭路线,台积 电的思路和策略非常有意思。 而在一路崛起后,台积电在美国加州圣克拉 拉举办的第24届年度技术研讨会上,台积电当场 宣布7nm工艺已进入量产,在2019年初将投产 EUV(极紫外光刻机)版的7NM+工艺。另外,台积 电在会上还公布了5nm工艺节点的首个时间表, 以及数种新的封装技术方案。目前,台积电已开始 投入量产7nm工艺,业界预计2018年会有50个以 上的设计案投片,包括CPU、GPU、人工智能加速 器芯片、加密货币挖矿专用芯片ASIC、网络路芯片、 游戏机芯片、5G芯片和车用芯片等。 台积电所设定的目标是,2019年让10/ 7nm 工艺节点的产量比当前增长3倍,达到年产110万 片晶圆的目标;台积电的Fab 18工厂已经在台南 科学园区兴建中,2020年可望开始量产5nm工 艺。按照这样的规划,台积电至少在短期内是有先 行优势的。

2020年实现5FF生产

按照台积电的规划,其预计在2019上半年 开始对5nm制程进行风险试产,该制程将最先用 于手机与高性能的运算芯片;与台积电当前已量 产的7nm工艺相比较,5nm工艺节点的密度可达 1.8倍,可降低功耗20%左右,在速度上大约提升 15%。 同时,台积电正在研究适合2nm以下制程节 点的晶体管所需的堆叠纳米线,并在纳米片设计 上取得了进展,号称能支持比FINFET更佳的静电 特性,而且可以藉由调整元件宽度达到功耗与性 能的最佳化。台积电认为锗具有替代硅的潜力, 因为,在相同的速度下功耗更低;台积电已经在与 CMOS相容之介电质中利用该材料,达到了创纪 录的低接触电阻。 7nm已量产、5nm/2nm正在路上,台积电在 制程方面的规划给人一种急迫的感觉,这种急迫 在不少人眼里不仅仅是半导体晶圆加工领域内部 的竞争压力,更包含了台积电自身的内部调整,毕 竟其创始人张忠谋已经确定退居二线,管理层的 交替另其不得不提前规划好未来数年的发展计 划,在技术上先行以尽可能降低风险。

五十年的逆袭路

1969年,经营一家小商会的李秉喆创办了三 星电子,开始生产黑白电视。五十年后的今天,一 穷二白的三星成为全球半导体领域新“一哥”。从 最初为日本三洋代工打下手,到埋下韩国半导体 企业以存储器业务为出发点,在“越是困难,就越 要加大投资”的顽固理念下,三星半导体熬过了 存储领域的衰退周期,还利用行业衰退期大肆扩 张、挖掘人才,从而在行业景气周期时顺势而起。 占据了行业发展优势风口的三星,快速崛起, 甚至带动整个韩国形成一个内存产业集群,除了 三星,现代(即现在的SK海力士)也逐渐跻身世界 三强,自杀式投资让三星在过去几十年时间里不 断打败欧美、日本竞争对手,渐渐走上行业霸主的 地位,而三星处理器晶圆代工也在这样的疯狂烧 钱策略下迅速崛起。 三星电子本身会自用消耗掉部分自产处理 器,而为整个晶圆项目能够健康成长,三星依靠 动态随机存储记忆体(DR AM)和快闪记忆体

(NAND)时候苹果建立的深厚友谊,很快拿下了 苹果芯片订单。从iphone第一代芯片开始,苹果一 直向三星采购ARM架构的芯片,而芯片、记忆体打 包卖的方式,也让三星半导体在市场开拓方面具 有整体优势。 而三星和台积电的“恩怨”很大程度上也是 围绕苹果展开的,在努力争夺苹果芯片订单的过 程中,三星和台积电两家芯片制程技术不断提升, 技术更迭也变得非常频繁。 代工和自用本身就是相对矛盾的事情,三星 既希望其手机、笔记本等终端设备产品同苹果 相应设备争夺全球市场份额,又希望将自家芯片 产品卖给苹果,从而高效利用硬件产业链闭环优 势,全方位获得收益,可世上哪有这样便宜占全 的事儿? 三星与苹果的诉讼让“去三星化”一度成为 苹果的策略,而恰逢三星芯片20nm良品率无法 突破,芯片无奈只能先满足自家终端设备需求的 同时,台积电20nm制程明显领先三星,一举拿 下iphone 6 的A8处理器全部订单。不过得益于 后期三星自家Gate-last 28nm技术研发的成 功,三星处理器制程技术和产品快速更迭,并在 14nm时期超越了当时的台积电16nm技术,从而 获得苹果A9处理器大部分订单。 比较麻烦的是三星良品率问题同样发生在 14mn时期,更省电的台积电16nm处理器让台积 电成为iphone 6s A9芯片的赢家,而苹果A10处 理器更全部被台积电吃掉。 事实上,当初台积电刚采用立体设计的 Finfet工艺时,原本计画按照与intel一致的测量 方法、称为20nm FINFET,因为该代制程的线宽与 前一代传统半导体2D平面工艺20nm的线宽差 不多,但三星抢先命名为“14nm”,为了不在宣传 上吃亏,台积电改称为「16 纳米」。事实上,三星与 台积电皆可称为“20nm FINFET”。 而在10nm制程时期,高通骁龙830的进入 让事情变得更加复杂,有媒体传言高通以晶圆代 工订单做为交换条件,要求2017年三星旗舰机 Galaxy S8须采用骁龙 830芯片,从而让三星获 得高通芯片代工的业务,可即使传言为真也无非 是权宜之计,三星和台积电两家围绕制程的竞争 关键恐怕还是在7nm制程上。 相对于半导体存储领域的强势,三星在晶圆 代工方面截止14nm制程都没有非常抢眼的表 现,其在过往很长一段时间里都依赖于同苹果的 关系,不过好在随着智能终端设备的崛起,手机、 平板、车载电脑等等领域都对晶圆芯片提出新的 需求,而日趋扩大的市场,让三星晶圆代工在高景 气周期下逐渐成长的同时,三星也急于推出新的 制程以获得更多市场份额,7nm制程则成为三星 能否崛起的关键。 三星对7nm制程市场势在必得的决心让其 很早便以1.5亿欧元每台的价格从ASML订购了 10台EUV,然而ASML这么久也一共才生产了23 台,很显然,三星是想在8nm/ 7nm时代抢占先 机,不过现实总是同理想有些距离,生产线的磨 合、良品率的控制,让三星7nm多少有些“起个大 早,赶个晚集”的感觉,而在持续的工艺调整之后, 三星宣布7nm EUV工艺将在今年下半年问世,并 首次公布了3nm GAAE/GAAP工艺,明确将使用 新一代晶体管结构。 遥不可及的3nm GAAE/GAAP工艺可以暂 且不讨论,不过老对手台积电实际上已经大规模 量产7nm的苹果a12处理器,整个7nm进程开局 对于三星而言并不太好。 三星7nm制程不仅仅在苹果这边进度有些 不顺,高通同样有些不利。三星早在今年2月的时 候就宣布,他们已经获得了高通5G芯片的代工 权。这一次的高通5G芯片将采用7nm制程工艺, 同时,这一技术节点还会引入EUV(极紫外光刻)。 可依旧是良品率和产能问题,让高通随后决定放 弃三星作为自己7nm工艺处理器的生产合作伙 伴,转而与台积电合作,因此在7nm工艺的订单 上,三星目前暂时处于劣势。 从三星晶圆代工制程布局和现状来看,三星

一直在云计算、大数据、人工智能等多个新兴领域 积极实现战略布局,反倒让其在半导体领域低调 许多,而随着三星和台积电在半导体制造工艺上 突飞猛进,,半导体巨头英特尔也开始感到前所未 有的压力。

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