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全球芯片竞争下,三星半导体如何破“芯”局 | 钛度专访

深度
“这不是数字的问题,而是‘要么做,要么死’的问题。”三星电子副会长李在镕于今年7月,启动有史以来规模最大的450万亿韩元(合3550亿美元)五年投资计划,其中60%以上资金投入到半导体领域。

2022年8月,三星电子副会长李在镕出席韩国器兴新的半导体研发中心破土动工仪式(来源:三星电子官网)

三星电子副会长李在镕出席8月韩国器兴新的半导体研发中心破土动工仪式(来源:三星电子官网)

钛媒体注:9月21日下午,三星集团、三星电子副会长李在镕会见媒体时表示,软银集团CEO孙正义将于下月访问首尔,预计双方会在英国半导体设计公司Arm方面形成战略性同盟(Strategic Alliance),也可能会讨论并购Arm等事项,如果参与收购Arm,有望成为今年芯片产业最大的并购案。这一消息引发整个半导体行业热议。

过去43年,三星电子持续发力半导体技术创新,在先进代工方面,如今已经成为与台积电抗衡的一股新力量。

钛媒体App通过独家深入采访三星电子的半导体事业暨设备解决方案部门,试图探寻5年向中国投资200多亿美元,同时还宣布斥资2000亿美元在美国新建11家芯片厂,三星电子这家公司如何在中美芯片竞争下寻找平衡、双赢以及“共同点”。

2022年9月7日,距离韩国首尔70多公里的京畿道最南端,三星电子(005930.KS) 正式启动了世界最大规模的半导体生产基地——平泽园区3号线 (P3)设施,这里生产着14nm DRAM和超高容量V NAND芯片、5nm以下最先进工艺的半导体产品。

同日,媒体记者们还首次看到5年前启动的三星平泽1号生产线内部情况。

进入园区,装有芯片的自动运输设备(OHT)以每分钟300米的速度在头顶不停地移动,从材料投入到清洗、蒸镀等,所有工程都是100%自动化的。

三星电子DS(半导体事业暨设备解决方案)事业部负责人庆桂显(Kye Hyun Kyung)7日接受媒体采访时表示,通过大规模投资先进技术及运营P3设施,将进一步巩固三星在Nand Flash市场的主导地位,意义重大。

实际上,作为韩国市值第一、全球唯二具备3nm芯片制造能力的科技巨头,三星电子近期在芯片半导体领域动作频频。

此前7月,三星电子宣布基于GAAFET(全环绕栅极晶体管)技术的3nm芯片实现量产,用于高性能计算、移动SoC等领域;8月19日,三星电子副会长李在镕(Jay Y. Lee)出席在韩国器兴园区的次世代半导体研发中心破土动工仪式。三星电子计划到2028年将投资约20万亿韩元,用于建设尖端半导体研发园区。

三星电子正以迅猛速度,全面发力先进制程的芯片半导体。而目前,该公司已成为全球存储芯片领域、全球半导体产品销售领域毋庸置疑的 No.1。

回顾过去84年,三星集团从一家以农食品销售为核心的“三星商会”,逐步成长为涵盖电子、生物医药、物产等16家上市子公司的万亿级行业巨头,产品深入到韩国人的日常生活当中。

然而,经历半个多世纪的三星,穿越多个产业周期,仍面临诸多挑战。包括1997年和2008年两次金融危机,先进芯片半导体技术瓶颈,当下的新冠疫情、高通胀加息压力以及消费级芯片销量下滑等。正如庆桂显所讲,“世界变化如此之快。”

最终,三星都挺到了今天,大规模投入技术研发,持续实现科技创新:三星通过变革性的想法和技术激发世界,创造未来

接下来,三星电子将把更多资金投入到芯片半导体领域,其中包括晶圆代工业务。根据2019年公布的“半导体愿景2030”发展蓝图,三星电子计划十年内投资共计133兆韩元(约合1157亿美元),誓言到2030年成为系统半导体产业领头羊,即全球第一大非记忆半导体公司。

对于中国市场,三星一直是重要的参与者。

三星DS部门对钛媒体App独家透露,作为最早进入中国的海外企业,截至2021年,三星累计在华投资超500亿美元,其中,近5年的新增投资就达200多亿美元,80%集中在半导体、新能源动力电池等高新技术产业。即使在新冠疫情期间,三星在中国依然保持着每年四、五十亿美元的稳定投资。

十年前,三星半导体入驻陕西西安,建立全球重要的半导体生产基地,也是陕西最大的外商投资项目。三星西安厂产能目前已占到世界NAND闪存产能的10%以上。

那么,三星半导体未来将如何谋划布局,在这场全球先进芯片竞赛中重振巅峰?中国半导体市场将在其中扮演怎样角色?

8月下旬,钛媒体App独家专访了三星DS事业部,试图揭秘这家全球科技巨头的未来“芯”局。 

下一盘大棋

"如果进军半导体业务失败,三星集团将会失去半壁江山。但我认为只有三星才能进行这场冒险。"已故三星集团创始人李秉喆,在1985年接受一家媒体采访时如是说。

而在此之前的1983年,李秉喆发表了进军半导体业务的“东京宣言”。他强调,虽然这是风险极高的艰巨挑战,但以"必须是三星"的企业家精神开始了新事业。

实际上,回顾过去半个多世纪,三星一直在强周期的芯片半导体领域下着“大棋”。

芯片半导体能够成为三星电子的支柱业务之一,与韩国本土对于半导体产业的重视程度密切相关。

1975年,韩国政府公布“六年计划”,扶持本土半导体产业发展。

1979年12月,三星在韩国水原成立研发中心,并于1980年4月启用。水原研发中心发展后,帮助三星进一步涉足电子、半导体、高分子化学、基因工程、光通讯等领域。和航空航天,以及从纳米技术到先进网络架构的各种新的技术创新领域。

1983年,三星在京畿道建厂进入半导体领域。随后1983-1987年全球半导体业进入低潮期,三星加大逆周期投资力度,追逐技术创新,不断发展壮大。

1992年,世界上第一个64Mb DRAM存储器诞生于三星电子器兴园区。
三星第一款64Mb DRAM产品

三星电子研发的全球第一款64Mb DRAM芯片

DRAM当时被誉为“电子产业的大米”,属于尖端技术产品。而三星电子将64Mb DRAM实现量产,标志着三星半导体领导地位的开始。1993年起,三星实现存储器半导体领域第一。

2002年起,三星电子坐稳全球NAND闪存市场占有率第一,并在过去20年来持续领先。

今年9月18日,市场研究机构Omdia发布的今年第二季度(4-6月)半导体市场销售报告显示,尽管Q2全球半导体市场规模环比减少31.11亿美元,但受益于稳健的需求,三星电子该季芯片销售额达到创纪录的203亿美元,约占全球的12.8%,已连续四个季度超过英特尔,稳居全球半导体销量冠军。

目前,三星电子既是全球最大的半导体IDM(垂直整合制造)公司之一,又是唯一推动并引领先进极端远紫外 (EUV) 光刻技术用于制造DRAM的芯片企业。

庆桂显领导的三星电子DS事业部,旗下包含晶圆代工(Foundry),DRAM、固态硬盘、UFS和eMMC嵌入式存储等各种存储器产品,移动、汽车和可穿戴设备处理器,以及显示芯片、射频通信芯片、OLED、电源管理等各类芯片设计和生产,用于汽车、AI(人工智能)、5G、大数据和数据中心、集成存算一体化 (PIM)等领域。

其中在Foundry业务中,过去几年,三星的代工业务占全球总量的17%。其中,三星自研的应用处理器(AP)、显示驱动IC(DDI),甚至针对专属市场的特殊规格内存,占其芯片制造产量的一半。

近年来,三星一直热衷于加强其代工业务。

三星半导体过去两年的资本支出份额从16%,上升到25%左右,目前已接近40%。System LSI部门超过80%的收入来自代工服务这一事实表明,三星希望推动晶圆代工业务,并让其为公司贡献更多利润——2021年,Foundry业务收入对三星电子的贡献达到7.3%。

与此同时,三星电子还积极推动开源技术开发,与浪潮(Inspur)展开了基于 OCP 的技术合作,并将此类型的跨行业合作命名为“波塞冬”项目。2020年,三星与浪潮联合发布了企业和数据中心固态硬盘规格 (EDSFF) E1.S 固态硬盘参考系统波塞冬V1,并于2021年成功投入量产。去年三星发布了首个基于开源硬件技术的EDSFF E3参考系统波塞冬V2。

三星DS部门对钛媒体App表示,其团队正在开发并供应内置于波塞冬系统的多种内存与解决方案,可以让数据中心系统变得更快、更高容量、更高效。

值得注意的是,目前,三星电子正在调整SoC(处理器)事业模式,希望通过最大化的利用资源,来制定一个能够长期保持竞争力的战略。

“特别是,我们将致力于加强下一代‘Exynos’的竞争力,并以5G全系列为基础,通过中低端产品和高端产品逐步扩大市场。同时,三星还会将Exynos的应用拓展至可穿戴设备、笔记本调制解调器、Wi-Fi等产品领域,以此来完善以移动为核心的业务结构。”三星DS部门向钛媒体App表示。
三星半导体工厂(来源:三星电子官网)

三星半导体工厂(来源:三星电子官网)

此外,对于整个芯片半导体行业来说,环境安全、绿色生产、减少碳排放已经成为了企业发展过程中的重要议题。

作为全球信息技术(IT)行业用电量和用水量第一名企业,三星电子正制定新的碳排放目标,投资超过50亿美元推动可持续发展。

9月15日,三星电子发布《新环境经营战略》报告,宣布到2050年实现碳中和——通过超低电力半导体和产品开发等创新技术来克服气候危机,计划到2050年实现100%绿电供应。该公司还决定加入全球RE100,并将在2030年前斥资50.3亿美元(7万亿韩元),推动降低工业碳排放、回收利用废弃电子产品、保护水资源等。

具体来说,三星DS部门向钛媒体App介绍了努力实现碳中和的三大技术手段:

一、使用三星半导体大容量一体式温室气体处理设施RCS(可利用催化剂在屋顶处理所有工艺气体的设施),尽可能减少半导体制造过程不可避免会产生的温室气体,从而减少碳排放;

二、对三星半导体工厂进行Reduce(减少)、Reuse(再利用)、Recycle(再循环)“3R亲环境运营管理”,减少水资源使用的同时,还要循环再利用水资源;

三、不断简化制造工艺,优化操作主要设备测试的次数,提高辅助设施的温度条件,并实施更高能效的措施,以节省电力。

另外,三星半导体还在西安园区设立“绿色中心”,将厂内生活污水通过生物处理集过滤与吸附,被加工成半导体生产中所需的“超纯水”进行二次利用。“其实不仅是西安工厂,三星旗下的所有工厂都拥有极为先进的废水净化设施。三星半导体位于西安和苏州的工厂均实现了100%资源循环率。”三星DS部门表示。

未来,三星还希望在增设半导体生产线下,将用水量冻结在去年的水平,最大程度实现循环水利用,并计划通过芯片低功耗技术,大幅减少数据中心和移动设备中使用存储器的用电量。

三星称,如果数据中心更换为三星电子固态硬盘驱动器(SSD)新品,以及DDR5 DRAM等,就可节省8.5TWh规模的电力使用量——相当于韩国首尔2021年家庭用电总量的60%左右。

平衡芯片脱钩,快速推进本土3nm晶圆制造

芯片产业是一个非常依赖全球化的产业体系。目前,全球有23个国家和地区具备参与半导体产业多个环节的能力。

根据2019年数据显示,在全球半导体贸易市场中,美国企业占据近50%份额,韩国企业近20%,日本和欧洲各占10%左右,中国大陆和台湾地区各占大约5%。

但随着中美两国在半导体产业“脱钩”,加上国内芯片半导体行业“国产替代”风向,无论是半导体材料、设备、EDA领域国际巨头,还是三星、英特尔、英伟达、AMD等芯片供应商,他们在国内处于非常敏感且尴尬的局面——一面要稳定提升大中华区销售业绩,另一面还要尽力解决美国对华的制约困扰。

庆桂显对此的解决方案是:平衡、双赢。

“我们很难错过(中国)这样一个拥有很多重要客户的市场。我们正在努力解决冲突,为每个人找到一个双赢的解决方案。”庆桂显7日对媒体表示,他希望韩国“首先寻求中国的理解,然后与美国进行谈判”。

根据财报显示,三星电子2021财年约1953亿美元收入中,319亿美元来自中国,占比达16.3%。

实际上,三星在中国拥有诸多半导体设施,在四地拥有工厂——陕西西安的Nand Flash工厂,苏州的封装测试工厂,天津LED工厂,以及广东东莞的OLED工厂。此外,三星半导体还在西安、苏州及杭州设有研发中心;销售总部位于深圳,销售网络遍布国内的诸多城市。

其中,三星西安半导体工厂,是三星电子在海外投资的唯一一个集存储芯片制造、封装测试于一体的工厂。

2022年也是三星半导体入驻西安的第十个年头,三星西安厂完成了1期NAND闪存工厂、2期工厂和1期封装工厂等所有建设和投资。

三星向钛媒体App独家透露,到目前为止,三星半导体在西安工厂共投资260亿美元,并继续投资生产世界最先进的新产品。(注:这里的先进不是指先进节点制造工艺,而是三星自研的先进技术)
三星西安半导体工厂,是三星电子在海外投资的唯一一个集存储芯片制造、封装测试于一体的工厂

三星西安半导体工厂,是三星电子在海外投资的唯一一个集存储芯片制造、封装测试于一体的工厂

截至2021年,三星累计在华投资超500亿美元(约合3167.25亿元人民币),其中近5年的新增投资就达200多亿美元,八成集中在半导体、新能源动力电池等高新技术产业。即使在疫情期间,三星在中国依然保持着每年四、五十亿美元的稳定投资。

三星半导体对钛媒体App表示,三星在中国的业务已经发展了很长时间。除了自身的发展,作为中国IT产业的好伙伴,三星也希望为中国IT产业的发展做出贡献。当下,三星电子根据全球市场的需求运营着全球制造、研发、销售网络。

与此同时,在韩国本土,三星电子正在加大对晶圆代工的扶持力度。

根据财报显示,三星电子预计2022财年收入将达到2400亿美元,相比2021全年2210亿美元(279.6兆韩元)增长8%左右。其中,近40%将来自其移动通信部门,主要是手机等移动设备;另外30%来自半导体部门,存储器是半导体收入的大部分,也是三星电子的“生命线”。

尽管现在的三星电子是名副其实的世界第一大半导体企业,但正遭受其它竞争对手赶超和牵制。在存储器半导体领域,中国、日本等国家的后来者的“追击”非常猛烈,解决方案唯有技术开发。

不过,随着全球经济衰退,消费电子规模萎缩,半导体业务并不乐观,而DRAM首当其冲,庆桂贤预计明年半导体行业情况也没有好转迹象。

因此从短期来看,先进节点的晶圆代工业务收入正在成为三星电子新的增长引擎。

对于晶圆代工企业来说,行业对芯片的性能和功耗有着更高的需求,因而驱动着晶圆制造技术不断进步。新一代的制程技术就意味着价值量更高的新产品,而领先的制程技术就意味着能抢占更高的市场份额,这便是晶圆代工行业发展的驱动力,也造就了晶圆代工企业间不断追逐先进制程技术的局面。

自2000年初起,三星电子就已经开始了对GAA晶体管结构的研究。2017年开始,公司将其正式应用到3nm工艺,并于今年6月宣布启动利用GAA技术的3nm工艺的量产。

截止目前,只有台积电和三星拥有3nm芯片量产能力。所以这场先进制程芯片竞赛,只剩下两家公司展开竞争。

但问题是,三星电子的晶圆代工业务,在市场占有率从2019年开始一直停滞在约18%的水平,这与台积电持续保持50%以上的状况,形成鲜明对比,后者的“攻势”非常猛烈。

然而,三星DS正不断补齐短板,快速发展。

三星DS部门告诉钛媒体App,三星的代工业务目前有超过100多位客户,这与代工业务成立之初的2017年相比,增长了3倍。关于3nm,正在与其洽谈的合作客户也有多家,将应用于高性能、低功耗的高性能计算和移动处理器领域。

在三星看来,高性能计算(HPC)客户需要第二家供应商,所以除了台积电,他们会在三星和英特尔之间进行选择。三星甚至希望与英特尔联手,打破台积电在先进节点制造领域的主导地位。

“这不是数字的问题,而是‘要么做,要么死’的问题。”李在镕表示。

今年7月,李在镕宣布,三星电子启动有史以来规模最大的450万亿韩元(合3550亿美元)五年投资计划,其中60%以上资金将投入到半导体领域。

而不到一年前,三星电子还表示,未来三年向半导体、显示器和生物等核心业务投资2400亿韩元。

短短一年间的转变,是李在镕在半导体行业衰退背景下,对世界扔下的重磅“震撼弹”。
今年5月20日,美国总统拜登在韩国平泽访问期间,三星电子副会长李在镕发表演讲

今年5月20日,美国总统拜登在韩国平泽访问期间,三星电子副会长李在镕发表演讲

回归三星之后,李在镕对半导体寄予厚望。他曾在职员面前拿出创始人李秉喆的遗志和遗物,以重温过去的挑战精神。他指出,三星电子应该具备不受危机影响、领先全球的技术能力。

“虽然目前很困难,但计划持续投资,为繁荣期做准备。”庆桂贤向媒体透露,接下来,三星电子将会加速在半导体行业实施大规模并购计划。(本文首发钛媒体App,作者|林志佳)

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