三星全球率先量產3nm，首個客户是中國礦機芯片公司？
【文/觀察者網 呂棟】
趕在2022年上半年最後一天，三星“壓哨”實現了自己對3nm量產時間的承諾。
今天（6月30日）上午，三星電子發佈公告，稱該公司已開始量產基於GAA晶體管（Gate-All-Around FET，全環繞柵極）結構的3nm芯片。
這也意味着三星搶先台積電，正式成為全球第一家實現3nm製程量產的廠商。
不過，二者在全球晶圓代工市場的份額仍差距懸殊，台積電佔比過半且是三星的3倍還多。而且，三星的良率問題一直飽受質疑，就連韓媒也認為客户會優先考慮台積電，顯示出三星3nm的實際表現仍有待觀察。
目前，全球有意願且有條件發展3nm芯片製造的廠商僅剩台積電、三星、英特爾三家，因為他們在購買極紫外光刻機時並不像中國大陸公司一樣受到限制。按台積電披露的計劃，該公司的3nm製程將在2022年下半年量產。而英特爾7nm製程改名後的Intel 4也計劃在2022年下半年量產。
眼下，先進製程的大用户——消費電子行業表現低迷，三星過去兩年的主要客户高通也並沒有對三星3nm的量產積極表態，反而是韓媒曝出三星3nm的首個客户，是中國加密貨幣挖礦用芯片設計公司。
三星代工業務和半導體研發中心的員工舉起三根手指作為3nm的象徵，慶祝該公司首次生產採用GAA架構的3nm製程芯片
韓媒稱首個客户來自中國
根據三星公佈的數據，與5nm製程相比，3nm製程可以降低45%的功耗、提升23%的性能和縮小16%的芯片面積。而三星之前曾透露，其5nm相較7nm製程，性能提升10%，功耗降低20%。
可見，三星3nm製程在參數上的進步比上一代要大。而且，三星同時透露，第二代3nm製程將有進一步的優化，將降低50%的功耗，提升30%的性能，縮小35%的面積。
值得關注的是，三星在量產3nm製程時首次採用全環繞柵極（GAA）晶體管結構，而量產5nm製程時採用的則是鰭式場效應晶體管（FinFET）結構。
三星透露，該公司選擇多橋通道場效應晶體管（MBCFET）技術來製造首批GAA晶體管芯片，該技術可以打破FinFET的性能限制，通過降低電源電壓水平來提高能源效率，同時通過增加驅動電流的能力來提高性能。
圖源：三星官網
有半導體行業媒體曾撰文指出，採用GAA晶體管結構製造的芯片，性能有望提升25%，功耗降低50%，而使用FinFET結構，性能和功耗的改善大致都在15%到20%的範圍內。
美國芯片設計軟件EDA巨頭新思科技（Synopsys）的高管也曾指出，GAA晶體管結構象徵着製程技術進步的關鍵轉折點，對保持下一輪超大規模創新所需的策略至關重要。
不過，台積電已經宣佈，該公司3nm製程仍將採用FinFET晶體管結構，最早到2nm製程時才會使用GAA結構。
2021年9月，台積電方面曾表示，相信FinFET晶體管結構將能給客户提供最成熟的技術、最好的性能及最佳的成本，預計3nm性能可較5nm提升10%至15%，功耗減少25%至30%。
三星今天透露，該公司正在位於首爾南部華城市的晶圓廠生產3nm芯片，其GAA晶體管芯片將應用於高性能、低功耗計算領域，並計劃擴展到移動處理器。
今年5月，美國總統拜登參觀三星電子的3nm工廠
不過，三星並未透露哪些客户將採用其3nm製程。
6月28日，韓國媒體TheElec援引消息人士的話報道稱，三星3nm製程的首個客户是中國比特幣挖礦用半導體廠商——上海磐矽半導體有限公司（PanSemi）。
觀察者網查詢天眼查發現，上海磐矽半導體有限公司成立於2016年3月，註冊資本為4500萬元，法定代表人為陳建兵，經營範圍包括從事電子元器件的研發、銷售，集成電路的研發、銷售，芯片的設計、研發、銷售以及系統集成等。
股權穿透後，上海磐硅半導體有限公司的實控人為香港註冊公司研極科技（香港）有限公司。
目前，上海磐矽半導體有限公司官網僅有一個展示頁面，稱該公司總部位於上海，是一家芯片設計能力為28nm、16nm和10nm的高科技初創公司，專注於數字加密貨幣和Al應用的專用芯片設計。企查查顯示，該公司核心團隊只有陳建兵1人，參保人數也僅有3人。
圖源：上海磐矽半導體有限公司官網
三星方面對此並沒有披露任何信息。
“高通預約了三星產能，但優先考慮台積電”
過去兩年，美國手機芯片巨頭高通一直是三星晶圓代工業務的大客户。TheElec援引的消息人士稱，高通已經預約了三星3nm製程的產能，但具體訂單會視情況而定。
對三星來説，當務之急是提高3nm製程的良率。今年2月，三星的4nm、3nm製程被曝出“良率造假”。隨後，韓國媒體Business Post在4月份爆料，今年年初三星4nm工藝良率僅35%，3nm製程的良率更是隻有10%-20%。相比之下，台積電4nm製程良率則高達約70%。
儘管三星方面否認了良率問題，但該公司在原計劃的最後一天才開始量產3nm，也顯示出一些吃力。
過去一段時間，三星5nm製程的表現飽受質疑，採用三星5nm製程的高通驍龍888由於發熱問題嚴重，被網友戲稱為“火龍”。
到底是三星生產工藝存在問題，還是高通芯片設計方面的缺陷，一直未有定論。
隨後，高通將轉單台積電的傳言不絕於耳。
今年5月20日，高通發佈的新品驍龍7 Gen1繼續採用三星的4nm工藝，而更高端的驍龍8+ Gen1則採用的是台積電4nm工藝。這也直接證實了高通轉單的傳聞。
在前文所述的報道中，TheElec援引消息人士稱，高通首先把3nm的“任務”交給了台積電，因為三星的良率無法滿足要求。如果台積電的3nm也出現問題，高通才會考慮三星。
韓媒報道截圖
除自身的良率問題之外，三星3nm製程量產的時間點也並不算好。進入2022年，俄烏衝突、全球通脹疊加疫情反覆，全球消費電子行業持續低迷，而手機正是使用先進製程較大的領域。
市場調研機構CINNO Research發佈的報告指出，2022年前四個月，國內疫情影響下手機市場需求疲軟，消費意願降低，國內手機銷量同比下降超三成。進入5月，整體下行趨勢沒有停止，各大手機廠商庫存水位處於歷史高位，供應鏈方面也傳出手機廠商下調預期與砍單。
CINNO Research數據顯示，5月中國大陸市場智能手機銷量約為1912萬台，較4月銷量環比增加8.6%，規模上有所恢復，但與去年同期相比，同比降幅依然高達19.7%，創下2015年以來最差的5月單月銷量。
圖源：CINNO Research
更重要的是，隨着先進製程的研發成本越來越高，如果下游應用規模萎縮，將無法攤薄先進製程的研發費用，甚至造成企業虧損。
美國喬治敦大學沃爾什外交學院安全與新興技術中心（CSET）發佈的數據顯示，台積電一片採用3nm製程的12英寸晶圓，代工製造費用約為3萬美元，大約是5nm的1.75倍。
在裸片（die）面積不變、良率不變的情況下，未來蘋果A17處理器如果採用3nm製程，成本將上漲到154美元/顆，成為iPhone成本最高的部件，而5nm的A15處理器只是iPhone 13的第三大成本零部件（低於顯示屏和攝像頭模組）。
成本上升，需求下滑，對三星來説並不是好事。
不過，目前的晶圓代工市場也並非沒有機會。頭豹（上海）研究院TMT行業首席分析師劉頎在接受觀察者網採訪時指出，半導體行業正處於“結構性成長”階段，儘管消費電子出現下滑，但車載、物聯網、服務器等領域的需求仍然處於高位。以車載芯片為例，目前“缺芯”現象短期內還無法得到緩解，高景氣度依舊。
他提到，以台積電等代工廠為例，除消費電子這一大的下游應用領域需求有下滑外，車載、物聯網、服務器等細分領域的需求增長仍處於高位，台積電則通過已有產能規劃的調整、新增產線擴充產能等方式，直接把握來自於這些領域的下游強勁需求，獲得增長動能。
在此背景下，台積電近期接連傳出要在中國大陸、中國台灣和日本擴產及繼續漲價的信息，該公司高管更表態稱今年營收增速將高於去年5個百分點，達到30%。
儘管三星罕見比台積電率先量產了3nm，但在晶圓代工市場份額上，三星與台積電仍不可同日而語。
TrendForce集邦諮詢發佈的數據顯示，在2022年一季度的全球晶圓代工市場中，台積電以53.6%的份額位居榜首，三星以16.3%位居次席。值得注意的是，三星由於電視，智能手機等需求萎靡，及4nm擴產與良率改善速度不如預期等因素，成為唯一營收負增長的晶圓代工廠，環比減少3.9%，市佔率也環比下滑了兩個百分點。
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