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臺積電與三星的晶圓代工爭奪戰(zhàn)詳解

2018-12-28
關鍵詞: 晶圓 臺積電 三星

據(jù)IC Insights統(tǒng)計,2017年,,全球前八大晶圓代工廠占總市場份額的88%,。其中,臺積電繼續(xù)占據(jù)主導地位,穩(wěn)居第一。


八大代工廠中,,三星是唯一的IDM廠商,。雖然2017年僅增長4%,,但仍然是最大的IDM代工廠。

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數(shù)據(jù)來源:IC Insights


Foundry業(yè)務是三星的核心版塊,,這些年在與臺積電爭奪先進制程工藝市場話語權(quán)方面,,下足了功夫,也一直是業(yè)界的熱門話題,。


近些年,,作為巨無霸級別的IDM,三星一直覺得其晶圓代工業(yè)務水平還不夠好,,視行業(yè)霸主臺積電為“眼中釘”,,并通過大力投資、獨立代工業(yè)務,、挖人等措施,,不斷完善其晶圓代工技術能力和客戶認可度。


2015~2016年,,隨著三星Foundry先進制程能力的逐步成熟,,其從臺積電那里奪得了不少大客戶訂單,收入頗豐,。彼時的智能手機市場處于平臺期(開始出現(xiàn)衰退,,但對相關產(chǎn)業(yè)鏈的影響有滯后效應),對于相關芯片的需求量還是比較旺盛,。這兩方面的因素,,使得三星Foundry在2016年出現(xiàn)了大幅度的增長。


而到了2016~2017年,,隨著臺積電先進制程的進一步成熟,,三星Foundry部分大訂單又被臺積電搶了回去,;此外,,全球智能手機市場全面衰退,其負面效應也開始顯現(xiàn),,對相關先進制程芯片的需求大減,。可以說,,這兩個因素是導致三星Foundry在2017年銷售額同比增幅(4%)大幅下降的主因,。


2018年初,在韓國首爾舉辦的三星晶圓代工論壇上,,三星相關負責人表示:“今年的目標是到年底,,將晶圓代工的市占率從第四名提升到第二名,超越聯(lián)電和格芯,。未來則打算超越臺積電”,。


2017年,,三星晶圓代工部門的營收為46億美元、市占率為6%,。根據(jù)IC Insights統(tǒng)計,,2018年,臺積電將實現(xiàn)347.65億美元的營收,,排在第二位的GlobalFoundries營收為66.4億美元,,而今年三星晶圓代工營收有望增至100億美元,市占將升至14%,。這樣就超過了GlobalFoundries,,排在臺積電之后,位列第二,。


不過,,報告同時指出,三星市占提高,,主要是拆分晶圓代工部門的效應,,并非業(yè)績真有大幅成長。由于三星的晶圓代工部門自立門戶,,不再隸屬于系統(tǒng)LSI業(yè)務,,因此,生產(chǎn)三星自家的Exynos手機芯片,,算在三星的晶圓代工營收當中,,市占率因此猛增。



資本支出


作為具有高技術含量的重資產(chǎn)業(yè)務,,F(xiàn)oundry需要的投入的資金量巨大,。


2017年,晶圓代工業(yè)內(nèi)前五大廠商的資本支出之和占到了全行業(yè)資本支出的95.6%之多,,臺積電和三星的資本支出占全球Foundry廠的70%,。而臺積電一家就占據(jù)半壁江山,一直在大力建廠擴產(chǎn),,不斷鞏固其行業(yè)老大地位,。


三星方面,其90nm制程節(jié)點的研發(fā)費用為2.8億美元,,而20nm的研發(fā)費用則飆升到了14億美元,,這還不包括后期的新生產(chǎn)線生產(chǎn)費用和建廠費用。因此,,先進制程研發(fā)逐漸成為了巨頭的游戲,,其結(jié)果就是:具備130nm制程生產(chǎn)能力的廠家有22家,而能夠以16/14nm制程技術進行晶圓代工的廠商數(shù)量銳減到了5家。而具備10nm,、7nm,,以及更先進制程技術能力的廠商,也只剩下了臺積電,、三星和英特爾這3家,。因為進行7nm、5nm的研發(fā)費用過于高昂,,如果沒有足夠量,、穩(wěn)定的客戶支撐,只能是巨虧,,所以,,GlobalFoundries和UMC于今年先后退出了10nm及更先進制程工藝的爭奪戰(zhàn)。



先進制程比拼


IC Insights資料顯示,,2017年全球晶圓代工銷售額為623.1億美元,,其中16/20nm及以下先進制程占比為24%,約150億美元,。IDM與代工市場份額平分秋色,。


在先進制程方面,臺積電處于絕對領先地位,,三星位居其次,。臺積電在2011年便攻克了 28nm HKMG制程,之后先進制程發(fā)展迅速,,其7nm制程已于2018下半年實現(xiàn)量產(chǎn),,預計2019年收入占比將超過20%。5nm將于2019年4月進行風險試產(chǎn),,預計在2020年實現(xiàn)量產(chǎn),。而三星宣布于2018下半年投產(chǎn)7nm,5nm及以下的先進制程也在規(guī)劃中,。

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圖:臺積電與三星先進制程技術發(fā)展路線(來源:中金公司)



晶圓代工先進制程市場一直保持高度壟斷的格局,。目前全球具備10nm制程工藝量產(chǎn)能力的只有臺積電和三星兩家,而三星作為全能型 IDM 廠商,,又與自己的代工客戶有一定的競爭關系,,擁有手機市場以及自研的Exynos系列SoC芯片作為談判籌碼,,對合作客戶來說有不小壓力,。


手機SoC芯片是頂尖制程的最主要應用領域。在全球主要SoC設計廠商中,,蘋果的處理器曾在三星代工,,目前全部在臺積電代工,高通的旗艦芯片驍龍800系列以及中高端芯片驍龍 600系列在臺積電和三星都有下單;聯(lián)發(fā)科的SoC芯片截至目前全部在臺積電代工,。三星電子的Exynos系列SoC全部在三星代工,,華為海思的SoC芯片截至目前全部在臺積電代工。 


總體來看,,臺積電和三星壟斷了使用先進制程的手機SoC芯片代工,。


在晶體管密度方面


據(jù)悉,臺積電16nm制程的芯片,,每平方毫米約有2900萬個晶體管,,三星14nm的芯片每平方毫米有3050萬個晶體管,柵極長度方面,,臺積電的是33nm,,三星的是30nm。


10nm方面,,臺積電的晶體管密度為每平方毫米4810萬個,,三星的是每平方毫米5160 萬個。


14nm方面,,三星的鰭片高度為49nm,,臺積電的鰭片高度約為44nm。


盡管命名有差別,,但臺積電和三星的技術水平總體是并駕齊驅(qū)的,,從各項指標來看,預計2019年量產(chǎn)的臺積電7nm EUV版(N7+),、三星7nm的各項參數(shù)基本相近,。


目前,臺積電初代7nm(未采用EUV)已經(jīng)量產(chǎn),,是市面已量產(chǎn)的最先進制程,,時間上具有先發(fā)優(yōu)勢,該優(yōu)勢至少能保持到2019年(競爭對手開始量產(chǎn)),,且2019年臺積電仍有望率先量產(chǎn)EUV版制程,,以保持先發(fā)優(yōu)勢。預計臺積電2018年量產(chǎn)的7nm芯片超過50款,,包括CPU,、GPU、AI加速芯片,、礦機ASIC,、網(wǎng)絡、游戲,、5G,、汽車芯片等,。


在EUV使用方面


臺積電與三星是ASML前兩大訂購客戶。


目前,,臺積電的EUV設備最多,,有10臺,是ASML最大客戶,,三星次之,,有6臺。EUV作為7nm以下制程必備工藝設備,,對廠商最新制程量產(chǎn)具有至關重要的作用,。由于對精度要求極高,臺積電與ASML在研發(fā)上有深入合作,。



臺積電迭代速度快


半導體制造技術步入14/16nm節(jié)點之后,,需要采用FinFET工藝來抑制晶體管漏電和可控度降低的問題,由此導致技術開發(fā)難度和資本投入都大幅度增加,,因此這一門檻也被視為先進制程技術的準入標準,。臺積電的28nm制程從2011年開始量產(chǎn),領先競爭對手3~5 年,,并從2014年開始量產(chǎn)16/20nm的,,之后就進入了快速增長期,到2015年兩種制程的占比已經(jīng)達到49%,。


臺積電為了充分發(fā)揮技術優(yōu)勢,,非常注重先進制程量產(chǎn)后的迅速擴容。如臺積電的130nm制程在2003年投入量產(chǎn)后,,其營收占比僅用一年時間就從0陡升到28%,;28nm制程的營收占比在2011年投入量產(chǎn)后,同樣只用了一年就從2%爬升到22%,。迅速擴張先進產(chǎn)能幫助臺積電在每一個先進制程節(jié)點都能快速搶占客戶資源,、擴大先發(fā)優(yōu)勢,并使其產(chǎn)能結(jié)構(gòu)明顯優(yōu)于同業(yè)競爭對手,,這樣,,更高的產(chǎn)品附加值帶來了更高的毛利率。

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圖:2017年臺積電先進制程的營收占比



三星IDM模式的缺陷


三星是2017年全球營收排名第一的半導體公司,,全年營收高達435.4 億美元,,其主要業(yè)務包括CE(Consumer Electronics,消費電子),、IM(IT & Mobile Communications)以及與半導體制造相關的DS(Device Solution,,設備解決方案)三大部分。


從三星電子過去3年的營收結(jié)構(gòu)來看,,其DS業(yè)務的擴張速度最為明顯,,2017年第四季度,,其DS部門營收占總營收比重超過40%,,成為三星電子的兩大支柱業(yè)務之一,。


DS業(yè)務又細分為半導體和顯示設備,其晶圓代工部門就在半導體細分業(yè)務中,。2017年三星電子的晶圓代工營收只有44億美元,,在三星電子DS總營收中僅占13%。由于三星電子是 IDM,,其設備投入和資源要優(yōu)先服務于三星電子的DRAM和NAND Flash等存儲產(chǎn)品的生產(chǎn),,能夠分配給晶圓代工部門的資源相對有限。


三星電子代工部門另一個問題則是行業(yè)競爭問題,,三星業(yè)務范圍廣泛,,諸如蘋果、高通等主要客戶本身也是三星電子的競爭對手,,即便知識產(chǎn)權(quán)和專利得到良好保護,,也不能保證供應鏈的靈活自主和上層競爭帶來的影響。比如蘋果的A4~A7系列處理器均在三星代工,,2011年雙方爆發(fā)系列專利訴訟后,,蘋果將A8轉(zhuǎn)單至臺積電代工,A9分別交由臺積電和三星代工,,A10又是全部由臺積電代工,。


由于上述原因,三星電子的代工部門雖然在制程技術的進展上和臺積電不分伯仲,,但其背景決定了它很難成為晶圓代工領域的巨無霸,。


因此,三星于2017年決定將晶圓代工業(yè)務獨立出來,,以進一步提升其市場競爭力,。


綜上,為了提升競爭力,,三星在調(diào)整晶圓代工的業(yè)務結(jié)構(gòu),,而臺積電依然在不斷鞏固自身的優(yōu)勢,明后兩年這兩強的市場爭奪戰(zhàn)將更加有看頭,。


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