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三星和台积电竞争进入白热化阶段

2019-08-11
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来源:内容来自「天下杂志」,谢谢。

台积电与三星电子的竞争渐趋白热化,不论是在技术面或媒体宣传上,双方互不相让,究竟谁能真正胜出?有3大观察重点,分别是:今年量产的7纳米EUV、明年的5G平价机大战,以及3纳米的「环绕式闸极结构」(Gate-All-Around,GAA)技术。


8月8日凌晨,三星在纽约发表最新款大尺寸旗舰机种Note 10。该手机一如往常,在触控笔、照相功能都做了大幅更新。


但让台湾半导体业者议论纷纷的,却是装在该机内部的三星最新款处理器Exynos 9825。三星标榜该芯片是领先台积电、英特尔的「世界第一颗7纳米EUV芯片」。


极紫外光(EUV)技术的导入,是近年全球半导体业最重要的技术变革。EUV的波长仅有13.5纳米,是过去20年半导体业所用的传统微影光源波长的55分之1。导入EUV,可让台积电、三星等半导体制造商更轻易生产出效能更高、更省电的芯片。


台积早已量产采用传统微影技术的7纳米制程,用在去年底发表的苹果A12处理器。第二代7纳米制程,首度导入EUV的「N7+」,将用在预期于下个月发表的最新款iPhone及华为旗舰机。


第一仗:7纳米EUV 三星惨胜


也就是说,三星选择「弯道超车」,放弃传统制程,直攻7纳米EUV制程的策略,最多只能算是「惨胜」,因为最后只领先台积一个月左右的时间差。


三星一开始信誓旦旦,将在2018年底量产7纳米EUV,初代产品将用在2019年初上市的旗舰机Galaxy S10,韩国媒体也对此大幅报导。但最后S10推出时,搭配的三星处理器用的只是小改版的10纳米制程,让三星旗舰机在过去10个月间,都处于处理器落后iPhone一代制程的不利地位。


直到现在,三星的7纳米制程才算真正问世,但算来已经延迟了大半年。


这中间究竟发生了什么事?


一位半导体大厂制程主管透露,三星曾经花了很长时间试图量产7纳米EUV,后来发现一开始订的设计准则(design rule)难以达到,最后只好放宽准则。其结果,就是最近量产的「7 纳米EUV」。但放宽准则的副作用,就是可能牺牲产品性能。


而最原始的版本仍持续开发,但既然「7 纳米EUV」这名号已经用在「妥协版本」,性能较好的原始版就索性使用听起来更厉害的「6纳米」,根据最近一次在日本举办的三星晶圆代工论坛会中资料,三星的6纳米制程将在今年下半年量产。


但业界表示,目前三星「6纳米」的良率低到仅有10%,如果要赶明年第一季的新款手机发表,10月、11月芯片就要开始量产出货,难度很高。



三星选择「弯道超车」,放弃传统制程,直攻7纳米EUV制程的策略,最多只能算是「惨胜」,因为最后只领先台积一个月左右的时间差。


这个尴尬的状况,最直接的影响就是已经暗潮汹涌的中国第一波5G手机大战。


世界第一大手机IC设计公司高通,预计在明年初推出的该公司第一款5G手机系统芯片(System on Chip,SoC)7250所用的制程,就是这个「6纳米」。


目前中国大陆几大手机厂,包括Oppo、Vivo都预计在明年农历新年旺季前,发表采用7250芯片的5G手机,以打破华为在5G手机的垄断地位。


如果三星「6纳米」制程的良率迟迟无法提升,导致高通芯片赶不上新年旺季供货,最大的受益者就是台湾的联发科。


第二仗:代理人战争高通「6纳米」对联发科7纳米


今年5月,联发科的第一颗5G系统单芯片,在台北电脑大展首次亮相。当时联发科宣称这是全球最高效能、最低功耗的5G系统单芯片,并整合了联发科独家开发的AI处理器。


这将是联发科用于中高阶5G手机的「68XX」系列第一颗产品,预计今年第三季开始出货,将出现在明年第一季的5G手机上,蔡明介更在股东会宣称,这是全世界第一颗5G系统单芯片。
业界表示,目前联发科预计的上市时间,仍些微落后给高通的7250。


尽管如此,一位联发科集团人士表示,这已是近年来,联发科产品上市时间最接近高通的一次,希望能一举洗刷近几年一路被高通压着打的耻辱,「我们紧跟在他后面,他一出错,就死定了。


最有趣的是,联发科与高通在5G的第一场硬仗,俨然也是一场「代理人战争」,成为两家背后的芯片制造商——三星与台积的短兵相接。


「台积也想赢三星,」一位联发科集团人士说,台积因此对联发科大力支援,尽管台积电7纳米产能挤爆,「但是我们完全没有这方面压力。


根据伯恩斯坦(Bernstein)证券于8月7日发给客户的研究报告,将2020年的5G智慧型手机的全球出货量预测,从0.97亿支大幅调升为1.92亿支,几乎增加一倍,原因是:「5G向中低阶手机渗透的速度,超乎预期。



联发科与高通在5G的第一场硬仗,其实也是一场「代理人战争」,是两家背后的芯片制造商——三星与台积的短兵相接。


高通、中兴最近都透露类似讯息,包括明年初就会出现人民币3千元左右的5G智慧型手机,下半年更会降到跟主流4G差不多的2千人民币。照这降价速度,等于5G商转第二年,中国就要大量出现「千元手机」,比当年4G的普及速度还快。


其中,联发科的中阶5G芯片组推出的速度,也比预期要快,包括将在第一颗5G系统单芯片上市的一到两季之后,又紧接着推出性价比更高的第二款。


伯恩斯坦因此将联发科的目标价,从原先的350元调高到370元。


第三仗:3纳米终极之战、GAA新结构
根据拓墣产业研究院最新统计,今年第一季台积电的晶圆代工市占率为48.1%,第二名的三星为19.1%。


为了缩短差距,三星再度挺而走险,祭出「弯道超车」策略,而且更加大胆,直接跳过5纳米,直攻3纳米。


不仅如此,还一举祭出杀手锏。今年5月,三星在三星晶圆代工论坛(Samsung Foundry Forum)表示,将在2021年推出突破性的3纳米制程「环绕式闸极结构」(Gate-All-Around,GAA)技术,借着重新设计电晶体底层结构,可让尺度减少45%、性能提升35%、电力消耗减少50%——几乎等于摩尔定律微缩一个世代的好处。


而且,三星公告的量产时间是2021年,竟然比台积的3纳米量产时间还早1年。


这成为过去3个月半导体业相关产业的热门话题,「所有大客户都去三星看,都感兴趣,」一位外资分析师表示。


一位前任台积研发主管表示,他认为GAA结构能在电晶体一路缩小、挑战摩尔定律极限时,解决因「短通道效应」出现的漏电问题,「如果没有更新的创新出来,这是当前最好的解决方案。


其实,台积研发GAA结构已有十多年历史。这位前台积主管表示,甚至早在2004年,台积就在半导体业界知名的「国际超大型积体电路技术研讨会」(VLSI)发表论文,公开以GAA技术设计的5纳米电晶体,由时任台积副处长杨富量负责。


也因此,台积一直在研发GAA技术,只是之前不准备在3纳米动用。但是,「三星这样的大张旗鼓的谈,台积一定要有反应,」这位前任台积主管说。


7月18日的台积第二季法说,分析师果然发难了。


JP摩根证券分析师Gokul Hariharan在第二季法说会直接提问,「你的一个竞争者最近引起许多讨论,这个竞争者打算引入新电晶体结构GAA。你们会在3纳米也导入GAA结构吗?


台积总裁魏哲家表示,会持续跟顾客「合作定义规格」,他最后一句更留下不小想像空间,「下一回,我会告诉你我们的最新选择。


「让我补充一下,」台积董事长刘德音有点按捺不住,紧接着拿起麦克风,语气有点激昂的指出,台积的5纳米跟3纳米,都是「全节点微缩」(full- node shrink),「这跟我们竞争对手的技术蓝图不一样喔,所以你如果比较他们的『3』,其实是跟(台积的)『5』比较接近。


一位外资分析师表示,这段话其实是暗示,三星「偷斤减两」,虽然号称直攻3纳米,其实实际尺度仅较7纳米微缩一个世代。但因为换上全新的电晶体结构,让效能同步提升。因此假装再微缩一个世代,称为3纳米。若比较起真实线宽,其实与台积的5纳米同一等级。


刘德音虽然义愤填膺,但不少业界人士都知道,台积早在2013年从传统电晶体换成新型的FinFET时,就与三星一起玩过类似的把戏。


曾在台积工作了20多年,负责微影技术研发,现在在艾司摩尔担任副总的严涛南回忆,当时台积打算在20纳米导入FinFET,但消息传来,因为换了新型电晶体的效果奇佳,因此,三星打算将原先的20纳米FinFET,直接取名为14纳米FinFET,逼得台积也得跟随。


「我记得很清楚,」严涛南回忆,当时台积研发最高负责人、前共同营运长蒋尚义告诉部属,行销部门希望能叫14纳米,让蒋尚义很是为难。「他说,我根本没有缩,怎么能叫14?后来折衷一下,叫16。」所以最后量产时,叫16FinFET。


当年,台积、三星的「宣传手法」,一度让规规矩矩的英特尔研发主管气炸了,甚至到处澄清,英特尔才是「真14纳米」,其他亚洲竞争者「不诚实」。


现在风水轮流转,换台积坐上技术龙头,也只能对同业的「宣传手法」暴跳如雷,无计可施。或许,这就是「第一名」的代价。

*免责声明:本文由作者原创。文章内容系作者个人观点,半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点,不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持,如果有任何异议,欢迎联系半导体行业观察。


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