三星良率频出包 落后台积电一个时代非虚言

三星电子(Samsung Electronics)副会长暨半导体部门负责人金奇南，日前在财报法说会强调三星晶圆代工先进工艺竞争力堪比台积电，更已囊括大客户订单，言犹在耳，日前却再度传出三星5纳米工艺良率不佳，导致高通(Qualcomm)转单台积电救场一事。无疑对三星此前信誓旦旦、企图在2022下半年量产3纳米环绕闸极晶体管(GAA)工艺超赶台积电的宣称，形同打脸。

台积电早在2020年第2季导入第一代5纳米EUV工艺替苹果(Apple)量产新时代AP，更将在2021上半年展开第二代5纳米强化版工艺量产，反观三星在首款5纳米处理器Exynos 2100于2021年1月发表后，至今仍有5纳米工艺良率出包消息浮现，乃至于日前更传出高通转单之负面消息。

据日经亚洲评论(Nikkei Asia Review)、金融时报(FT)、Seeking Alpha报导，虽说台积电与三星均已迈入5纳米先进工艺量产阶段，但从量产规模的角度来看，两厂5纳米工艺的量产硬实力，光是从苹果预定台积电2021年5纳米约53%产能可知，半导体研究机构The Information Network报告指出，三星仍落后台积电一个时代的差距所言非虚。

从2020年台积电量产5纳米苹果AP至今，可说任何一支iPhone 12处理器出问题都或与台积电脱不了干系，但销售长红的iPhone 12更反映出台积电先进工艺的硬底子。

三星从2020下半年起即陆续宣示斥资逾千亿美元推进下时代芯片业务，除了晶圆代工事业还包括存储器芯片扩产，强化晶圆代工业务从两路并进，一则以2022下半年量产3纳米赶上台积电为目标，再则企图透过GAA架构优势超赶台积电3纳米工艺FinFET晶体管架构。

根据三星工程团队先前在国际固态电路研讨会(ISSCC)所发表的论文，相较于传统GAAFET采三层纳米线(nanowires)打造，三星已注册商标的3纳米GAE MBCFET工艺采用纳米片(nanosheets)建构晶体管，虽说两种途径都可向下导入3纳米进程，透过GAA与MBCFET等先进逻辑架构，可望减少高达50%的功耗与提升35%左右的整体效能，吸引更多客户前来三星投片。

只不过，三星的盘算却面临不少挑战。首先，上述时程规划均建立在三星产能备妥、量产顺利推进的前提上，即便三星能够破除万难展开3纳米GAA工艺量产成功，但据The Information Network报告指出，三星晶圆代工事业部旗下约6成产能，均由三星Exynos系列处理器包下。

即便三星大手笔扩充晶圆代工逻辑芯片产能，能够释放给外部客户的产能只剩下5成左右，也就是说宣称的大客户包括高通、NVIDIA、IBM、英特尔(Intel)在内，只能分食三星剩余一半的产能。

检视2016~2021年台积电与三星晶圆代工产能，前者约后者的2.6~3.3倍，即便在两厂积极扩产的2021年，台积电产能仍高达三星的2.3倍之多，而在三星仍须保留至少5成产能给自家Exynos处理器，能够拿来吸引客户投单的优势已然不多。

其次，以两厂7纳米以下先进工艺产能比较，台积电在2019~2020年间7纳米以下产能，约是三星的 5~6倍，即便在三星大规模扩产的2021年，台积电7纳米以下先进工艺产能仍高达三星的3.5倍之多，甚至在5纳米以下工艺，更是三星的4倍有余。这意味著即便三星5纳米良率开出顺利，在自家Exynos处理器产能排挤下，外部客户能够预定的产能已经有限，而5纳米良率不时传出问题，更让晶圆代工业务雪上加霜。

再者，以两厂资本支出规模比较，虽说三星在2020年资本支出大增85%，甚至预计在2021年加码支出32%到123亿美元规模，但台积电最新上修2021年资本支出上看310亿美元，年增更高达80%成长幅度，且有8成支出尽皆投注在7/5/3先进工艺。

此外，三星的重伤更在于极紫外光(EUV)系统规模布建远逊台积电，2020下半年间，三星副会长李在熔亲自前往ASML固货可见一斑，以2020年为例，三星采购了25台EUV系统，但台积电采购量高达50台，有监于EUV设备从系统装机到开始投产之集成前置期长达20个月，借镜台积电事先1~2年预定EUV产能的经验，机器不可能旦夕之间到位。

然而，ASML每年EUV系统产能约在45~50台，三星不仅要跟台积电抢机器，还要跟陆续导入EUV工艺的DRAM巨头SK海力士(SK Hynix)、美光(Micron)等分食，甚至三星的存储器部门也在导入EUV工艺后，必须与晶圆代工事业部竞争EUV系统建置优先权。

诚然，三星晶圆代工2022下半年推进3纳米GAA工艺的愿景很美好，但由于三星本身并非晶圆专工营运，在垂直集成的要求下，至少有一半产能必须支持Exynos处理器，进一步扩产又受限于7纳米以下先进工艺关键EUV系统取得，任何先进工艺良率负面消息传来，都让三星追赶台积电之路难度备增。