臺(tái)積電近來(lái)多事之秋，于2018年6月完成管理層交班，也分別在2018年8月發(fā)生計(jì)算機(jī)病毒感染事件，和2019年1月爆發(fā)晶圓質(zhì)量瑕疵事件，但幸虧30年來(lái)，制程研發(fā)步步為營(yíng)，穩(wěn)打穩(wěn)扎，保證先進(jìn)制程一路領(lǐng)先。

2019年4月24日，三星電子公布了未來(lái)的投資計(jì)劃和目標(biāo)，計(jì)劃在未來(lái)12年內(nèi)(1999年至2030年)投資約1200億美元加強(qiáng)系統(tǒng)LSI和晶圓代工業(yè)務(wù)方面的競(jìng)爭(zhēng)力;并依靠低價(jià)搶下NVIDIA下一代GPU訂單，全然力挑臺(tái)積電。但現(xiàn)階段遭遇日本原材料禁運(yùn)，抹上了一層陰影。

本文從發(fā)展歷程、生產(chǎn)基地、先進(jìn)制程、封裝布局等方面來(lái)梳理三星挑戰(zhàn)臺(tái)積電的勝算。

一、發(fā)展歷程

1、臺(tái)積電

1987年2月21日成立，臺(tái)積電正式成立，開(kāi)創(chuàng)純晶圓代工新模式;1988年公司營(yíng)收超過(guò)新臺(tái)幣10億;1991年公司實(shí)現(xiàn)盈利新臺(tái)幣5億，此后無(wú)一年虧損;1993年?duì)I收超過(guò)新臺(tái)幣100億;1994年9月在臺(tái)灣上市，當(dāng)年?duì)I收達(dá)新臺(tái)幣193億(約6億美元);1995年?duì)I收超過(guò)10億美元;1998年?duì)I收超過(guò)新臺(tái)幣500億;2000年?duì)I收首次超過(guò)1000億臺(tái)幣(新臺(tái)幣1660億);2008年?duì)I收超過(guò)100億美元(新臺(tái)幣3330億);2012年?duì)I收首次超過(guò)新臺(tái)幣5000億;2018年?duì)I收首次超過(guò)新臺(tái)幣10000億。2017年和2018年的市場(chǎng)占有率為56%。

作為專(zhuān)業(yè)集成電路制造服務(wù)業(yè)的創(chuàng)始者與領(lǐng)導(dǎo)者，臺(tái)積電專(zhuān)注為全球Fabless公司、IDM公司和系統(tǒng)集成公司提供晶圓制造服務(wù)。自創(chuàng)立開(kāi)始，臺(tái)積電即持續(xù)提供客戶(hù)最先進(jìn)的技術(shù)及臺(tái)積電TSMC COMPATIBLE設(shè)計(jì)服務(wù)，在提供先進(jìn)的晶圓工藝技術(shù)與最佳的制造效率上已建立了良好的聲譽(yù)。

臺(tái)積電在擁有先進(jìn)技術(shù)后，將其轉(zhuǎn)換成生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)，其中包括良率、可靠性、準(zhǔn)時(shí)交貨性、充足的產(chǎn)能以應(yīng)付客戶(hù)需求和生產(chǎn)周期等。技術(shù)與生產(chǎn)上的優(yōu)勢(shì)，轉(zhuǎn)換成與客戶(hù)的長(zhǎng)期信任關(guān)系。

2、三星電子

2005年，三星電子開(kāi)始進(jìn)入12英寸邏輯工藝晶圓代工領(lǐng)域，2017年5月12日，三星電子宣布調(diào)整公司業(yè)務(wù)部門(mén)，將晶圓代工業(yè)務(wù)部門(mén)從系統(tǒng)LSI業(yè)務(wù)部門(mén)中獨(dú)立出來(lái)，成立三星電子晶圓代工，主要負(fù)責(zé)為全球客戶(hù)制造非存儲(chǔ)芯片，從而與以臺(tái)積電為首的純晶圓代工公司競(jìng)爭(zhēng)。

從2005年到2009年，三星電子的年代工營(yíng)收不足4億美元。到2010年啃上蘋(píng)果(Appple)，開(kāi)始代工蘋(píng)果A系列處理器(包括A4、A5、A6、A7)，代工營(yíng)業(yè)收入出現(xiàn)爆長(zhǎng)，2010年整體代工收入激增至12億美元(其中蘋(píng)果A系列處理器產(chǎn)品代工收入達(dá)8億美元)。由于蘋(píng)果手機(jī)等移動(dòng)終端產(chǎn)品出貨激增，三星電子的晶圓代工營(yíng)收水漲船高，到2013年達(dá)到39.5億美元，當(dāng)年蘋(píng)果的代工收入占到公司代工總收入的86%?？梢哉f(shuō)2010年至2013年三星電子的代工營(yíng)收完全是靠蘋(píng)果在支撐。

由于20納米工藝制程良率無(wú)法突破等多方面的原因，2014年三星電子失去蘋(píng)果A系列處理器訂單，蘋(píng)果A8處理器全部交由臺(tái)積電(TSMC)代工;2015年好不容易搶到A9處理器部分訂單，但由于良率和功耗控制不如臺(tái)積電，導(dǎo)致2016年的A10處理器又全部由臺(tái)積電包圓。由于失去蘋(píng)果這個(gè)大客戶(hù)，導(dǎo)致2014年和2015年晶圓代工營(yíng)收出現(xiàn)下滑。

為了填補(bǔ)產(chǎn)能，三星電子代工部門(mén)積極出擊，搶下高通(Qualcomm)應(yīng)用處理器和服務(wù)器芯片、超微半導(dǎo)體(AMD)的微處理器芯片、英偉達(dá)(Nvidia)的圖形處理芯片、安霸(Ambarella)的視覺(jué)處理芯片、特斯拉(Tesla)的自駕系統(tǒng)芯片的訂單，得以彌補(bǔ)蘋(píng)果跑單的窘境。2016年?duì)I收達(dá)到44億美元，超過(guò)2013年的水平，創(chuàng)下三星電子晶圓代工營(yíng)收的新紀(jì)錄。

根據(jù)市場(chǎng)研究公司IC Insights的數(shù)據(jù)顯示，三星電子2017年晶圓代工營(yíng)收達(dá)46億美元，在全球晶圓代工市場(chǎng)以6%的市占率排名第四，前三分別是臺(tái)積電(TSMC)的56%，格芯半導(dǎo)體(GlobalFoundries)的9%，聯(lián)電(UMC)的8.5%;2018年晶圓代工營(yíng)收達(dá)100億美元，市占率達(dá)14%，排名全球第二。

2018年三星電子排名全球第二大晶圓代工公司，并非業(yè)績(jī)大增，實(shí)乃拆分部門(mén)導(dǎo)致。原因是晶圓代工部門(mén)自立門(mén)戶(hù)，不再隸屬于系統(tǒng)LSI業(yè)務(wù)。所以現(xiàn)在包括處理器芯片(Exynos等)、CIS圖像傳感器、顯示驅(qū)動(dòng)芯片、電源管理芯片的生產(chǎn)收入都算作晶圓代工部門(mén)營(yíng)收，因此營(yíng)收一路高漲，市占率一夕飆高。

二、生產(chǎn)基地

1、臺(tái)積電

目前在臺(tái)灣擁有三座12英寸超大晶圓廠、四座8英寸晶圓廠和一座6英寸晶圓廠，在中國(guó)大陸有一座12英寸晶圓廠和一座8英寸晶圓廠，在美國(guó)擁有一座8英寸晶圓廠。位于臺(tái)灣的第四座12英寸超大晶圓廠FAB18的第一期也于2019年順利投產(chǎn)。

2018年提供261種不同的制程技術(shù)，為481個(gè)客戶(hù)生產(chǎn)10436種不同產(chǎn)品，晶圓出貨量達(dá)1080萬(wàn)片12英寸約當(dāng)晶圓量。

2019年，臺(tái)積電預(yù)計(jì)提供約1200萬(wàn)片的12英寸約當(dāng)晶圓的年產(chǎn)能，其中7納米產(chǎn)能約100萬(wàn)片12英寸晶圓。

3nm工廠也在計(jì)劃建設(shè)中。

2、三星電子

到2019年底，三星電子晶圓代工專(zhuān)屬線將增至7條，包括6條12英寸和3條8英寸。

目前，三星電子代工業(yè)務(wù)可以提供包括65納米、45納米、32/28納米HKMG、14納米FinFET、10納米FinFET、7納米FinFET EUV工藝，客戶(hù)包括蘋(píng)果、高通、超微半導(dǎo)體、賽靈思、英偉達(dá)、恩智浦(NXP)以及韓國(guó)本土公司Telechips等。

韓國(guó)器興(Kiheung)的S1，建成于2005年，是三星首條12英寸邏輯代工生產(chǎn)線，目前量產(chǎn)65納米至8納米低功耗芯片，產(chǎn)品主要用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、智能手機(jī)、汽車(chē)、以及日益成長(zhǎng)的物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)等。

美國(guó)奧斯汀(Austin)的S2是由原8英寸廠改造而來(lái);2010年8月開(kāi)始潔凈室建設(shè)，2011年4月開(kāi)始12英寸邏輯產(chǎn)品投產(chǎn)，當(dāng)年達(dá)產(chǎn)43000片;目前量產(chǎn)65納米至14納米產(chǎn)品。2010年設(shè)立研發(fā)中心，旨在為系統(tǒng)LSI部門(mén)開(kāi)發(fā)高性能、低功耗、復(fù)雜的CPU和系統(tǒng)IP架構(gòu)和設(shè)計(jì)。

韓國(guó)華城(Hwasung)的S3，是2018年建成投產(chǎn)的12英寸邏輯生產(chǎn)線，目前主要生產(chǎn)10納米至8納米產(chǎn)品，將是三星7納米產(chǎn)品的主力生產(chǎn)廠。

韓國(guó)華城的S4，是原DRAM用產(chǎn)線FAB11進(jìn)行改造，目前CMOS影像傳感器(CIS)專(zhuān)用生產(chǎn)線。位于華城的12英寸DRAM產(chǎn)線FAB13也正在加緊改造為CMOS影像傳感器專(zhuān)用生產(chǎn)線。

韓國(guó)華城的EUV專(zhuān)用產(chǎn)線自2018年2月開(kāi)工建設(shè)以來(lái)，正在加緊建設(shè)。工廠將投資60億美元，將于2019年下半年完成建設(shè)、2020年正式投產(chǎn)。初期以7納米產(chǎn)品為主，輔以EUV光刻機(jī)。

韓國(guó)器興的8英寸晶圓代工線新FAB6于2016年開(kāi)放，包括原來(lái)的FAB6、FAB7、FAB8等三個(gè)廠，涵蓋從180納米到70納米工藝節(jié)點(diǎn)，現(xiàn)有產(chǎn)能接近25萬(wàn)片，制程技術(shù)包括嵌入式快閃記憶體(eFlash)、功率元件、影像感測(cè)器CIS，以及高電壓制程的生產(chǎn)，主要針對(duì)韓國(guó)本土的Fabless。

三、制程

1、臺(tái)積電

自1987年成立以來(lái)，臺(tái)積電一直堅(jiān)持“建立內(nèi)部研發(fā)”戰(zhàn)略，為公司帶來(lái)了顯著的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。臺(tái)積電通過(guò)從臺(tái)灣工業(yè)技術(shù)研究院轉(zhuǎn)移3.5μm和2μm技術(shù)創(chuàng)辦公司，同時(shí)為飛利浦定制了3.0μm技術(shù)。僅僅一年之后，臺(tái)積電于1988年成功開(kāi)發(fā)了自己的1.5μm技術(shù)。隨后進(jìn)行了一系列持續(xù)的成功開(kāi)發(fā)，包括1.2μm，1.0μm，0.8μm，0.6μm，0.5μm，0.3μm和0.25μm工藝。

1999年，臺(tái)積電發(fā)布了世界上第一個(gè)0.18μm低功耗工藝技術(shù)。從那時(shí)起，臺(tái)積電引領(lǐng)行業(yè)不斷縮小的線寬技術(shù)，從0.13μm，到90nm、65nm、40nm、28nm、20nm、16/12nm、10nm、7nm，再到今年的5nm工藝。

2018年臺(tái)積電營(yíng)收超過(guò)新臺(tái)幣10000億，其中先進(jìn)制程技術(shù)(28納米及以下更先進(jìn)制程)的營(yíng)收占整體營(yíng)收的63%，而7納米的的營(yíng)收占整體營(yíng)收更是超過(guò)20%，成為第一大營(yíng)收來(lái)源。

那么我們來(lái)看看臺(tái)積電在10納米以下工藝的布局情況。

N7：2017年4月7nm開(kāi)始風(fēng)險(xiǎn)生產(chǎn)，2018年量產(chǎn)，第三季開(kāi)始貢獻(xiàn)營(yíng)收，在2018年有40多個(gè)客戶(hù)產(chǎn)品流片，預(yù)計(jì)2019年還將有100多個(gè)新產(chǎn)品流片。與10nm FinFET工藝相比，7nm FinFET具有1.6倍邏輯密度，約20%的速度提升和約40%%的功耗降低。有兩個(gè)工藝制程可選，一是針對(duì)AP，二是針對(duì)HPC(高性能計(jì)算應(yīng)用)。

N7+：2018年8月進(jìn)入風(fēng)險(xiǎn)生產(chǎn)階段，2019年第三季開(kāi)始量產(chǎn)，是臺(tái)積電第一個(gè)使用EUV光刻解決方案的半導(dǎo)體工藝技術(shù)。

N6：為強(qiáng)化7nm技術(shù)，提升效能/成本優(yōu)勢(shì)且加速產(chǎn)品上市時(shí)間，2019年4月份推出的6nm制程技術(shù)，采用EUV光刻解決方案，預(yù)計(jì)將在2020年第一季風(fēng)險(xiǎn)試產(chǎn)，第三季實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。據(jù)悉N6工藝比N7工藝提供高出18%的邏輯密度，設(shè)計(jì)規(guī)則與N7完全兼容，使其全面的設(shè)計(jì)生態(tài)系統(tǒng)得以重復(fù)使用。

N5：5nm技術(shù)于2019年3月進(jìn)入風(fēng)險(xiǎn)生產(chǎn)階段，預(yù)期2020年第二季拉高產(chǎn)能并進(jìn)入量產(chǎn)。主力生產(chǎn)工廠是Fab 18。與7納米制程相較，5nm芯片密度增加80%，在同一運(yùn)算效能下可降低15%功耗，在同一功耗下可提升30%運(yùn)算效能。

N5P：N5P(5nm+)預(yù)計(jì)2020年第一季開(kāi)始試產(chǎn)，2021年進(jìn)入量產(chǎn)。與5nm制程相較在同一功耗下可再提升7%運(yùn)算效能，或在同一運(yùn)算效能下可再降低15%功耗。

3nm：目前沒(méi)有更多3nm的技術(shù)信息，但是3納米工廠的投資案已經(jīng)宣布，計(jì)劃投資超過(guò)新臺(tái)幣6000億元在新竹寶山興建，預(yù)計(jì)2020年動(dòng)工，2022年底量產(chǎn)。

2nm：2019年每下二季宣布正式啟動(dòng)2nm工藝的研發(fā)，未來(lái)工廠將設(shè)置在位于新竹南方科技園。

2、三星電子

2005年三星電子進(jìn)入晶圓代工業(yè);2006年首個(gè)客戶(hù)簽約65納米;2009年45納米工藝開(kāi)始接單，同年11月在半導(dǎo)體研究所成立邏輯工藝開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)，以強(qiáng)化晶圓代工業(yè)務(wù);2010年1月首個(gè)推出32納米HKMG工藝;2014年推出第一代14納米FinFET工藝;2016年10月17日，第一代10納米FinFET工藝量產(chǎn)。

那么我們來(lái)看看三星電子在10納米以下工藝的布局情況。

8LPP：8LPP在生產(chǎn)工藝轉(zhuǎn)換為EUV(Extreme Ultra Violet)光刻技術(shù)之前，具有最大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。結(jié)合三星10nm技術(shù)的關(guān)鍵工藝流程創(chuàng)新，與10LPP相比，8LPP在性能和門(mén)電路密度方面提供了額外的優(yōu)勢(shì)。2018年11月成功量產(chǎn)Exynos 9系列(9820)。

7LPP：7LPP將是第一個(gè)使用EUV光刻解決方案的半導(dǎo)體工藝技術(shù)。這里要強(qiáng)調(diào)兩點(diǎn)，一是通過(guò)和ASML的合作，開(kāi)發(fā)出了250W最大的EUV源功率，這是EUV進(jìn)入到大量生產(chǎn)中的最重要的里程碑，EUV光刻技術(shù)的部署將打破摩爾定律擴(kuò)展的障礙，為單一的納米半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展鋪平了道路;二是關(guān)鍵IP將于2019年上半年完成研發(fā)，下半年將進(jìn)行投產(chǎn)。

5LPE：5LPE將采用三星獨(dú)特的智能縮放(Smart Scaling)解決方案，將其納入基于EUV的7LPP技術(shù)之上，可實(shí)現(xiàn)更大面積擴(kuò)展和超低功耗優(yōu)勢(shì)。

4LPE/LPP：4LPE/LPP是三星電子最后一次應(yīng)用高度成熟和行業(yè)驗(yàn)證的FinFET技術(shù)，結(jié)合此前5LPE工藝的成熟技術(shù)，芯片面積更小，性能更高，可以快速達(dá)到高良率量產(chǎn)，也方便客戶(hù)升級(jí)。

3LPP：3LPP將第一次使用全新的MBCFETTM(Multi Bridge Channel FET，多橋接通道場(chǎng)效應(yīng)晶體管)結(jié)構(gòu)，基于GAAFET(Gate All Around FET，環(huán)繞柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管)技術(shù)。GAAFET需要重新設(shè)計(jì)晶體管底層結(jié)構(gòu)，克服當(dāng)前技術(shù)的物理、性能極限，增強(qiáng)柵極控制，性能大大提升。預(yù)計(jì)2020年投入風(fēng)險(xiǎn)性試產(chǎn)。

四、封裝布局

1、臺(tái)積電

2008年開(kāi)始先進(jìn)封裝布局。首先成立集成互連與封裝技術(shù)整合部門(mén)，2009年開(kāi)始戰(zhàn)略布局三維集成電路(3D IC)系統(tǒng)整合平臺(tái)。

目前，臺(tái)積電先進(jìn)封裝技術(shù)WLSI(Wafer-Level-System-Integration)平臺(tái)包括既有的CoWoS封裝、InFO封裝，以及針對(duì)PM-IC等較低端芯片的扇入型晶圓級(jí)封裝(Fan-In WLP)，還將于2021年推出系統(tǒng)級(jí)整合芯片(SoIC，System-on-integrated-chips)等封裝技術(shù)，陣容更加齊整、堅(jiān)強(qiáng)。

CoWoS于2011年開(kāi)發(fā)成功，張忠謀在第三季法說(shuō)會(huì)上放言，臺(tái)積電要進(jìn)軍封裝領(lǐng)域。此舉震撼半導(dǎo)體業(yè)界，特別是封裝業(yè);到2013年量產(chǎn)時(shí)，只有可編程邏輯門(mén)陳列供應(yīng)商賽靈思(Xilinx)一家的28納米產(chǎn)品量產(chǎn)。前CoWoS已經(jīng)獲得NVIDIA、AMD、Google、XilinX、華為海思等高端HPC芯片訂單。

InFO技術(shù)于2016 年11月首度用于iPhone 7的A10處理器。InFO技術(shù)成功應(yīng)用于追求高性?xún)r(jià)比的移動(dòng)通訊市場(chǎng)，AP產(chǎn)品是其主要客戶(hù)。

SoIC根植于CoWoS與WoW(多晶圓堆疊，Wafer-on-Wafer)技術(shù)，SoIC特別倚重于CoW(Chip-on-wafer)設(shè)計(jì)，這對(duì)于芯片業(yè)者來(lái)說(shuō)，采用的IP都已經(jīng)認(rèn)證過(guò)一輪，生產(chǎn)上可以更成熟，良率也可以提升，也可以導(dǎo)入存儲(chǔ)器芯片應(yīng)用。更重要的是，SoIC能對(duì)10納米或以下的制程進(jìn)行晶圓級(jí)的鍵合技術(shù)，這將有助于臺(tái)積電強(qiáng)化先進(jìn)工藝制程的競(jìng)爭(zhēng)力。WoW技術(shù)透過(guò)硅通孔(TSV，Through-silicon Vias)互連連接的10微米孔彼此接觸，將多層邏輯運(yùn)算單元以立體方式堆疊在一起，架構(gòu)出高速、低延遲互連性能。雖然TSV互連早就運(yùn)用在DRAM 及3D NAND 等存儲(chǔ)器的生產(chǎn)技術(shù)上，但是用在邏輯運(yùn)算單元的量產(chǎn)上，卻還是首次。

2、三星電子

目前，三星電子正在全力推動(dòng)FOPLP(面板級(jí)扇出型封裝，F(xiàn)an-Out Panel Level Packaging)技術(shù)，已量產(chǎn)了FOPLP-PoP與I-Cube 2.5D先進(jìn)封裝技術(shù)，希望可與臺(tái)積電的InFO、CoWoS封裝分庭抗禮。

I-Cube 2.5D：目前已經(jīng)量產(chǎn)，可以實(shí)現(xiàn)4路HBM 2顯存堆棧。2020年則會(huì)推出3D SiP系統(tǒng)級(jí)封裝，適用于人工智能(AI)、高性能計(jì)算(HPC)、網(wǎng)絡(luò)和GFX，三星電子寄希望I-Cube 2.5D能和臺(tái)積電CoWoS封裝制程相抗衡。

FOPLP-PoP：針對(duì)移動(dòng)終端用應(yīng)用處理器，號(hào)稱(chēng)是抗衡臺(tái)積電InFO的封裝制程。2018年10月正式生產(chǎn)Galaxy Watch應(yīng)用處理器(AP)芯片。但目前看來(lái)，大規(guī)模量產(chǎn)還是不成熟。

五、結(jié)語(yǔ)

競(jìng)技場(chǎng)上拼爹是不夠的，還是得憑實(shí)力說(shuō)話。正如臺(tái)積電(TSMC)憑借尖端工藝技術(shù)(Technology)、優(yōu)質(zhì)服務(wù)(Service)、制造能力(Manufacture)，與客戶(hù)(Customers)建立堅(jiān)實(shí)的伙伴關(guān)系，穩(wěn)定地創(chuàng)造了強(qiáng)而有力的成長(zhǎng)。