台積電與三星的晶圓代工爭奪戰詳解
本文來自半導體行業觀察（ID：icbank），文|張健。
據IC Insights統計，2017年，全球前八大晶圓代工廠佔總市場份額的88％。其中，台積電繼續佔據主導地位，穩居第一。
八大代工廠中，三星是唯一的IDM廠商。雖然2017年僅增長4％，但仍然是最大的IDM代工廠。
數據來源：IC Insights
Foundry業務是三星的核心版塊，這些年在與台積電爭奪先進製程工藝市場話語權方面，下足了功夫，也一直是業界的熱門話題。
近些年，作為巨無霸級別的IDM，三星一直覺得其晶圓代工業務水平還不夠好，視行業霸主台積電為“眼中釘”，並通過大力投資、獨立代工業務、挖人等措施，不斷完善其晶圓代工技術能力和客户認可度。
2015~2016年，隨着三星Foundry先進製程能力的逐步成熟，其從台積電那裏奪得了不少大客户訂單，收入頗豐。彼時的智能手機市場處於平台期（開始出現衰退，但對相關產業鏈的影響有滯後效應），對於相關芯片的需求量還是比較旺盛。這兩方面的因素，使得三星Foundry在2016年出現了大幅度的增長。
而到了2016~2017年，隨着台積電先進製程的進一步成熟，三星Foundry部分大訂單又被台積電搶了回去；此外，全球智能手機市場全面衰退，其負面效應也開始顯現，對相關先進製程芯片的需求大減。可以説，這兩個因素是導致三星Foundry在2017年銷售額同比增幅（4%）大幅下降的主因。
2018年初，在韓國首爾舉辦的三星晶圓代工論壇上，三星相關負責人表示：“今年的目標是到年底，將晶圓代工的市佔率從第四名提升到第二名，超越聯電和格芯。未來則打算超越台積電”。
2017年，三星晶圓代工部門的營收為46億美元、市佔率為6%。根據IC Insights統計，2018年，台積電將實現347.65億美元的營收，排在第二位的GlobalFoundries營收為66.4億美元，而今年三星晶圓代工營收有望增至100億美元，市佔將升至14%。這樣就超過了GlobalFoundries，排在台積電之後，位列第二。
不過，報告同時指出，三星市佔提高，主要是拆分晶圓代工部門的效應，並非業績真有大幅成長。由於三星的晶圓代工部門自立門户，不再隸屬於系統LSI業務，因此，生產三星自家的Exynos手機芯片，算在三星的晶圓代工營收當中，市佔率因此猛增。
資本支出
作為具有高技術含量的重資產業務，Foundry需要的投入的資金量巨大。
2017年，晶圓代工業內前五大廠商的資本支出之和佔到了全行業資本支出的95.6%之多，台積電和三星的資本支出佔全球Foundry廠的70%。而台積電一家就佔據半壁江山，一直在大力建廠擴產，不斷鞏固其行業老大地位。
三星方面，其90nm製程節點的研發費用為2.8億美元，而20nm的研發費用則飆升到了14億美元，這還不包括後期的新生產線生產費用和建廠費用。因此，先進製程研發逐漸成為了巨頭的遊戲，其結果就是：具備130nm製程生產能力的廠家有22家，而能夠以16/14nm製程技術進行晶圓代工的廠商數量鋭減到了5家。而具備10nm、7nm，以及更先進製程技術能力的廠商，也只剩下了台積電、三星和英特爾這3家。因為進行7nm、5nm的研發費用過於高昂，如果沒有足夠量、穩定的客户支撐，只能是鉅虧，所以，GlobalFoundries和UMC於今年先後退出了10nm及更先進製程工藝的爭奪戰。
先進製程比拼
IC Insights資料顯示，2017年全球晶圓代工銷售額為623.1億美元，其中16/20nm及以下先進製程佔比為24%，約150億美元。IDM與代工市場份額平分秋色。
在先進製程方面，台積電處於絕對領先地位，三星位居其次。台積電在2011年便攻克了 28nm HKMG製程，之後先進製程發展迅速，其7nm製程已於2018下半年實現量產，預計2019年收入佔比將超過20%。5nm將於2019年4月進行風險試產，預計在2020年實現量產。而三星宣佈於2018下半年投產7nm，5nm及以下的先進製程也在規劃中。
圖：台積電與三星先進製程技術發展路線（來源：中金公司）
晶圓代工先進製程市場一直保持高度壟斷的格局。目前全球具備10nm製程工藝量產能力的只有台積電和三星兩家，而三星作為全能型 IDM 廠商，又與自己的代工客户有一定的競爭關係，擁有手機市場以及自研的Exynos系列SoC芯片作為談判籌碼，對合作客户來説有不小壓力。
手機SoC芯片是頂尖製程的最主要應用領域。在全球主要SoC設計廠商中，蘋果的處理器曾在三星代工，目前全部在台積電代工，高通的旗艦芯片驍龍800系列以及中高端芯片驍龍 600系列在台積電和三星都有下單；聯發科的SoC芯片截至目前全部在台積電代工。三星電子的Exynos系列SoC全部在三星代工，華為海思的SoC芯片截至目前全部在台積電代工。
總體來看，台積電和三星壟斷了使用先進製程的手機SoC芯片代工。
在晶體管密度方面
據悉，台積電16nm製程的芯片，每平方毫米約有2900萬個晶體管，三星14nm的芯片每平方毫米有3050萬個晶體管，柵極長度方面，台積電的是33nm，三星的是30nm。
10nm方面，台積電的晶體管密度為每平方毫米4810萬個，三星的是每平方毫米5160 萬個。
14nm方面，三星的鰭片高度為49nm，台積電的鰭片高度約為44nm。
儘管命名有差別，但台積電和三星的技術水平總體是並駕齊驅的，從各項指標來看，預計2019年量產的台積電7nm EUV版（N7+）、三星7nm的各項參數基本相近。
目前，台積電初代7nm（未採用EUV）已經量產，是市面已量產的最先進製程，時間上具有先發優勢，該優勢至少能保持到2019年（競爭對手開始量產），且2019年台積電仍有望率先量產EUV版製程，以保持先發優勢。預計台積電2018年量產的7nm芯片超過50款，包括CPU、GPU、AI加速芯片、礦機ASIC、網絡、遊戲、5G、汽車芯片等。
在EUV使用方面
台積電與三星是ASML前兩大訂購客户。
目前，台積電的EUV設備最多，有10台，是ASML最大客户，三星次之，有6台。EUV作為7nm以下製程必備工藝設備，對廠商最新制程量產具有至關重要的作用。由於對精度要求極高，台積電與ASML在研發上有深入合作。
台積電迭代速度快
半導體制造技術步入14/16nm節點之後，需要採用FinFET工藝來抑制晶體管漏電和可控度降低的問題，由此導致技術開發難度和資本投入都大幅度增加，因此這一門檻也被視為先進製程技術的准入標準。台積電的28nm製程從2011年開始量產，領先競爭對手3~5 年，並從2014年開始量產16/20nm的，之後就進入了快速增長期，到2015年兩種製程的佔比已經達到49%。
台積電為了充分發揮技術優勢，非常注重先進製程量產後的迅速擴容。如台積電的130nm製程在2003年投入量產後，其營收佔比僅用一年時間就從0陡升到28%；28nm製程的營收佔比在2011年投入量產後，同樣只用了一年就從2%爬升到22%。迅速擴張先進產能幫助台積電在每一個先進製程節點都能快速搶佔客户資源、擴大先發優勢，並使其產能結構明顯優於同業競爭對手，這樣，更高的產品附加值帶來了更高的毛利率。
圖：2017年台積電先進製程的營收佔比
三星IDM模式的缺陷
三星是2017年全球營收排名第一的半導體公司，全年營收高達435.4 億美元，其主要業務包括CE（Consumer Electronics，消費電子）、IM（IT & Mobile Communications）以及與半導體制造相關的DS（Device Solution，設備解決方案）三大部分。
從三星電子過去3年的營收結構來看，其DS業務的擴張速度最為明顯，2017年第四季度，其DS部門營收佔總營收比重超過40%，成為三星電子的兩大支柱業務之一。
DS業務又細分為半導體和顯示設備，其晶圓代工部門就在半導體細分業務中。2017年三星電子的晶圓代工營收只有44億美元，在三星電子DS總營收中僅佔13%。由於三星電子是 IDM，其設備投入和資源要優先服務於三星電子的DRAM和NAND Flash等存儲產品的生產，能夠分配給晶圓代工部門的資源相對有限。
三星電子代工部門另一個問題則是行業競爭問題，三星業務範圍廣泛，諸如蘋果、高通等主要客户本身也是三星電子的競爭對手，即便知識產權和專利得到良好保護，也不能保證供應鏈的靈活自主和上層競爭帶來的影響。比如蘋果的A4~A7系列處理器均在三星代工，2011年雙方爆發系列專利訴訟後，蘋果將A8轉單至台積電代工，A9分別交由台積電和三星代工，A10又是全部由台積電代工。
由於上述原因，三星電子的代工部門雖然在製程技術的進展上和台積電不分伯仲，但其背景決定了它很難成為晶圓代工領域的巨無霸。
因此，三星於2017年決定將晶圓代工業務獨立出來，以進一步提升其市場競爭力。
綜上，為了提升競爭力，三星在調整晶圓代工的業務結構，而台積電依然在不斷鞏固自身的優勢，明後兩年這兩強的市場爭奪戰將更加有看頭。
文/半導體行業觀察 張健