芯片業務大擴張，三星要全面開花

據集邦科技統計，全球前十大晶圓代工廠2021年第四季度產值合計達295.47億美元，連續十個季度創下新高。而在半導體產能吃緊的情況下，集邦預期今年第一季度前十大晶圓代工產值將保持增長態勢。

其中，第二大廠三星晶圓代工呈現出快速增長態勢，從下圖可以看出，三星的季增率達到了15.3%，在前五大廠商中是最高的。此外，三星晶圓代工市占率上升1.1個百分點至18.3%，臺積電則略減1個百分點至52.1%。集邦稱，三星是前五大晶圓代工大廠中，唯一一家在去年Q4市占率擴大的廠商，主要是因為先進的5nm/4nm制程產能逐漸完成、大客戶高通旗艦產品開始量產，推升三星晶圓代工在去年第四季度營收至55.44億美元。

三星電子財報顯示，受惠于半導體部門業績亮眼帶動，2021年第四季度營收和獲利皆優于預期，營收更創下歷史新高，幫助三星超越英特爾，登上全球芯片制造龍頭寶座。

三星電子去年Q4營收達到76.57兆韓元，凈利年增64%。2021全年凈利年增51%，達到39.9兆韓元，營收年增長18%，達到279.6兆韓元。2021年，三星電子最賺錢的業務非內存芯片莫屬，去年半導體部門營收年增29%，達到94.16兆韓元。

三星在投資人會議上提及各事業部門進展，其中，晶圓代工去年第四季度營收創下新高，主要原因在于增加了大型HPC客戶銷售，并在HPC應用中獲得了新訂單。展望2022年首季，三星指出，晶圓代工將專注于提高先進制程產量，進而提升供應穩定性。此外，該公司將在2022上半年大量生產第一代GAA制程。

三星表示，公司確認了美國泰勒和南韓本地新晶圓廠的擴產投資。然而，三星也坦言由于先進制程量產爬坡延遲導致成本增加，獲利能力略有下降。

晶圓代工全面發展

據DigiTimes報道，自2017年三星將晶圓代工業務獨立后，已從最早的30家客戶成長到100家以上。據悉，三星的目標是到2026年，客戶數量達到300家以上，而臺積電2022年的客戶數量預計將超過500家。

從目前的形勢來看，2022年晶圓代工市場依舊火熱，而三星將多點開花，全面發展。三星現階段在汽車和人工智能領域的芯片制造上，仍處于起步階段，這將是未來其晶圓代工是否能繼續壯大的關鍵。

三星希望盡快量產3nm制程芯片，以爭取AMD和高通的訂單，預計未來三年累計資本支出將占其營收的70%左右，而臺積電大概會在50%。目前，三星正在搶購更多的EUV光刻機。據統計，截止到2020年，臺積電的EUV光刻機數量約40臺，三星則是18臺左右，不到臺積電的一半。預計2022年三星會購入大概18臺EUV光刻機，拉近與臺積電之間的數量差距，總數將達到臺積電的60%左右。

先進制程

在先進制程方面，三星一直落后于臺積電，這也給了前者很大的前進動力。

三星已經量產的最先進節點是5nm，這方面，該公司明顯落后于臺積電，特別是在成熟度和良率方面，去年，采用三星5nm制程的高通Snapdragon 888就出現過熱問題，也輸給臺積電5nm制程的蘋果A14、M1芯片效能表現，今年蘋果A15 芯片效能更遠勝S888。

在4nm方面，三星宣布4LPP將在2022年滿足該公司客戶的要求。由于4LPP依賴于熟悉的FinFET，三星的客戶使用此節點將容易得多。此前，三星將其4LPE視為其7LPP工藝的演進工藝，也許這是因為4nm比5nm具有非常明顯的PPAc(功率，性能，面積，成本)優勢，或者因為存在實質性的內部變化(例如，新材料，極紫外光刻的使用率顯著提高等)。據悉，三星在2021年同時提高了其4LPE和5LPP技術的產量，這使其能夠為不同的芯片設計提供不同的PPAc優勢。

3nm方面，三星計劃在2022上半年推出3nm，目前，三星晶圓代工主要客戶包括高通、IBM、英偉達，以及自家的處理器芯片。

三星3nm制程研發規劃分為2個階段，第一代的GAA GAE(GAA-Early)與第二代3nm GAP(GAA-Plus)，2019年稱3nmGAE制程2020年底前展開風險試產，2021年開始量產，但目前未見蹤影，外界認為將延遲到2023年才會量產。

盡管三星晶圓代工營收突破新高，但先進制程產能的爬坡稍慢仍侵蝕整體獲利表現，集邦認為今年第一季度改善先進制程產能與良率是當務之急。

成熟制程

三星在近日的年度報告中透露，今年起將擴大成熟制程晶圓代工產能，并制定了中長期擴產計劃，晶圓代工事業將鎖定CMOS圖像傳感器(CIS)所需成熟制程產能，進而確保新客戶與提高獲利能力。這樣，三星不僅在先進制程方面與臺積電爭奪市場和客戶，還要在成熟制程市場提升與聯電、格芯、中芯國際、力積電等廠商的競爭力度。市場人士解讀，三星因先進制程良率持續面臨瓶頸，才回頭大力發展成熟制程。

2021年，最緊缺的芯片集中在以28nm制程為主的成熟制程芯片，這使得臺積電罕見地在大陸南京廠擴增28nm制程生產線，還在日本熊本縣投資22/28nm制程晶圓廠，顯示出市場對成熟制程芯片的需求緊缺到臺積電也必須回頭擴產10年前技術的生產線。

2021年12月，市場傳出聯電將啟動新一波長約漲價，漲幅在8%至12%之間，2022年元月起生效。據中國臺灣《經濟日報》報道，聯電將于今年3月起調升全品類晶圓代工報價，漲幅約5%至10%。多家IC設計公司也證實，收到了聯電的漲價通知。

據供應鏈分析，聯電再度漲價的原因有二：一是光阻液等化學材料與周邊耗材價格持續升高，加上晶圓代工成熟制程需求持續火熱;二是新擴充的產能來不及滿足客戶需求。

據悉，聯電今年的資本支出達到23億美元，創下放棄先進制程研發以來最高紀錄，聯電也攜手大客戶簽下長約，擴充在臺南科學園區的12英寸廠Fab12A的P5及P6廠區產能，以給予優先提供產能的合作關系，不僅協助客戶確保產能供應，聯電先前表示，目前長約與單一客戶需求，已經達到訂單三分之二，有信心維持高產能利用率。

在行業老大臺積電和老三聯電擴產成熟制程的雙重夾擊下，三星也坐不住了，面對全球市場對成熟制程芯片的渴求，該公司決定大規模擴產也在情理之中。而三星在這方面的主要抓手自然是CIS芯片，因為其市場需求量巨大，且仍在增長之中，更重要的是，三星的CIS市占率全球排名第二，僅次于索尼，無論是設計，還是生產，實力都很雄厚，向市場開放一部分代工業務，是一個不錯的選擇。

據Counterpoint調查統計，全球相機CIS市場收入預計將在 2022 年增長 7%，達到 219 億美元，這主要受智能手機、汽車、工業和其他應用需求增長的推動。

供應商方面，預計索尼將在 2022 年獲得 39.1% 的市場份額，其次是三星的24.9%，第三是豪威科技(12.9%)。

今年，三星有望進一步縮小與索尼與之間的差距，因為前者將受益于其為中高端智能手機提供具有成本競爭力的超高分辨率圖像傳感器的先發優勢以及積極的產能擴張。

在中國尋找新客戶

本周，在股東大會上，三星電子新任共同執行長Kyung Kye-hyun透露，晶圓代工業務將在中國尋找新客戶。

Kyung預測，今年芯片及零組件部門的年增長率有望優于全球芯片市場的9%，三星會設法擴充產能、滿足吃緊的全球市場。Kyung說，三星的晶圓代工部門將在高增長的中國找尋新客戶，同時也要改善廠房營運、擴充產能。

在被股東問到5nm制程以下芯片良率偏低的問題時，Kyung說，初步擴產需要時間，但運作逐漸改善中。他說，制程愈來愈精密，復雜度也提高了，5nm以下的芯片已逼近半導體裝置的物理極限。

Kyung表示，三星計劃將生產線運作優化以改善獲利及供給狀況，并持續提升已開始量產的制程。

拓展摩爾定律

摩爾定律所發揮的效用越來越弱，業界都在想辦法解決這一難題，三星也在探索這方面的新技術。

在2021年底于舊金山舉辦的第 67 屆國際電子器件會議(IEDM 2021)上，三星與 IBM 在“3D at the Device Level”討論環節宣布，已攜手在下一代半導體芯片的設計技術上取得了重大突破。據悉，這項突破性的 VTFET 新技術，允許晶體管在垂直方向上堆疊。不僅有助于縮小半導體芯片的尺寸，還能夠使之變得更加強大和高效。

在摩爾定律“1.0”時代，行業內的 CMOS 晶體管都是以橫向方式構建的。在經歷了數十年的無數次工藝進步之后，現在可以將數十億個晶體管放入一枚小巧的芯片中。

然而隨著工藝日漸逼近原子極限，半導體行業正在向垂直方向積極轉進，受基于溝槽的 DRAM 垂直存取晶體管的啟發，IBM和三星在體硅上使用了所謂的“垂直輸送納米片”(簡稱 VTFET)和 45nm 納米柵極工藝，來制造CMOS元件。

此前的 2D 半導體芯片，都是水平放置在硅表面上的，而電流則沿著水平方向流動。不過得益于 3D 垂直設計，新技術將有助于突破摩爾定律的性能限制，以達成更高的能源效率。與當前的FinFET相比，VTFET 有望帶來翻倍的性能、以及高達 85% 的效率提升。在搞定了柵極長度和間隔尺寸(決定柵極 / 晶體管間距)這兩個關鍵因素之后，3D 垂直器件設計方案使得芯片制造商能夠繼續沿著摩爾定律的方向去發展。

由于降低了靜電和寄生損耗，VTFET 器件有望提供出色的工作電壓和驅動電流。研究人員使用了 VTFET 來制作功能性環形振蕩器。結果發現，與橫向參考設計相比，新技術可減少 50% 的電容。

基于MRAM的內存計算

三星的核心業務是存儲器，這是其營收的主要來源。因此，該公司一直在該領域的前沿技術研究方面持續投入。

例如，今年1月，三星電子宣布，已成功展示世界上首個基于 MRAM(磁阻隨機存取存儲器)的內存計算。這項研究由三星高級技術研究所(SAIT)牽頭，與三星晶圓代工業務和半導體研發中心合作進行。

目前，在內存計算方面，開發方向主要有 RRAM(電阻式隨機存取存儲器)和 PRAM(相變隨機存取存儲器)。相比之下，盡管 MRAM 具有操作速度、耐用性和大規模生產等優點，但迄今為止很難將 MRAM用于內存計算。這種困難來自于 MRAM 的低電阻，由于 MRAM 在標準的內存計算架構中使用時不能享受降低功耗的優勢。

三星電子的研究人員通過架構創新為這一問題提供了解決方案，他們開發了一種演示內存計算的 MRAM 陣列芯片，通過用一種新的“resistance sum”電阻來取代了傳統標準內存計算架構中的“current-sum”，解決了單個 MRAM 器件的小電阻問題。隨后，三星的研究團隊通過運行這種 MRAM 內存計算芯片來測試其性能，以執行人工智能計算。該芯片在對手寫數字進行分類時達到了 98% 的準確率，在從場景中檢測人臉時達到了 93% 的準確率。

結語

2022年，無論是晶圓代工業務中的先進制程、成熟制程，還是存儲器，或是前沿半導體技術，以及全球各主要市場的拓展，三星正在全方位拓展其邊界。各領域的競爭對手或將感受到更多來自于三星的壓力。【責任編輯/鄒琳】

來源：智通財經

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