全球芯片競爭下,三星半導體如何破“芯”局?

鈦媒體註:9月21日下午,三星集團、三星電子副會長李在鎔會見媒體時表示,軟銀集團CEO孫正義將於下月訪問首爾,預計雙方會在英國半導體設計公司Arm方面形成戰略性同盟(Strategic Alliance),也可能會討論併購Arm等事項,如果參與收購Arm,有望成為今年芯片產業最大的併購案。這一消息引發整個半導體行業熱議。

全球芯片競爭下,三星半導體如何破“芯”局?

過去43年,三星電子持續發力半導體技術創新,在先進代工方面,如今已經成為與台積電抗衡的一股新力量。

鈦媒體App通過獨家深入採訪三星電子的半導體事業暨設備解決方案部門,試圖探尋5年向中國投資200多億美元,同時還宣布斥資2000億美元在美國新建11家芯片廠,三星電子這家公司如何在中美芯片競爭下尋找平衡、雙贏以及“共同點”。

2022年9月7日,距離韓國首爾70多公里的京畿道最南端,三星電子(005930.KS) 正式啟動了世界最大規模的半導體生產基地——平澤園區3號線 (P3)設施,這裡生產着14nm DRAM和超高容量V NAND芯片、5nm以下最先進工藝的半導體產品。

同日,媒體記者們還首次看到5年前啟動的三星平澤1號生產線內部情況。

進入園區,裝有芯片的自動運輸設備(OHT)以每分鐘300米的速度在頭頂不停地移動,從材料投入到清洗、蒸鍍等,所有工程都是100%自動化的。

三星電子DS(半導體事業暨設備解決方案)事業部負責人慶桂顯(Kye Hyun Kyung)7日接受媒體採訪時表示,通過大規模投資先進技術及運營P3設施,將進一步鞏固三星在Nand Flash市場的主導地位,意義重大。

實際上,作為韓國市值第一、全球唯二具備3nm芯片製造能力的科技巨頭,三星電子近期在芯片半導體領域動作頻頻。

此前7月,三星電子宣布基於GAAFET(全環繞柵極晶體管)技術的3nm芯片實現量產,用於高性能計算、移動SoC等領域;8月19日,三星電子副會長李在鎔(Jay Y. Lee)出席在韓國器興園區的次世代半導體研發中心破土動工儀式。三星電子計劃到2028年將投資約20萬億韓元,用於建設尖端半導體研發園區。

三星電子正以迅猛速度,全面發力先進製程的芯片半導體。而目前,該公司已成為全球存儲芯片領域、全球半導體產品銷售領域毋庸置疑的 No.1。

回顧過去84年,三星集團從一家以農食品銷售為核心的“三星商會”,逐步成長為涵蓋電子、生物醫藥、物產等16家上市子公司的萬億級行業巨頭,產品深入到韓國人的日常生活當中。

然而,經歷半個多世紀的三星,穿越多個產業周期,仍面臨諸多挑戰。包括1997年和2008年兩次金融危機,先進芯片半導體技術瓶頸,當下的新冠疫情、高通脹加息壓力以及消費級芯片銷量下滑等。正如慶桂顯所講,“世界變化如此之快。”

最終,三星都挺到了今天,大規模投入技術研發,持續實現科技創新:三星通過變革性的想法和技術激發世界,創造未來

接下來,三星電子將把更多資金投入到芯片半導體領域,其中包括晶圓代工業務。根據2019年公布的“半導體願景2030”發展藍圖,三星電子計劃十年內投資共計133兆韓元(約合1157億美元),誓言到2030年成為系統半導體產業領頭羊,即全球第一大非記憶半導體公司。

對於中國市場,三星一直是重要的參與者。

三星DS部門對鈦媒體App獨家透露,作為最早進入中國的海外企業,截至2021年,三星累計在華投資超500億美元,其中,近5年的新增投資就達200多億美元,80%集中在半導體、新能源動力電池等高新技術產業。即使在新冠疫情期間,三星在中國依然保持着每年四、五十億美元的穩定投資。

十年前,三星半導體入駐陝西西安,建立全球重要的半導體生產基地,也是陝西最大的外商投資項目。三星西安廠產能目前已佔到世界NAND閃存產能的10%以上。

那麼,三星半導體未來將如何謀划布局,在這場全球先進芯片競賽中重振巔峰?中國半導體市場將在其中扮演怎樣角色?

8月下旬,鈦媒體App獨家專訪了三星DS事業部,試圖揭秘這家全球科技巨頭的未來“芯”局。

下一盤大棋

“如果進軍半導體業務失敗,三星集團將會失去半壁江山。但我認為只有三星才能進行這場冒險。”已故三星集團創始人李秉喆,在1985年接受一家媒體採訪時如是說。

而在此之前的1983年,李秉喆發表了進軍半導體業務的“東京宣言”。他強調,雖然這是風險極高的艱巨挑戰,但以”必須是三星”的企業家精神開始了新事業。

實際上,回顧過去半個多世紀,三星一直在強周期的芯片半導體領域下着“大棋”。

芯片半導體能夠成為三星電子的支柱業務之一,與韓國本土對於半導體產業的重視程度密切相關。

1975年,韓國政府公布“六年計劃”,扶持本土半導體產業發展。

1979年12月,三星在韓國水原成立研發中心,並於1980年4月啟用。水原研發中心發展后,幫助三星進一步涉足電子、半導體、高分子化學、基因工程、光通訊等領域。和航空航天,以及從納米技術到先進網絡架構的各種新的技術創新領域。

1983年,三星在京畿道建廠進入半導體領域。隨後1983-1987年全球半導體業進入低潮期,三星加大逆周期投資力度,追逐技術創新,不斷發展壯大。

1992年,世界上第一個64Mb DRAM存儲器誕生於三星電子器興園區。

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三星電子研發的全球第一款64Mb DRAM芯片

DRAM當時被譽為“電子產業的大米”,屬於尖端技術產品。而三星電子將64Mb DRAM實現量產,標誌着三星半導體領導地位的開始。1993年起,三星實現存儲器半導體領域第一。

2002年起,三星電子坐穩全球NAND閃存市場佔有率第一,並在過去20年來持續領先。

今年9月18日,市場研究機構Omdia發布的今年第二季度(4-6月)半導體市場銷售報告顯示,儘管Q2全球半導體市場規模環比減少31.11億美元,但受益於穩健的需求,三星電子該季芯片銷售額達到創紀錄的203億美元,約佔全球的12.8%,已連續四個季度超過英特爾,穩居全球半導體銷量冠軍。

目前,三星電子既是全球最大的半導體IDM(垂直整合製造)公司之一,又是唯一推動並引領先進極端遠紫外 (EUV) 光刻技術用於製造DRAM的芯片企業。

慶桂顯領導的三星電子DS事業部,旗下包含晶圓代工(Foundry),DRAM、固態硬盤、UFS和eMMC嵌入式存儲等各種存儲器產品,移動、汽車和可穿戴設備處理器,以及顯示芯片、射頻通信芯片、OLED、電源管理等各類芯片設計和生產,用於汽車、AI(人工智能)、5G、大數據和數據中心、集成存算一體化 (PIM)等領域。

其中在Foundry業務中,過去幾年,三星的代工業務佔全球總量的17%。其中,三星自研的應用處理器(AP)、顯示驅動IC(DDI),甚至針對專屬市場的特殊規格內存,占其芯片製造產量的一半。

近年來,三星一直熱衷於加強其代工業務。

三星半導體過去兩年的資本支出份額從16%,上升到25%左右,目前已接近40%。System LSI部門超過80%的收入來自代工服務這一事實表明,三星希望推動晶圓代工業務,並讓其為公司貢獻更多利潤——2021年,Foundry業務收入對三星電子的貢獻達到7.3%。

與此同時,三星電子還積極推動開源技術開發,與浪潮(Inspur)展開了基於 OCP 的技術合作,並將此類型的跨行業合作命名為“波塞冬”項目。2020年,三星與浪潮聯合發布了企業和數據中心固態硬盤規格 (EDSFF) E1.S 固態硬盤參考系統波塞冬V1,並於2021年成功投入量產。去年三星發布了首個基於開源硬件技術的EDSFF E3參考系統波塞冬V2。

三星DS部門對鈦媒體App表示,其團隊正在開發並供應內置於波塞冬系統的多種內存與解決方案,可以讓數據中心繫統變得更快、更高容量、更高效。

值得注意的是,目前,三星電子正在調整SoC(處理器)事業模式,希望通過最大化的利用資源,來制定一個能夠長期保持競爭力的戰略。

“特別是,我們將致力於加強下一代‘Exynos’的競爭力,並以5G全系列為基礎,通過中低端產品和高端產品逐步擴大市場。同時,三星還會將Exynos的應用拓展至可穿戴設備、筆記本調製解調器、Wi-Fi等產品領域,以此來完善以移動為核心的業務結構。”三星DS部門向鈦媒體App表示。

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三星半導體工廠(來源:三星電子官網)

此外,對於整個芯片半導體行業來說,環境安全、綠色生產、減少碳排放已經成為了企業發展過程中的重要議題。

作為全球信息技術(IT)行業用電量和用水量第一名企業,三星電子正制定新的碳排放目標,投資超過50億美元推動可持續發展。

9月15日,三星電子發布《新環境經營戰略》報告,宣布到2050年實現碳中和——通過超低電力半導體和產品開發等創新技術來克服氣候危機,計劃到2050年實現100%綠電供應。該公司還決定加入全球RE100,並將在2030年前斥資50.3億美元(7萬億韓元),推動降低工業碳排放、回收利用廢棄電子產品、保護水資源等。

具體來說,三星DS部門向鈦媒體App介紹了努力實現碳中和的三大技術手段:

一、使用三星半導體大容量一體式溫室氣體處理設施RCS(可利用催化劑在屋頂處理所有工藝氣體的設施),儘可能減少半導體製造過程不可避免會產生的溫室氣體,從而減少碳排放;

二、對三星半導體工廠進行Reduce(減少)、Reuse(再利用)、Recycle(再循環)“3R親環境運營管理”,減少水資源使用的同時,還要循環再利用水資源;

三、不斷簡化製造工藝,優化操作主要設備測試的次數,提高輔助設施的溫度條件,並實施更高能效的措施,以節省電力。

另外,三星半導體還在西安園區設立“綠色中心”,將廠內生活污水通過生物處理集過濾與吸附,被加工成半導體生產中所需的“超純水”進行二次利用。“其實不僅是西安工廠,三星旗下的所有工廠都擁有極為先進的廢水凈化設施。三星半導體位於西安和蘇州的工廠均實現了100%資源循環率。”三星DS部門表示。

未來,三星還希望在增設半導體生產線下,將用水量凍結在去年的水平,最大程度實現循環水利用,並計劃通過芯片低功耗技術,大幅減少數據中心和移動設備中使用存儲器的用電量。

三星稱,如果數據中心更換為三星電子固態硬盤驅動器(SSD)新品,以及DDR5 DRAM等,就可節省8.5TWh規模的電力使用量——相當於韓國首爾2021年家庭用電總量的60%左右。

平衡芯片脫鉤,快速推進本土3nm晶圓製造

芯片產業是一個非常依賴全球化的產業體系。目前,全球有23個國家和地區具備參與半導體產業多個環節的能力。

根據2019年數據顯示,在全球半導體貿易市場中,美國企業佔據近50%份額,韓國企業近20%,日本和歐洲各佔10%左右,中國大陸和台灣地區各佔大約5%。

但隨着中美兩國在半導體產業“脫鉤”,加上國內芯片半導體行業“國產替代”風向,無論是半導體材料、設備、EDA領域國際巨頭,還是三星、英特爾、英偉達、AMD等芯片供應商,他們在國內處於非常敏感且尷尬的局面——一面要穩定提升大中華區銷售業績,另一面還要儘力解決美國對華的制約困擾。

慶桂顯對此的解決方案是:平衡、雙贏。

“我們很難錯過(中國)這樣一個擁有很多重要客戶的市場。我們正在努力解決衝突,為每個人找到一個雙贏的解決方案。”慶桂顯7日對媒體表示,他希望韓國“首先尋求中國的理解,然後與美國進行談判”。

根據財報顯示,三星電子2021財年約1953億美元收入中,319億美元來自中國,佔比達16.3%。

實際上,三星在中國擁有諸多半導體設施,在四地擁有工廠——陝西西安的Nand Flash工廠,蘇州的封裝測試工廠,天津LED工廠,以及廣東東莞的OLED工廠。此外,三星半導體還在西安、蘇州及杭州設有研發中心;銷售總部位於深圳,銷售網絡遍布國內的諸多城市。

其中,三星西安半導體工廠,是三星電子在海外投資的唯一一個集存儲芯片製造、封裝測試於一體的工廠。

2022年也是三星半導體入駐西安的第十個年頭,三星西安廠完成了1期NAND閃存工廠、2期工廠和1期封裝工廠等所有建設和投資。

三星向鈦媒體App獨家透露,到目前為止,三星半導體在西安工廠共投資260億美元,並繼續投資生產世界最先進的新產品。(註:這裡的先進不是指先進節點製造工藝,而是三星自研的先進技術)

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三星西安半導體工廠, 三星電子在海外投資的唯一一個集存儲芯片製造、封裝測試於一體的工廠

截至2021年,三星累計在華投資超500億美元(約合3167.25億元人民幣),其中近5年的新增投資就達200多億美元,八成集中在半導體、新能源動力電池等高新技術產業。即使在疫情期間,三星在中國依然保持着每年四、五十億美元的穩定投資。

三星半導體對鈦媒體App表示,三星在中國的業務已經發展了很長時間。除了自身的發展,作為中國IT產業的好夥伴,三星也希望為中國IT產業的發展做出貢獻。當下,三星電子根據全球市場的需求運營着全球製造、研發、銷售網絡。

與此同時,在韓國本土,三星電子正在加大對晶圓代工的扶持力度。

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根據財報顯示,三星電子預計2022財年收入將達到2400億美元,相比2021全年2210億美元(279.6兆韓元)增長8%左右。其中,近40%將來自其移動通信部門,主要是手機等移動設備;另外30%來自半導體部門,存儲器是半導體收入的大部分,也是三星電子的“生命線”。

儘管現在的三星電子是名副其實的世界第一大半導體企業,但正遭受其它競爭對手趕超和牽制。在存儲器半導體領域,中國、日本等國家的後來者的“追擊”非常猛烈,解決方案唯有技術開發。

不過,隨着全球經濟衰退,消費電子規模萎縮,半導體業務並不樂觀,而DRAM首當其衝,慶桂賢預計明年半導體行業情況也沒有好轉跡象。

因此從短期來看,先進節點的晶圓代工業務收入正在成為三星電子新的增長引擎。

對於晶圓代工企業來說,行業對芯片的性能和功耗有着更高的需求,因而驅動着晶圓製造技術不斷進步。新一代的製程技術就意味着價值量更高的新產品,而領先的製程技術就意味着能搶佔更高的市場份額,這便是晶圓代工行業發展的驅動力,也造就了晶圓代工企業間不斷追逐先進製程技術的局面。

自2000年初起,三星電子就已經開始了對GAA晶體管結構的研究。2017年開始,公司將其正式應用到3nm工藝,並於今年6月宣布啟動利用GAA技術的3nm工藝的量產。

截止目前,只有台積電和三星擁有3nm芯片量產能力。所以這場先進製程芯片競賽,只剩下兩家公司展開競爭。

但問題是,三星電子的晶圓代工業務,在市場佔有率從2019年開始一直停滯在約18%的水平,這與台積電持續保持50%以上的狀況,形成鮮明對比,後者的“攻勢”非常猛烈。

然而,三星DS正不斷補齊短板,快速發展。

三星DS部門告訴鈦媒體App,三星的代工業務目前有超過100多位客戶,這與代工業務成立之初的2017年相比,增長了3倍。關於3nm,正在與其洽談的合作客戶也有多家,將應用於高性能、低功耗的高性能計算和移動處理器領域。

在三星看來,高性能計算(HPC)客戶需要第二家供應商,所以除了台積電,他們會在三星和英特爾之間進行選擇。三星甚至希望與英特爾聯手,打破台積電在先進節點製造領域的主導地位。

“這不是數字的問題,而是‘要麼做,要麼死’的問題。”李在鎔表示。

今年7月,李在鎔宣布,三星電子啟動有史以來規模最大的450萬億韓元(合3550億美元)五年投資計劃,其中60%以上資金將投入到半導體領域。

而不到一年前,三星電子還表示,未來三年向半導體、顯示器和生物等核心業務投資2400億韓元。

短短一年間的轉變,是李在鎔在半導體行業衰退背景下,對世界扔下的重磅“震撼彈”。

回歸三星之後,李在鎔對半導體寄予厚望。他曾在職員面前拿出創始人李秉喆的遺志和遺物,以重溫過去的挑戰精神。他指出,三星電子應該具備不受危機影響、領先全球的技術能力。

“雖然目前很困難,但計劃持續投資,為繁榮期做準備。”慶桂賢向媒體透露,接下來,三星電子將會加速在半導體行業實施大規模併購計劃。

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