挑戰晶圓代工霸主(II)─台積電 VS 三星
作者 Lynn
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挑戰晶圓代工霸主(II)─台積電 VS 三星

2016 年 12 月 15 日


前篇引導:半導體知識專題(一):挑戰晶圓代工霸主(1)—台積電(2330-TW)VS聯電(2303-TW)

挑戰晶圓代工霸主(2)-三星-04

由李秉喆創立的韓國三星集團是世界上最大的一家由家族控制的商業帝國,早期出口乾魚、蔬菜、水果到中國東北去。1970年代生產洗衣機、冰箱、電視機等家電, 1980年代開始引進美國先進技術並和韓國半導體公司完成合併,家電、電信與半導體成為三星電子的核心業務。

三星的晶圓代工事業的發展之所以能成功,蘋果(Apple, AAPL-US)可以說是一股最主要的助力。三星是動態隨機存取記憶體(DRAM)和快閃記憶體(NAND)的領導廠商,全球市占率達15.5%。故其始終掌握著iPhone的記憶體關鍵零組件,比如iPhone 4使用的快閃記憶體晶片來自三星、iPad顯示器也是由三星生產。

再加上三星的電子產品,使用的是自家生產的處理器、如Exynos獵戶座;為了獲得蘋果的資源發展晶圓產業、同時不讓自己的產能過剩(若處理器僅用在三星自身產品上會有多餘產能),其晶圓代工幾乎是用成本價吃掉蘋果單、記憶體打包一起折扣賣,來幫自己的晶圓代工練兵。

挑戰晶圓代工霸主(2)-三星-05

從iPhone的第一代晶片開始,蘋果一直向三星採購ARM架構的晶片。2010年蘋果自主研發的A4晶片被搭載在iPad上正式發表、隨後又搭載在iPhone 4中。A4處理器雖出自蘋果,三星自家發表的S5PC100處理器和A4晶片上採用的內核一模一樣,兩款晶片的電路設計上可以說是同一批人馬。後續的A5、A6、A7也都是三星生產。

不過蘋果和三星在代工處理上的關係,直到三星在Android智慧型手機與蘋果的iOS開始起了摩擦。2011年蘋果正式起訴三星GALAXY系列產品抄襲iPhone和iPad、三星又反起訴蘋果侵犯其10項技術專利,蘋果與三星的專利訴訟戰幾乎遍及全世界。

台積電之所以一直沒辦法獲得蘋果訂單,是由於台積電報價強硬,而蘋果迫使台積電接受與三星同樣的成本價、另一方面是當時台積電廠房產能已經滿載,無法接下蘋果如此大量的訂單。後來蘋果因與三星爭訟、力行「去三星化」政策,且三星在20奈米製程的良率無法突破,最後只用來生產自家 Exynos 5430(用在GALAXY A8)與 Exynos 5433(用在GALAXY Note 4);台積電20奈米製程領先三星,同時台積電已經將產能擴張完畢,最後才由台積電首度拿下iPhone 6的A8處理器全部訂單。從另一方面而言,此舉也是蘋果試著掌握議價權的策略──蘋果樂於見到兩家代工廠的競爭,讓價格成了比拼晶片效能外的最佳籌碼。

三星原先還在苦惱20奈米製程的良率問題,忽然間竟直接殺到14奈米製程了。造成這個驚人轉變的關鍵因素,在於台積電內部所發生的洩密問題。

梁孟松是加州大學柏克萊分校電機博士,畢業後曾在美商超微(AMD)工作幾年,在1992年返台加入台積電。 台積電在2003年擊敗IBM、一舉揚名全球的0.13微米銅製程一役,其中便有他的功績。

2009年,梁孟松因研發副總升遷不上的問題、憤而離開研發部門,帶走了自己的一組人馬投奔南韓。接下來的幾年,三星的製程突然研發快速進步,從48、32、28奈米的間隔時間急遽縮短,且三星的電晶體製程與台積電的差異快速減少。合理來說,三星的技術源自於IBM,其電晶體應是圓盤U狀,而非台積電所獨有的稜形結構特徵,但到了14奈米製程,在結構上幾乎已經與台積電無異,據台積電委託外部專家所製作的對比分析報告指出,若單從結構上來看,已經無法分辨兩種晶圓是來自於台積電或是三星所製造,幾乎可以斷定是擅長FinFET技術的梁孟松將營業秘密洩露給了三星。

2014年5月,法院判定梁孟松直至2015年12月31日前不得進入南韓三星工作。台灣法院從未限制企業高階主管在競業禁止期限結束之後,還不能到競爭對手公司工作,可以說是個歷史性的判決。

然而損害已經造成,台積電投入好幾年、幾千億的研發資金在一夕之間被同業超過,蘋果A9的大部分訂單更轉到了三星,對台積電所造成的損失高達好十幾億美元,原因即是三星的14奈米已超越台積電的16奈米。此外張忠謀在2014年的法說會上,坦承16奈米技術被三星超前,使台積電一度股價大跌、投資評等遭降。

這個局勢在iPhone 6s A9晶片忽然扭轉,使的台積電在蘋果A9處理器一戰成名。同時採用三星及台積電製程的A9處理器在功耗上發生的顯著的差異:台積電的晶片明顯較三星地省電,適才爆發知名的iPhone 6s晶片門爭議。這顯示著三星雖然在製程上獲得巨大的進步,但在良率及功耗的控制下仍輸給台積電,使得蘋果A9後續的追加訂單全到了台積電手裡;到了A10處理器,其代工訂單由台積電全部吃下。三星雖然挖走了台積電的技術戰將,但防漏電及提高良率的苦功則還是要仰賴基層生產時的Know-how,這也是台積電的得意絕活。

為什麼三星的14奈米會不如台積電的16奈米製程的另一個原因,在於FinFET(鰭式場效應電晶體)先進製程上的命名慣例被三星打破。當初台積電剛採用立體設計的FinFET工藝時,原本計畫按照與Intel一致的測量方法、稱為20奈米FinFET,因為該代製程的線寬與前一代傳統半導體2D平面工藝20奈米的線寬差不多。但三星搶先命名為「14奈米」,為了不在宣傳上吃虧,台積電改稱為「16奈米」。事實上,三星與台積電皆可稱為「20奈米FinFET」。

台積電於2015年第4季末開始首批10奈米送樣認證,當時僅蘋果、聯發科(2454-TW)及海思等少數一線客戶,高通(Qualcomm, QCOM-US)並未參與。上個月14號(2016/11),高通正式宣布下世代處理器驍龍(Snapdragon)830將採用三星的10奈米製程技術,原因在於:一是驍龍810上的發熱門事件即是採用台積電製程(雖然是高通自己的晶片設計問題);二是有韓國媒體傳出, 高通以晶圓代工訂單做為交換條件,要求2017年三星旗艦機Galaxy S8須採用驍龍830 晶片。但若台積電能在製程上再度取得優勢,則可預期高通7奈米製程將重回台積電懷抱。

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