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非美系設(shè)備無望 打造非美系設(shè)備芯片廠 三星能做到嗎?
時(shí)間:2020-06-16 16:09:59

近日,三星欲打造非美系設(shè)備芯片制造廠的消息再次被媒體熱炒。其實(shí)這個(gè)消息早在5月底就被報(bào)道過,即臺灣經(jīng)濟(jì)日報(bào)當(dāng)時(shí)報(bào)道,華為正試圖說服三星及臺積電,為其打造采用非美系設(shè)備的先進(jìn)制程生產(chǎn)線,甚至稱,三星已有一條7nm采用非美系設(shè)備的產(chǎn)線正在為華為旗下海思試產(chǎn)。

三星真的有實(shí)力打造非美系設(shè)備的芯片制造廠嗎?背后折射出三星芯片產(chǎn)業(yè)怎樣真正的實(shí)力?

非美系設(shè)備無望,三星該領(lǐng)域無存在感

既然是芯片制造,自然起決定作用的就是相關(guān)的芯片制造設(shè)備。眾所周知,IC(包括芯片)制造通常需要光刻機(jī)、刻蝕機(jī)、薄膜設(shè)備、擴(kuò)散離子注入設(shè)備、濕法設(shè)備、過程檢測等六大類設(shè)備。

根據(jù)VLSI Research的數(shù)據(jù)顯示,美國企業(yè)在PVD,CMP設(shè)備,檢測設(shè)備和離子注入設(shè)備領(lǐng)域基本壟斷了市場。從營收角度看,美國三大半導(dǎo)體設(shè)備提供商AMAT(應(yīng)用材料公司),Lam Research(泛林),KLA(科磊)2019年的應(yīng)用收入分別為134.68億美元,95.49億美元和46.65億美元,約占全球總營收的35.9%及前15的43%,占有絕對優(yōu)勢。

從設(shè)備所占市場份額看,AMAT的產(chǎn)品覆蓋了整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈,眾多產(chǎn)品市場占有率處于世界領(lǐng)先水平,包括PVD沉積設(shè)備(84.9%),CMP設(shè)備(66%),離子注入設(shè)備(73%)領(lǐng)域處于領(lǐng)先水平。此外,泛林的刻蝕機(jī)市場占有率達(dá)到52.7%,科磊的檢測設(shè)備市場占有率達(dá)到70%。

更讓外界感覺無力的是,除了三大設(shè)備制造商外,美國半導(dǎo)體設(shè)備產(chǎn)業(yè)還有大批的零部件供應(yīng)商,就連業(yè)內(nèi)熟知的大名鼎鼎的ASML的光刻機(jī),竟然也離不開美國的半導(dǎo)體零部件供應(yīng)商。

據(jù)彭博社搜集的數(shù)據(jù)顯示,ASML的光刻機(jī)也使用了美國的技術(shù),而從ASML整個(gè)上游供應(yīng)鏈看,ASML的17家核心供應(yīng)商中,竟然有9家來自美國,包括布魯克斯自動(dòng)化,sparton,II-VI Incorporated公司、Lumentum(魯門特姆控股公司)等,此外ASML光刻機(jī)的光源由Cymer(已被ASML收購)提供,計(jì)量技術(shù)裝備由美國惠普制造。由于ASML光刻機(jī)大部分零部件選擇外包,因此對供應(yīng)商,尤其是美國供應(yīng)商依賴程度嚴(yán)重。

那么問題來了,這種現(xiàn)實(shí)之下,三星可以打造非美系設(shè)備半導(dǎo)體制造生產(chǎn)線嗎?

為此,EE Times曾一份報(bào)告就芯片制造過程的11個(gè)階段對領(lǐng)先的設(shè)備供應(yīng)商進(jìn)行了排名,得出的結(jié)論是:盡管在沒有美國設(shè)備的情況下,理論上建立一條半導(dǎo)體生產(chǎn)線是可行的,但日本、歐洲乃至中國國內(nèi)的設(shè)備在許多領(lǐng)域并不領(lǐng)先。

到這里我們只想說,能建、能用和好用是完全不同層面的概念。

需要說明的是,在前15家排名中,竟然沒有一家韓國自己的芯片制造設(shè)備企業(yè),而據(jù)統(tǒng)計(jì),在2018年,韓國SEMES曾進(jìn)入過榜單,位列TOP12,但由于投資不足,去年徹底與前15無緣。其實(shí)即便是進(jìn)入前15的榜單,在芯片制造設(shè)備領(lǐng)域,韓國不要說與美國,就是與日本和歐洲的企業(yè)相比都相距甚遠(yuǎn)。

另據(jù)韓國國國際貿(mào)易協(xié)會(huì)(KITA)的數(shù)據(jù),2019年韓國進(jìn)口芯片制造設(shè)備排名前三的國家分別是日本、美國和荷蘭。這意味著,韓國在芯片制造設(shè)備領(lǐng)域與美國起碼的博弈能力都不具備,甚至首先會(huì)被日本鉗制(始于去年的日韓在芯片領(lǐng)域的貿(mào)易戰(zhàn)知道吧)。

日韓貿(mào)易大戰(zhàn),三星半導(dǎo)體材料曝致命短板

除了芯片制造設(shè)備,半導(dǎo)體材料對于芯片產(chǎn)業(yè)的重要性也是不言而喻。如果三星在這個(gè)領(lǐng)域可行的話,某種程度上也會(huì)讓其在建立非美系設(shè)備芯片制造廠時(shí),具備與美國博弈的籌碼。但不幸的是,在這個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域,去年爆發(fā)的日韓貿(mào)易戰(zhàn)又讓三星暴露出在芯片產(chǎn)業(yè)鏈中的又一致命短板。

通過此次貿(mào)易戰(zhàn),業(yè)內(nèi)知道,日本竟然是全球最大的半導(dǎo)體材料生產(chǎn)國,并在半導(dǎo)體材料里長期保持絕對優(yōu)勢,生產(chǎn)半導(dǎo)體芯片需要19種左右的必須的材料,缺一不可,且大多數(shù)材料具備極高的技術(shù)壁壘。其中日本企業(yè)在硅晶圓、合成半導(dǎo)體晶圓、光罩、光刻膠、靶材料、保護(hù)涂膜、引線架、陶瓷板、塑料板、TAB(捲帶式自動(dòng)接合)、COF(薄膜復(fù)晶)、焊線、封裝材料等14種重要材料方面均占有50%以上的份額。

例如,在材料中成本占比最高的硅片領(lǐng)域(超過30%),日本信越化學(xué)遙遙領(lǐng)先,市場份額第一,隨后為日本 SUMCO(三菱住友)、中國臺灣環(huán)球晶圓、德國 Siltronic、韓國的SK 海力士。2018年,前四大硅片供貨商的全球市占率達(dá)到了94%,其中日本信越化學(xué)占比28%,日本三菱住友占比25%。

在光刻膠領(lǐng)域,日本JSR、東京應(yīng)化工業(yè)、住友化學(xué)、美國陶氏、富士電子等企業(yè)壟斷;在靶材領(lǐng)域,日本的日礦金屬、霍尼韋爾、東曹、普萊克斯占據(jù)了大部分市場。

相比之下,三星,甚至是整個(gè)韓國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈在半導(dǎo)體材料方面幾無建樹,而且導(dǎo)致了對于日本半導(dǎo)體材料的高度依賴。

例如去年日韓貿(mào)易戰(zhàn)中,被日本列入限制出口名單的高純度氟化氫,其主要用途為半導(dǎo)體的濕式刻蝕。盡管全世界各大廠生產(chǎn)的氟化氫幾乎都能99.99%的純度,但卻唯有日本廠商的氟化氫能將純度達(dá)到99.999%。

在7納米工藝開始量產(chǎn)、以及半導(dǎo)體愈發(fā)高精密化的當(dāng)下,濕式刻蝕因?yàn)槠涓飨蛲瑯拥奶攸c(diǎn),從而使得芯片制造廠商對于氟化氫的純度要求也水漲船高。目前,從日本進(jìn)口的高純度氟化氫占到了韓國總進(jìn)口額的43.9%。

又如被限制的光刻膠,隨著當(dāng)今各種芯片先后跨入微納米級別,光刻膠對應(yīng)的波長也相應(yīng)地不斷減小。目前較為主流的光刻膠波長主要有g(shù)線(436納米)、i線(365納米)、KrF(248納米)、ArF(193納米)以及最新的EUV(13.5納米)。其中商用最為廣泛的KrF和ArF更是日本人的天下,根據(jù)韓國國際貿(mào)易協(xié)會(huì)給出的數(shù)據(jù),韓國超過91.9%的光刻膠依賴從日本進(jìn)口。

盡管三星此后積極尋找替代,并宣布了巨額投資計(jì)劃,即在未來7年里投資7.8萬億韓元(約合65億美元或者449億人民幣)研發(fā)國產(chǎn)半導(dǎo)體材料及裝備,減少對日本的依賴。但何時(shí)能在關(guān)鍵半導(dǎo)體材料領(lǐng)域具備類似日本可以作為殺手锏的博弈能力尚需時(shí)日。

自研核心水平下滑,芯片設(shè)計(jì)優(yōu)勢正在喪失

眾所周知,半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝主要分為設(shè)計(jì)、制造、封測三大環(huán)節(jié),在后兩個(gè)環(huán)節(jié)中,需要關(guān)鍵設(shè)備和材料,它們也是保障芯片順利生產(chǎn)的上游基石。但就像我們前述,三星在后兩個(gè)環(huán)節(jié)中關(guān)鍵的半導(dǎo)體設(shè)備、材料上幾乎沒有任何競爭優(yōu)勢,那么只剩下設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)這個(gè)優(yōu)勢。即便如此,三星也面臨失去的危險(xiǎn)。

今年3 月 21 日,三星用戶在 Change.org 網(wǎng)站上提交的一份請?jiān)笗l(fā)了業(yè)內(nèi)的強(qiáng)烈關(guān)注。而用戶請?jiān)傅哪康氖窍蛉鞘┘訅毫Γ笃渫V乖谄炫炇謾C(jī)Galaxy S20 Plus搭載自家 Exynos 990。至于原因,就是搭載該芯片的機(jī)型性能、功耗等的表現(xiàn)遜色于搭載高通驍龍865的Galaxy S20 Plus。

據(jù)外媒 Android Authority的相關(guān)測試,Exynos 990確實(shí)在性能、功耗等方面與高通驍龍865存有不等的差距。

例如在 FHD+ 分辨率、刷新率為 60Hz 的配置下,無論是單核還是多核,驍龍 865 在 CPU 方面的成績都優(yōu)于 Exynos 990;GPU 方面,Exynos 990 落后驍龍 865 近 50%;系統(tǒng)性能方面,驍龍 865 也更勝一籌。

又如在 FHD+ 分辨率、刷新率為 120Hz 的配置下,兩款 CPU 的單核表現(xiàn)近乎一致,不過多核方面,驍龍 865 具有明顯的優(yōu)勢;GPU 方面,兩者的差距較 60Hz 配置下的表現(xiàn)大大縮小,不過驍龍 865 仍然領(lǐng)先;系統(tǒng)性能方面,驍龍 865 更優(yōu)。

業(yè)內(nèi)知道,三星Galaxy S/Note“一機(jī)雙芯”的做法已經(jīng)沿用很久,即面向不同的市場分別搭載驍龍和Exynos兩套不同的處理器,同時(shí)基帶、CMOS等元件也總是略有不同。得益于三星LSI團(tuán)隊(duì)的精細(xì)調(diào)教,兩顆旗艦SoC性能方面的差異很小,甚至Exynos在部分子項(xiàng)上還略有領(lǐng)先。

隨著Exynos 990的發(fā)布,三星自研的高性能CPU核心已經(jīng)推進(jìn)到了第五代,前后投入了170億美元,但收效并不理想,尤其隨著ARM公版性能的不斷提升,三星自芯片核心的迭代速度已經(jīng)落后。

所以無論從技術(shù),還是商業(yè)價(jià)值的角度,三星自研芯片核心已沒有實(shí)際意義,這也是為何三星去年11月解散了位于德州奧斯汀的整個(gè)CPU研發(fā)團(tuán)隊(duì),未來完全轉(zhuǎn)向ARM公版架構(gòu)的原因,而這勢必會(huì)削弱三星在芯片領(lǐng)域,與蘋果、高通等具備自有芯片核心企業(yè)在芯片層面差異化的競爭力,并反映到智能手機(jī)終端市場。

綜上所述,不管是三星,還是其他企業(yè),打造非美系設(shè)備芯片制造廠能否成功,最終考量的是企業(yè)在芯片產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)欠窬邆淇晒┎┺牡臍⑹诛担瑑H就三星而言,顯然在芯片產(chǎn)業(yè)鏈核心領(lǐng)域并不具備,甚至是缺乏這種殺手锏,同時(shí)暴露出三星本身在芯片產(chǎn)業(yè)中的“大而不強(qiáng)”。

而這也在提醒中國的芯片產(chǎn)業(yè),鑒于未來芯片市場競爭的復(fù)雜性,尤其是非市場競爭因素的增加,博弈能力將至關(guān)重要。所以,我們在未來的發(fā)展中,理應(yīng)理清芯片產(chǎn)業(yè)鏈中哪些是核心的殺手锏技術(shù),重點(diǎn)突破,切忌追求表面上的大而全,實(shí)則外強(qiáng)中干,只有這樣,中國的芯片產(chǎn)業(yè)才能真正做到不受制于人,在博弈中占據(jù)上風(fēng)。

關(guān)鍵詞: 芯片廠

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