三星半导体:GAA FET与EUV是半导体领域下一代重要突破

三星半导体:GAA FET与EUV是半导体领域下一代重要突破,第1张

日前,三星半导体博客刊发了一篇TECHnalysis Research公司总裁兼首席分析师Bob O'Donnell的文章,他提出了他对于过渡到全新Gate-All-Around晶体管结构的看法。通过重新思考和重新构建基本的晶体管设计,Bob认为技术行业可以期待几代工艺技术的改进,同时减少半导体尺寸和功率要求,以及提高半导体性能。

任何关注半导体行业的人都知道芯片性能提升的速度开始放缓。与此同时,工艺公司已经讨论了他们减少制造芯片尺寸时面临的一些挑战。虽然通常与摩尔定律的继续发展有关,但更多是伴随着半导体工艺节点尺寸的减小,影响性能的因素会持续增加。

就在几个月前,三星半导体的代工业务宣布了晶体管设计方面的一项重大新进展,称为Gate-All-Around(GAA),它有望在未来几年保持晶体管级半导体的发展。从根本上说,GAA提供了对基本晶体管设计的重新思考和重新架构,其中晶体管内部的硅通道完全被栅极材料包围,而不是像三极一样被栅极材料覆盖,就像FinFET设计一样,这种设计可以增加晶体管密度,同时增加沟道的缩放潜力。

整个 科技 行业都在期待着半导体工艺的改进,这些进步将继续降低半导体尺寸和功率,并提高半导体性能。GAA与极紫外光(EUV)光刻技术一起被认为是半导体制造领域下一个主要技术进步,这为芯片行业提供了从7nm到5nm到3nm工艺节点的清晰路径。

从技术上讲,由于GAA FET技术降低了电压,这也为半导体代工业务提供了一种超越FinFET设计的方法。随着晶体管不断缩小,电压调节已被证明是最难克服的挑战之一,但GAA采用的新设计方法减少了这个问题。 GAA晶体管的一个关键优势是能够降低电压缩放造成的功耗,同时还能提高性能。这些改进的具体时间表可能不会像行业过去那么快,但至少关于它们是否会到来的不确定性现在可能会逐渐改观。对于芯片和器件制造商而言,这些技术进步为半导体制造业的未来提供了更清晰的视角,并且应该让他们有信心推进积极的长期产品计划。

GAA的时机也是 科技 行业的偶然因素。直到最近,半导体行业的大多数进步都集中在单个芯片或单片SOC(片上系统)设计上,这些设计都基于单个工艺节点尺寸构建的硅芯片。当然,GAA将为这些类型的半导体提供重要的好处。此外,随着新的“小芯片”SOC设计的势头增加,这些设计结合了几个可以在不同工艺节点上构建的较小芯片组件,很容易被误解为晶体管级增强不会带来太多的价值。实际上,有些人可能会争辩说,随着单片SOC被分解成更小的部分,对较小的制造工艺节点的需求就会减少。然而,事实是更复杂,更细微。为了使基于芯片组的设计真正成功,业界需要改进某些芯片组件的工艺技术,并改进封装和互连,以将这些元件和所有其他芯片组件连接在一起。

重要的是要记住,最先进的小芯片组件正变得越来越复杂。这些新设计要求3mm GAA制造所能提供的晶体管密度。例如,特定的AI加速,以及日益复杂的CPU,GPU,FPGA架构需要他们能够集中处理的所有处理能力。因此,虽然我们会继续看到某些半导体元件停止在工艺节点的路线图中,并以更大的工艺尺寸稳定下来,但对关键部件的持续工艺缩减的需求仍然有增无减。

科技 行业对半导体性能改进的依赖已经变得如此重要,以至于工艺技术的潜在放缓引起了相当多的关注,甚至对可能对整个 科技 世界产生的影响产生负面影响。虽然GAA所带来的进步甚至没有使该行业完全解决了挑战,但它们足以提供行业所需的发展空间以保持其继续前进。

据businesskorea报道,代工咨询公司IBS 5月15日宣布,三星电子在 GAA技术方面领先台积电(TSMC)一年,领先英特尔(Intel)两到三年。GAA技术是下一代非存储半导体制造技术,被视为代工行业的突破者。

三星已被评估在FinFET工艺方面领先于全球最大的代工企业台积电。FinFET工艺目前是主流的非存储半导体制造工艺。

这意味着三星在当前和下一代代工技术上都领先于竞争对手。

三星于当地时间5月14日在美国Santa Clara举行的2019年三星代工论坛上宣布,将于明年完成GAA工艺开发,并于2021年开始批量生产。

根据我的了解给你从商业角度解读三星将斥资740亿美元扩大韩国半导体产能投资:

具体讲,三星超越台积电,主要是芯片代工领域。在苹果iPhone6S 之前,苹果手机芯片一直都是三星代工,但是到了iPhone6S, 三星采用14纳米代工的芯片续航时间还比不上台积电16纳米芯片,苹果慢慢将其所有芯片代工转移给台积电。

目前在高端芯片代工上面,台积电已经远远超过三星。除了给苹果代工,台积电也给华为麒麟芯片,英伟达,以及比特大陆挖矿芯片代工。

巨额投资不一定能超越台积电。因为芯片代工本身就是一个高技术,高资本投资的行业。三星本身既设计芯片,也代工芯片(目前主要是三星手机芯片和高通芯片),这本来就需要高投资。台积电目前已经在芯片代工上面形成了先发优势,再加上半导体行业目前差不多已经发展到了瓶颈期,所以,想要通过加大投资超越台积电,实际上是比较难的。

硬件的很多技术发展都是依赖于实验室技术的进步以及工业技术的积累,而三星和台积电实际上是选择了不同的发展路线,所以两者的制程是有所区别的。

目前三星的7nm还没有成熟,而台积电已经发展到7nm+部分了。可以看出来的是台积电在EUV部分的应用经验远远超过了三星,而这种经验是实验室中积累不到的,如果不实际 *** 作,会遇到什么样的问题以及如何提高良品率都无法准确地判断和解决。

三星可以通过大量砸入资金来跳过7nm直接进入5nm或者3nm,但是这样制造的生产线因为缺少了一代技术的支持,无论是开发软件还是工艺稳定性的验证都比较缺失,前期的发展会相对吃力,而且现在很多厂商都会去做试生产的检验来确定工厂的产能,三星并没有获得足够多的客户的一个原因在于良品率,当初苹果也选择过三星,但是良品率让苹果的成本提高了不少,而台积电能够提供有保障的地良品率工艺,自然会争抢三星的客户。

三星需要在技术进步的同时,保证良品率提高,这样才能让客户看到优势和诚意,如果真的能够实现5nm高良品率工艺,即使价格稍微高过台积电,也会有接不完的订单的。

三星2021 Q2 财报显示设备解决方案业务已经成为了营业额(160亿人民币)和利润(45亿人民币)最高的业务,而半导体业务占设备解决方案整体营收(120亿人民币)的77.2%,利润(38亿人民币)的84.2%。第二季度,三星的半导体业务实现了25%的同比增长,也因此超过intel成为Q2季度销售额最高的半导体公司。

其实这并不是三星第一次在营收上超过intel,在2017年和2018年三星都力压intel成为当年营收第一的半导体厂商。

三星是全球最大的存储厂商,而存储产品则是集成电路产品占比份额最大的品类(约32%),其中DRAM和NAND则是存储产品中最重要的两种产品,而这两种产品正是支撑三星半导体业务的最主要的两大产品。DRAM占存储品类约60%。

因为电子行业的几乎所有产品都会需要存储产品,出货量极大的内存芯片与原油一样属于大宗商品。内存芯片的行价可以精准地反应供需之间的关系,可以说即便是1%的供给量变化,都可以极大程度地影响整个市场。所以这也就造就了三星在半导体市场上极大的话语权。

目前存储行业势头良好,第二季度行业实现了24%的环比增长;同为内存供应商的SK海力士和美光第二季度的销售额分别增长了21%和16%。物联网、大数据、云计算等产业的发展,对智能设备的需求在未来会保持增长的趋势。因此属于存储市场的周期,在短时间还不会过去。

众所周知的是,三星在各个产业都有布局。三星电子主要有三大业务板块,消费电子类、IT及手机通讯类、设备解决方案;其中设备解决方案包含半导体和显示屏幕两个业务单元组成。同时,因为华为被美国制裁让出了极大份额的手机市场,三星的手机市场也在疯狂扩张,而手机市场的蓬勃发展也可以极大地刺激内存市场的需求,这让三星形成了良好的商业循环。

三星集团旗下共有多达85家子公司,除了三星电子,三星电机,三星物产等公司都是三星半导体事业的可靠后盾。2019年三星年收入1.9万亿,这一数字超过了韩国当年的GDP1.647万亿。半导体行业是对资金要求极高的行业,9月初消息称三星将会在美国耗资170亿美元建立位于美国的第二家代工厂,三星集团的强大财力对太多半导体厂商来说都是可望而不可及的。

高度依赖闪存市场的周期,2017年和2018年三星成为市场第一,两次销售额分别增长了48.8%和19.2%。这种高度增长反映了三星半导体业务的不稳定性,这也使得三星在闪存市场不景气的2019年销售额出现了19.7%的大幅度下降。

为了巩固自己半导体产业三星已经建立了属于自己的代工厂,财大气粗的三星在代工业也是名列前茅。

然而在代工领域,三星没有存储产品那样的绝对实力。从技术角度来看,三星的技术显然是落后于台积电的。三星曾经和台积电都在2015年为苹果代工A9处理器,由三星代工采用14nmFinFET技术的A9芯片功耗明显高于台积电用16nmFinFET技术代工的A9处理器。此后,三星为高通代工了以发热闻名的骁龙888,更是再一次暴露三星技术的短板。

可以看到,三星在代工市场营收是呈下降趋势的,赶不上台积电的同时也在承受着来自联电,中芯国际的追赶。虽然在技术方面上还是领先于中芯国际等,但三星并不领先正在进军代工市场的intel。根据intel公布的技术路线图,intel将于2024年达到2nm制程,而早前有消息称,三星预计2024年量产的3nm产线,在开发3nm GAA技术的研究进程受阻。而且就已经实现的技术来说,同为10nm制程,intel的晶体管密度是三星的两倍。

在半导体供应链安全如此紧张的情势下,韩国政府会倾一切力量去保护本国的半导体企业,更何况三星所掌握的是在整个集成电路里都举足轻重的产品。作为韩国最大的财团,三星可以说把握着韩国的经济命脉,三星乃至整个韩国的半导体产业也正是因为韩国政府的大力支持才得以在日美竞争中突出重围。

今年四月拜登政府在白宫就半导体供应链安全问题召集20多家半导体企业参与听证,其中三星与台积电是唯二两家非美国本土企业的半导体厂商,足以看出三星在半导体产业链上的重要性。韩国与美国的关系不言而喻,但韩国出口的芯片中有三分之一销往中国。以三星为代表的韩国芯片如何选择成了关键点。

在外界纷纷猜测韩国会倾向哪一边时,韩国政府似乎选择领走一条路,不依托任何力量,成为半导体强国。今年文在寅政府发布的K半导体战略,对半导体领域的税收优惠提高到原有水平的六倍,对于研发投资,政府将免去50%的税收。三星在京畿道的半导体代工厂,计划成为世界上最大的芯片生产基地。

这场看似厂商之间的竞争,早已成为了国与国之间的博弈。韩国没有选择美国,更不会选择中国。这一点,不难理解。

三星乃至整个韩国半导体的崛起,都与“逆周期投资”这一个关键词息息相关。在以intel为首的美国半导体企业与东芝为代表的日本半导体企业血雨腥风的斗争中。韩国半导体不计成本地在半导体行业投入,终于迎来了行业的回暖。

从整个产业链结构上来说,由于存储芯片标准化程度较高,只有规模生产降低成本才能赢得市占率。对于周期行业,产业链的一体化是提高抗周期能力的重要因素,所以存储芯片厂的设计和制造最好可以紧密结合。这一点在国内的存储厂商的发展历程也可以得到印证。没有自己的制造线的紫光国微最终放弃了存储器业务,而采用IDM的合肥长鑫的19nm DDR4内存芯片良率已经达到75%,2020年第12英寸晶圆厂已经达到4万片/月产能。

逆周期并不意味着违背市场规律,从1984年到1987年,三星承受着接近1200亿韩元的亏损发展半导体业务,事实证明了三星的坚持是正确的。

而因为DRAM市场后来者太多,选择停止研发并退出DRAM市场的intel,在看到当下的三星时,心中又作何感想,或许也只有摩尔本人知道了。


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