几张图看清三星与台积电的差距

日期: 2021-03-22
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据报道,三星计划斥资1,160亿美元用于其下一代芯片业务,其中包括为外部客户制造芯片代工业务,以期在2022年之前缩小与行业领导者台积电的差距。



三星的策略是双重的:
1.2022年下半年将量产3nm芯片,以与台积电匹配。
2.如图1所示,采用更先进的全能栅极(GAA)技术代替TSMC的FinFET结构。

几张图看清三星与台积电的差距
图1资料来源:三星

GAA在晶体管性能控制方面具有显着优势,因为它可以更精确地控制流经沟道的电流,缩小芯片面积并降低功耗。

与FinFETs不同,在FinFETs中,更高的电流需要多个并排的鳍片,而GAA晶体管的载流能力通过垂直堆叠数个纳米片,栅极材料包裹在沟道周围而增加。

三星声称,与7nm技术相比,其GAA工艺将能够使芯片面积减少45%,功耗降低50%,从而使整体性能提高35%。

在IEEE国际固态电路会议(ISSCC)上,三星工程师分享了即将推出的3nm GAE MBCFET芯片的制造细节。三星表示,传统的GAAFET工艺使用三层纳米线构造晶体管,并且栅极相对较薄。此外,三星MBCFET芯片工艺使用纳米片构造晶体管。目前,三星已经为MBCFET注册了商标。三星表示,这两种方法都可以达到3nm。

在本文中,我从技术,产能和资本支出重点探讨了三星公司目前和未来的能力(三星存储部门除外),以及三星是否确实能够缩小7纳米以下节点的差距。

总产能




三星是否有能力在台积电主导的市场中占据重要份额?这是一个很复杂的问题。因为台积电本身在2021年花费了创纪录的250亿美元,以确保它保持在技术和产能的前列。

表1列出了台积电和三星晶圆代工部门所有节点的总产能。从积极的一面来看,台积电的产能比例从2016年的3.3倍降至2021的2.3倍。

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资本支出




表1中的数据显示,台积电在产能方面远远领先于三星,但价差略有下降。原因之一是三星的资本支出增加,如表2所示,该公司在2020年的制造资本支出同比增长了85%,并计划在2021年进一步增长32%。相比之下。台积电在2020年的资本支出变化为-7%,但在2021年将增长49%。

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7nm以下的节点产能


表3显示了7TSMC和Samsung在7nm以下节点的产能对比。在2019年和2020年,台积电在7nm节点的产能大约增加了5-6倍,到2021年的预测是3.5倍。在5纳米节点,台积电的产能大约增加了四倍。

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为了弥补5nm和3nm的有限产能,三星正推进先进的逻辑体系结构,我之前已经讨论过,请读者参考图1。

客户




台积电拥有460多个客户,其领先的客户名单包括苹果,博通,海思半导体,AMD,联发科,NVIDIA,高通和英特尔等顶级无晶园公司和IDM。

表4显示了这些公司及其在2019-2021年台积电收入中所占的百分比。

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至于三星,将其客户群与台积电进行比较有点误导。2020年,三星将其晶圆代工厂产的60%用于内部使用,主要用于智能手机的Exynos芯片。其余产能来自非专属客户,高通(20%),其余20%来自Nvidia,IBM和英特尔。随着三星在2021年增加其低于7纳米的产量,自用产能占比将降低,可能降至50%。

总结




三星比台积电落后一代,后者预计将保持5nm和3nm的领先地位。

EUV系统的不足是台积电在三星方面领先一代的催化剂。到2020年,三星电子总共购买了25台EUV光刻系统,而台积电则购买了约50台。

在短期内,有几个缓解因素将保持这一差距:


  • ASML的生产限制为每年约50个EUV系统
  • ASML还有其他要分配系统的客户,包括SK海力士,英特尔,美光科技和可能的中芯国际
  • 三星还必须分配资本支出用于其DRAM部门的EUV购买



由于三星不是台积电(TSMC)这样的纯晶圆代工厂,其7纳米以下的产量中至少有50%被分配给其智能手机内部使用,这将限制其客户群,因为其产能增长将因缺乏EUV而受到阻碍系统。

三星将通过过渡到3nm的GAA和MBCFET等高级逻辑架构,逐步缩小技术差距。GAA的功耗降低了50%,整体性能提高了35%,这将推动客户向三星迁移,只要有可用的容量。但是产能缺口仍将存在。



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