三星力圖革新 新封裝技術佈局劍指台積電大客戶

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林宗輝╱北美智權報 編輯部

長久以來,三星在晶圓代工領域一直追趕著台積電的腳步,但因為許多內部的因素,比如說對客戶虛報製程參數、造假等狀況,與台積電之間的距離越拉越遠。三星雖不想放棄,但技術上的落後很難追趕上,而在英特爾也以IDM2.0的代號宣示重新進入晶圓代工領域的野心後,三星一直以來想要挑戰台積電的願望還沒實現,現在又開始面臨老二地位保衛戰,對三星而言壓力相當大。

曾經一度在製程進展超越台積電的三星晶圓代工,在內部接連出現各種矛盾與狀況,包括造假、欺騙客戶等問題,失去客戶信任之後,與台積電的距離也越拉越大,如今,三星也只能不斷放大在晶圓代工事業的投資,期望能夠再次實現多年前那場超越台積電的奇蹟。

不過三星也已經認知到,一味的發展製程微縮技術,是不可能追上已經擁有絕對優勢的台積電,因此三星決定一方面繼續改良其已經發布的GAA 3nm以及相對成熟的4nm,一方面發展更具說服力的3D封裝技術,先挖到一線客戶的部分訂單,以更誠懇、實在的方式取得客戶的信任,其次再從製程密度上著手,說服客戶將台積電的訂單轉移到三星來。

三星不斷失去客戶的信任

台積電能夠維持長久的市場優勢,最主要的關鍵在於台積電對客戶非常實在,什麼時候能夠完成製程佈局,能夠拿給客戶的參數,基本上就是有一說一,不會吹牛,甚至造假。其次,台積電本身並沒有任何自有品牌晶片產品,也因此,不會與客戶形成競爭狀況,客戶也不會有代工廠是否會竊取自家設計的疑慮。然後製程優勢更是緊緊抓住客戶,讓這些客戶很難離開台積電,即便台積電的代工費用已經屬於天價。

相較之下,三星本身有晶片產品,過去也曾因竊取客戶的設計而被告上法院,這使得業界的晶片設計公司對於三星一直以來就缺乏信任,即便是下單,也多半只是作為備援角色,而不是主要生產。

而在14nm製程技術靠著梁孟松的貢獻而一度超越台積電之後,三星內部管理層過度自我膨脹,以為可以一直壓著台積電打下去,因此他們逼迫內部訂下難以達到的技術目標,同時也無視工程師的反應,硬要他們採購使用還沒有足夠技術可以克服的製程設備,如EUV機台,導致內部動盪不堪,下層工程師迫於無奈,只能向上層謊報製程進度以及製程參數,洽談訂單時也同樣使用這份參數,這導致部分客戶如高通,就一直苦於良率以及功耗效率不如預期的問題,導致客戶一方面無法滿足市場需求,另一方面則是晶片成品與目標性能有落差,競爭力不夠。

舉例來說,當初高通在三星投產5nm的Snapdragon 8Gen 1,不止晶片出現嚴重過熱問題,性能也明顯不如預期,後來高通緊急用同樣的設計在台積電下單投產,不僅過熱問題獲得解決,性能也遠超過在三星量產的版本,這使得高通在往後的高階訂單全面撤出三星,轉而在台積電生產,只留部分中低階產品在三星生產。

這些事故讓三星的晶圓代工事業一直走下坡,加上三星本家的晶片設計部門在手機晶片的設計上也遇到極大的困難,因自家晶圓代工技術不如人,晶片技術也有落差,使得性能無法追上在台積電生產的高通產品,迫使三星電子的高階手機也全面轉向使用高通的晶片,拋棄自家生產的Exynos晶片,更是讓三星晶圓代工的產能利用率雪上加霜。

為扳回劣勢,三星在代工價格方面不斷打折砍價,目前在三星生產的晶片產品其單一晶片代工成本可能只要台積電的一半不到,這主要是三星採用良品計價方式,與台積電是販售整片晶圓的方式不同。

後來三星靠低價拿到特斯拉與Google的晶片代工訂單,但二者在三星的訂單也不穩固,特斯拉下一代全自動駕駛晶片將會轉移到台積電,Google也有同樣的盤算,對這兩個客戶而言,三星可能更多只是個驗證晶片設計可行性的低價試驗場,而不是個可以長期經營的代工伙伴。透過幾年的代工合作,二者也徹底摸清三星的能力,認清未來如果自家的晶片產品要有更進一步的發展,只能轉向台積電。

以先進封裝面對台積電與英特爾的競爭

三星看起來已經窮途末路,畢竟製程技術發展不是一蹴可幾,三星號稱良率已經有大幅改善的3nm製程仍然搬不上檯面,連自家晶片也不採用,反觀台積電已經開始為蘋果大量生產3nm晶片,2024年AMD、NVIDIA、聯發科、高通也都會加入採用台積電3nm,而英特爾也將在2025年加入晶圓代工服務的競爭行列,且一開始就推出2nm甚至1.8nm製程,這讓三星在晶圓代工服務的道路上更顯得前景黯淡。

當然,三星在晶圓代工事業投入超過千億美元的資本,怎樣都不可能輕言放棄,否則不只在製程技術上不如台積電,甚至可能落後於英特爾(如果英特爾沒有吹牛),挑戰不了台積電不說,甚至可能連老二的地位都不保。

三星想出的解決方式是從封裝著手,三星最擅長的還是長久經營,與記憶體技術協同發展的3D封裝技術,畢竟台積電與英特爾都不具備最先進的記憶體技術,透過與記憶體的高度整合,或許可創造出三星晶圓代工的第二春。

事實上,封裝服務也成為繼晶圓代工之後,市場需求發展最快的技術之一,根據調研機構Yole Intelligence的研究資料顯示,全球先進晶片封裝市場將從2022年443 億美元成長到2027年660億美元。而單就3D封裝服務,預計將佔約25%(亦即150億美元市場規模),這也是三星之所以轉向先進封裝發展的主要原因之一。

目前一線晶圓代工企業都有提供自有的封裝服務,藉以滿足客戶的晶片多元化應用目的,三星自然也是朝此目標發展。

SAINT三大品牌上陣,目標瞄準台積電大客戶

為了與台積電以及英特爾競爭,三星宣布推出先進封裝技術SAINT(Samsung Advanced Interconnection Technology,三星先進互連技術),預計在2024年上線服務客戶,SAINT封裝技術產品線分為三大塊,SAINT S、SAINT D 及SAINT L三種技術。這些技術是三星2021年推出2.5D封裝技術「H-Cube」後的最新封裝技術版本。

目前業界先進封裝主流是2.5D 封裝,台積電的2.5D封裝已經持續服務客戶超過十年,持續在全球2.5D到3D先進封裝市場佔據領先地位。身為全球第二大晶圓代工廠的三星在相關領域長期落後,因此計畫彎道超車,直接推出3D封裝技術SAINT,主要訴求是能以更小尺寸的封裝,將AI晶片等高性能晶片記憶體和處理器整合,滿足未來的晶片製造與封裝需求。

除了與製程技術緊密結合,更重要的是藉助自家業界最先進的記憶體技術,創造更強大的晶圓代工生態。三星「SANIT」品牌計畫推出三種技術:垂直堆疊SRAM和CPU的"SAINT S"、將CPU和GPU等處理器和DRAM記憶體垂直封裝的"SAINT D"、以及可將應用處理器(AP)堆疊的"SAINT L"。

SAINT S等新技術已通過驗證測試,消息人士指出,三星與客戶完成進一步測試後明年推出商用服務,目標是透過SAINT新技術,提高資料中心AI晶片及內建AI功能手機應用處理器的效能。

三星期望透過該技術可以打下目前正火熱的AI加速市場,目前AI加速晶片市場需求非常高,三星希望趁此機會推出具備吸引力的方案,讓客戶能夠考慮持續採用三星的晶圓代工服務。

而根據前不久韓國科技媒體透露出來的訊息,三星正緊密和NVIDIA與AMD接洽,希望這兩家AI巨頭能夠採用其代工服務,而諸如微軟、亞馬遜、Google等雲端大廠也都有計畫發展自有的AI晶片,這也是三星瞄準的目標,考慮到台積電的產能被主流晶片產品分走極大的部分,產能非常吃緊,而三星目前閒置的產能極高,加上砍價吸引客戶的誠意,或許能在英特爾正式打進晶圓代工服務之前,築下足夠強大的防火牆,保住自己的晶圓代工老二地位。

 

作者: 林宗輝
現任: 北美智權報資深編輯
學歷: 大葉大學
經歷: 電子時報半導體資深分析師

MIT Techreview 中文版研究經理

財訊雙周刊撰述委員

美國波士頓Arthur wood 投資顧問公司分析師

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