強國半導體還要跨越三座大山

南韓大動作挑戰台積電王位

為何三星是台積電可畏的對手?

作者 閻紀宇
封面圖 美聯社

二○一三年台積電面臨三星「滅台計畫」,創辦人張忠謀在受訪時稱三星是「可畏的對手」,三星技術上不斷追趕台積電腳步,但產能與良率仍有一段差距,然而以三星的財力、企圖心、技術實力以及南韓政府的全力支持,它仍將是台積電可觀、可敬的對手。


「如果你問我,三星(Samsung)有沒有可能在五年內趕上台積電?我會直接回答:『不可能。』但是過去二、三十年,三星有過幾次非常成功的轉型。微軟(Microsoft)做到一次,諾基亞(Nokia)做到一次,哪一家科技業者能做到三次、四次?」──麥格理(Macquarie)晶片產業分析師金桐完(Daniel Kim),《金融時報》(Financial Times)

半導體發展藍圖衝台積電來

去年四月二十四日,南韓三星電子公布「半導體願景二○三○」發展藍圖,不但雄心勃勃,而且還衝著台積電而來,準備在十年內投資一三三兆韓元(一一六○億美元),錄用一萬五千名專業人才,要在二○三○年之前大幅提升自家在邏輯晶片與晶圓代工市場的競爭力。

南韓政府隨後也宣布將挹注一兆韓元(二六七億新台幣),擺出「國家隊」的陣勢,支持業界的邏輯晶片研發工作,培養相關領域人才。三星在記憶體業務占據全球市場六成以上,但在邏輯晶片與晶圓代工競技場遠遠落後台積電,摩拳擦掌的企圖心不難想見。

今年儘管武漢肺炎疫情尚未退潮,全球經濟頹勢日益嚴重,但三星並沒有放慢投資擴張的腳步。五月二十一日,三星宣布在南韓京畿道平澤工廠擴建極紫外光(EUV)微影(光刻)技術、五奈米製程晶圓代工生產線;六月一日,三星宣布在平澤組建最尖端的NAND快閃記憶體生產線。

三星投資擴大NAND快閃記憶體的生產

三星投資擴大NAND快閃記憶體的生產(圖/美聯社)

雖然三星未公布投資金額,但業界估計兩項計畫將各耗資十兆韓元與八兆韓元(二六七五億新台幣、二一四億新台幣),預計明年下半年投產EUV技術晶片與V─NAND產品。三星的半導體策略一向是在景氣低迷時擴大投資,市場預期,它近期內可能會再加碼十五兆韓元(四○一二億新台幣),在平澤擴建DRAM生產線,同樣在明年下半年量產。

EUV生產線對台積電最具威脅性

三星一連串大動作,其中以EUV生產線對台積電最具威脅性。EUV技術使用波長十三.五奈米的極紫外光,能製造出更精細、更清晰的電路,讓晶片得以搭載更多元件、提升運算能力與能源效率,是延續摩爾定律(Moore's Law)的關鍵技術之一。

雖然台積電在去年已成為全球第一個成功導入EUV技術(七奈米製程)並達成量產的半導體公司,但三星正急起直追,在南韓京畿道華城市的V1生產線,EUV技術的七奈米製程今年二月開始量產,五奈米製程力拚今年下半年量產。到今年年底,三星對V1生產線的投資將達六十億美元,七奈米製程產能將比二○一九年增加三倍。三星今年三月也推出業界第一批EUV技術的DRAM(十奈米製程),來勢洶洶。

從EUV技術晶片到NAND快閃記憶體的生產線,三星的投資與擴張都是針對5G網路、高效能運算(HPC)、人工智慧(AI)與物聯網(IoT)、自動駕駛汽車等第四次工業革命的強大需求。平澤P2工廠擴建完成之後,三星在南韓、美國總計擁有七條晶圓代工生產線,其中六條十二吋晶圓生產線、一條是八吋晶圓生產線。

台積電目前晶圓代工龍頭地位,但三星威脅不可小覷。

台積電目前晶圓代工龍頭地位,但三星威脅不可小覷(圖/台積電提供)

先進製程門檻高卻是藍海市場

三星的半導體部門長期過度倚賴記憶體(占部門營收約八成),如今亟須往多角化經營的方向發展,重中之重是邏輯晶片與晶圓代工,亦即進軍台積電的固有地盤。

三星去年的記憶體營收衰退三四%,是其集團整體營收大幅下滑的主因之一,但邏輯晶片業務獲利較去年同期成長,晶圓代工市占率也來到七%左右,雖然仍大幅落後台積電,但重要性顯然蒸蒸日上,而且能為集團帶來更穩定的營收與利潤──去年全球記憶體市場較前年重挫三三%,但邏輯晶片市場僅下滑七%。

然而從記憶體轉向邏輯晶片既是必然之舉,也是嚴峻挑戰,不僅晶片設計要求不同,行銷策略也迥然有異。邏輯晶片主要供處理器使用,功能比記憶體更複雜,需要最尖端的晶片設計來滿足不同客戶的需求,商品化程度較低,量產門檻較高。

台積電目前仍居明顯優勢,但三星威脅不可小覷。三星去年的半導體資本支出約二百億美元,今年可能縮減至一七○億美元左右,台積電則在四月表示,今年資本支出維持原訂的一五○億至一六○億美元,並全力衝刺延用鰭式場效電晶體(FinFET)技術的五奈米、三奈米製程,預計二二年下半年量產,絕不讓三星有「超車」的機會。

在晶圓代工領域,三星做為一家整合元件製造商(IDM),自家產品線齊全眾多,但有利有弊;好處是有自家半導體產品可做為代工客源,壞處是容易與外部客戶產生利益衝突與信任障礙。

代工合約是三到五年的長期合約,無晶圓廠(晶片設計)業者可能會擔心產品線的重疊或競爭,因此不願將設計好的晶片交給「亦敵亦友」的三星來生產,先進製程產品尤其敏感。此外,三星與蘋果(Apple)的恩怨分合,甚至走上法庭,也凸顯了三星的兩難困境。

一七年五月,三星將晶圓代工部門正式獨立出來,就是向台積電的「純晶圓代工」模式看齊,期望強化市場競爭力,至少先囊括台積電無法消化的產能,甚至挑戰台積電的王位。此外,三星在一八年五月整合八個原有的研究機構,為晶片代工業務設立專門的研發中心,表明推動相關業務深入發展的決心。

雖然三星一連串大動作的成效仍待觀察,但是在聯電與格羅方德(GlobalFoundries)相繼退出先進製程、英特爾(Intel)對七奈米製程躊躇不前之後,目前全球只有台積電與三星有能力向七奈米以下的製程挺進、延續摩爾定律。對三星來說,先進製程雖然門檻高,卻是設備與技術投資較有效益的「藍海市場」,因此它必須與台積電在先進製程一爭高下。今年一月十五日,三星與荷蘭半導體設備大廠艾司摩爾(ASML)簽約,以四兆韓元(一○七億新台幣)採購二十部EUV設備。

產能、良率與台積電仍有一段差距

三星在技術上不斷追趕台積電腳步,但產能與良率仍有一段差距;從客戶下單情況來看,目前台積電也幾乎獨吞先進製程訂單。五月十四日,繪圖晶片大廠輝達(NVIDIA)宣布,全新Ampere架構繪圖處理器(GPU)A100將採用台積電客製化的七奈米製程;而據說蘋果正計畫於二一年開始,Mac系列將搭載自行開發設計的處理器晶片,且將交由台積電以五奈米代工生產。

儘管如此,以三星的財力、企圖心、技術實力以及南韓政府的全力支持,在可預見的未來,它仍將是台積電可觀、可敬的對手。