[原创] 三星晶圆代工逆袭史
2020-07-25
14:00:00
来源: Sophie
欧洲、美国、日本都在争取将芯片生产线落户在自家管辖的区域内，他们的这种举动，也将晶圆代工厂推到了半导体行业竞争的聚光灯下。而在其他国家或地区都在为建造本地芯片生产线大声疾呼之时，在半导体产业中占据着重要地位的韩国却显得分外“淡定”。他们底气或许很大一部分都源自于三星。
三星的晶圆代工业务起始于2005年，虽然这项业务成立的时间比台积电晚很多。但从2005到2020年的十几年时间里，三星晶圆代工业务在市场份额上却一路PK掉了格芯、联电，并发展到了“欲与台积试比高”的程度。
站在当下的角度，三星晶圆代工业务成长的过程很值得我们去重新品味。
自1993年和2003年分别夺得内存芯片和闪存市场的市占率第一后，三星就已经在存储产品领域建立了令其它竞争对手无法轻易撼动的优势。此时，三星晶圆厂所生产的产品仅供自家使用。但到了2005年，三星第二季度净利减半，在NAND型闪存均价跌幅动辄超过20%的前提下，为增强半导体部门的获利状况来支撑公司的整体业绩，三星终于决定凭借先进制造工艺的优势切入晶圆代工领域。
三星晶圆代工业务是在其Giheung（器兴）工厂开启的。据当时的报导显示，三星Giheung 12寸晶圆厂预定在2005年第二季投产，初期将先导入90纳米制程，未来将以导入65纳米制程为目标，该晶圆厂计划完全生产逻辑芯片，每月产能规模估计约达3万片12寸晶圆。据悉，当时三星所开展的晶圆代工业务也主要面向的是高端SoC领域。
三星当初将其晶圆代工业务放在器兴，并剑指高端SoC领域是有迹可循的。根据三星官方网站资料显示，早在2002年，三星就制定了长期战略来专注和培育其系统LSI业务，并在器兴工厂建立了SoC研发中心，2004年初三星强调了其旗下系统LSI部门在逻辑芯片领域的营运（当时，手机的风潮已经席卷了全世界，由此也拉动了半导体产业的进步，加之三星当时也有自己的手机品牌，因而，三星也在SoC方面有所投入）。在2002到2004年的时间内，三星对其器兴工厂一直保持着较高的投资，在这个过程中，他们也看到了由手机为晶圆代工业务带来的红利，也为三星日后发展晶圆代工业务埋下了种子。
根据当时相关报道显示，三星半导体部门资深副总Jon Kang曾在2004年指出，着眼于未来数年晶圆代工市场增幅，势必高过全球半导体市场增长幅度，因此，以三星2004年在半导体事业大约41亿美元资本支出而言，便提列高达10亿美元的资本支出预算，聚焦在非内存芯片事业，其中，包括三星在汉城Giheung晶圆厂及设备等支出，相比2003年，三星2004年在非内存芯片方面资本支出增加逾2倍。
除了上述市场环境外，当时先进工艺所遇到的瓶颈，也成为了三星能够发展晶圆代工业务的另一个推动力。当时，大多数的半导体厂商都还是处于自给自足的状态，但伴随着先进工艺而来的昂贵研发和晶圆厂成本，促使一些IDM企业开始转向轻晶圆的模式。据相关报道显示，当时英飞凌就曾表示，不会兴建90纳米以下的产能，而是向“轻晶圆厂”策略转变，并宣布与特许半导体签订了65纳米代工制造协议，包括手机芯片。
就这样，在先进工艺从90nm向65nm发展的过程中，由于一些IDM企业的退出，为三星提供了发展晶圆代工业务的契机，从来不惧大规模投资的三星也及时把握住了这个机会。为了开发下一个65nm工艺节点，三星于2004年就与IBM和特许半导体、英飞凌建立了通用的平台合作伙伴关系，使客户可以按照通用的流程进行设计，并可以在这三家公司进行制造。跨平台的这种设计可移植性为客户提供了竞争性的业务优势。
在万事俱备的条件下，三星也顺理成章地踏入了晶圆代工的大门。2005年11月，三星获得了高通CDMA芯片订单，这些90nm的产品对三星的代工业务是一个新的突破，也是三星积累高端技术的一个好开端。
2005年才踏入晶圆代工业务的三星，其实没有挑战台积电的野心——据当时Barron's采访三星电子半导体事业部总裁暨CEO黄昌圭的报道显示，三星代工的产品主要是面向高端的芯片产品，与台积电的市场定位并不相同。或许是定位的原因，也或许是三星刚涉足晶圆代工业务，良好的开局并没有为三星铺平以后发展晶圆代工的道路，所以我们也看到，在三星发展晶圆代工业务的初期，他也并没有抢夺到太多的市场份额。
根据IC Insights 2009年的报告显示，当时晶圆代工领域的前三强分别是台积电、联电和特许半导体。而三星却徘徊于前五名之外，实际上，据相关媒体报道显示，在2005年到2009年间，三星代工业务的营收从未超过4亿美元。
（2009年晶圆代工厂营收排名，来源：ICinsights）
三星晶圆代工业务在2010年出现了起色，这一年，一颗苹果砸中了三星的晶圆代工。当然，这也并不是无缘无故就砸中了三星，据悉，在苹果推出首款A4芯片之前，其芯片就一直是由三星来供给。或许是基于两者之间多年的合作关系，当苹果在2010年推出其首款自研手机芯片（A4）时，其代工订单就交给了三星。苹果当年的这笔订单，虽然帮助了三星晶圆代工业务突破了4亿美元的瓶颈，但并有将三星送上更高的排名。据当年ICinsights发布的数据显示，三星仍仅居全球第十大晶圆代工厂的位置。
之所以会出现这种情况，或许也与当时的市场环境有关系。2010年是晶圆代工厂家飞速增长的一年，整个晶圆代工行业产值增长了34%。受惠于手机、平板等消费电子产品的成长，定位于进行高端SoC代工的三星，自然是失去了一大部分中低端市场，而这部分订单流向了其他晶圆代工厂，也带动了他们的营收。加之，三星本身就生产这类电子产品，这也限制了他发展晶圆代工的空间。同时，在这一年中，GlobalFoundries还收购了特许半导体，也让GlobalFoundries迅速成长了起来。
但ICinsights仍然看好三星代工业务的后续发展，ICinsights在其2010年发布的报告中指出，三星有计划跨入模拟晶圆代工，未来三星排名仍有可能上升。
三星晶圆代工业务排名发生转折是在2013年。据ICinsights的报告显示，2013年三星大大提高了苹果公司的IC代工工厂产量。因此，三星的代工销售额增长了15％，这也使他们仅落后于世界第三大IC代工厂UMC不到1000万美元。ICinsights当时在其报道中评价三星的晶圆代工为，三星有能力（即领先的能力和庞大的资本支出预算），并渴望成为IC代工业务的主要力量。
ICinsights对三星晶圆代工的评价并不无道理，当时最先进的工艺的是28nm。我们都知道，28nm节点处，市场上主要的晶体管架构分为FinFet和FD SOI两种，台积电和三星就是这两个阵营的典型代表。
从各家晶圆代工厂推出与此相关工艺的时间节点上看，台积电于 2011 年最先进行28nm制程量产，并在2012年攻克了28nm HKMG 制程，三星则是在 2012 年实现28nm的量产，并于2013年导入了28nm HKMG，而GF和UMC则在2013 年才开始量产。由此，便也能看出三星在晶圆代工方面的实力。
三星攻克了28nm技术，这也使他成为了除GF以外，另一个既支持先进制程，还能提供物联网及汽车电子的28纳米FD-SOI制程的企业。当年，苹果A7芯片采用的就是三星的28nm技术，此外，意法半导体还在2014年宣布，公司选择三星代工来量产其28nm FD-SOI半导体产品。
但到了2014年，由于苹果与三星之前在专利上的纠纷以及苹果与台积电之间的合作越加契合等种种原因，三星晶圆代工的主力产品A8的订单全部被台积电拿下，这导致三星晶圆代工业务所属的SystemLSI部门多年来第一次出现亏损，但也同样刺激了三星开始在先进工艺上发力——三星加快了转进20nm及以下先进制程。
从如今回顾历史，我们都知道，FinFet架构更适合14nm及以下先进工艺的发展。面对新架构带给先进工艺的革新，三星推出了采用FinFet架构完成的14nm工艺。2015年2月，三星14nm FinFet芯片量产。
而到了10nm节点处，GF和联电因为成本和回报率等因素，先后宣布暂缓10nm及以下工艺的研发。这使得10nm以下先进工艺的玩家越来越少，在这种情况下，三星却一度先于台积电宣布可量产10nm芯片（三星的这份声明是2016年发布的）。同时，在英特尔迟迟没有推出10nm工艺的情况下，三星和台积电在晶圆代工上的争夺也就正式地浮到了水面上。
此后，2017年5月，三星正式宣布将晶圆代工业务部门独立出来，成为一家纯晶圆代工企业，并计划在未来5年内取得芯片代工市场25%的份额。有趣的是，三星宣布独立其晶圆代工业务的市场背景与其2005年开始发展晶圆代工业务的市场环境极其相似，在这两个时间段中，三星都面临着存储产品遇到周期性调整，以及先进工艺发展遇到瓶颈这两种情况。当历史再次重演，命运是否会再次垂青三星，将之晶圆代工业务带上一个新台阶？
事实是，三星确实走上了一个新台阶。一年后，据IC Insight统计显示，在2018全球代工排名中，三星已经超过GF跃居第二。同时，三星也曾数次表示，未来要超越台积电，争夺晶圆代工领域的龙头。
三星与台积电的争夺，在7nm处逐渐明朗，为了超越台积电，三星率先在7nm节点导入了EUV技术，但最初由于良率的问题，让三星错失这块市场的先机。
为了争夺更多的市场份额，三星也采取了一些策略。根据韩国媒体《KoreaBusiness》的报导指出，韩国晶圆代工大厂三星为了拉近与龙头台积电的差距，目前正以降低晶圆代工价格的方式抢攻市场，以进一步提高市场占有率。
未来，三星还将与台积电在5nm、3nm节点处展开竞争，而部分故事也是近些年来被业界关注的重点。从目前已知的消息来看，相对于台积电，三星在布局其晶圆代工业务的方式比较激进——从技术上看，三星宣布将在3nm处率先采用GAA架构，从进度上看，三星在前段时间宣布将跳过4nm，直接进入3nm。
而从台积电方面来看，他也在积极布局3nm工艺。由于两者在该节点处的众多布局，让业界相信在3nm节点处，三星和台积电之间的竞争将达到白炽化状态，而三星的成败则关乎着晶圆代工格局是否会被改写。
从三星于2005年接受90nm订单，到2010年开始批量生产20 nm 半导体制造工艺 ，后又接连批量生产 10 nm 级 FinFET 工艺、 7 nm FinFET工艺，再到未来在5nm、3nm与台积电的竞争。三星晶圆代工业务一路飞奔着成长了起来，也逐渐成长为了韩国半导体的另一张名片。
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