半导体行业观察 · 2023年03月21日 · 安徽

三星半导体,继续死磕!

相信从很多年前开始,三星半导体应该就设定了一个目标,那就是将晶圆代工业务和自有的LSI业务发展起来。

因为作为存储巨头,三星已经见识到了DRAM和NAND Flash这些标准品在过去多年里“周期性”的惨烈。同时,晶圆代工龙头台积电的“独孤求败”、苹果自研芯片的“大杀四方”也让他们“艳羡不已”。

事实上,三星在2019年就曾公布了一个面向未来的投资计划和目标,计划在未来12年内(1999年至2030年)投资约1200亿美元加强系统LSI和晶圆代工业务方面的竞争力。整体而言,三星希望能在保持存储芯片全球第一位置的同时,在晶圆代工领域超过台积电,在CMOS图像传感器领域击败索尼,在营收方面领先于英特尔,坐稳全球第一大半导体厂商的位置。

然而,按照南韩媒体《中央日报》的报道,因为芯片部门今年上半年可能会出现近10亿美元的营运亏损,所以三星与台积电的差距正在被拉大。但三星不认命,还一如既往地在死磕。

先进封装,笼络人才

对于三星晶圆代工业务,所受到的诟病之一是公司在先进封装业务上面的稍有欠缺。因为根据相关报道,随着制造工艺达到极限,厂商已经无法单纯靠暴力缩减晶体来实现芯片的性能剧增,于是先进封装就成为了各大厂商的新倚仗,三星最强的竞争对手台积电也正是通过这一业务布局,成功拿下了多个客户的新订单。

然而,三星在这方面的表现也不尽如人意,关于他们这方面的报道也鲜见。但在去年,韩国媒体BusinessKorea曾高调报导,三星晶圆代工业务在当年6月中组建了半导体封装工作组,该工作组由三星晶圆代工部门的测试与系统封装(TSP) 工程师、半导体研发中心研究人员及记忆体和代工部门组成,预计提出先进封装解决方案,加强与客户合作。

三星的中文博客在月初发布的文章中也写到,Samsung Foundry业务发展负责人Moonsoo Kang在2022年三星晶圆代工论坛(SFF)上指出,Samsung Foundry的团队一直在尝试开辟“超越摩尔定律”(Beyond Moore)的先进封装发展道路,追求实现“延续摩尔定律”(More Moore) 和“扩展摩尔定律”(More Than Moore)的强强联合,而先进异构集成便是达成这一目标的关键。

基于这样的理解,三星在晶圆代工研发部门沿着水平集成和垂直集成两种方向,先后研发出三大先进封装技术:I-Cube、H-Cube和X-Cube。

据三星介绍,I-Cube是一种2.5D封装解决方案,其中的芯片并排放置在中介层上。为提高计算性能,I-Cube的客户通常会要求增加中介层面积。对此,三星推出两种I-Cube 方案:I-CubeS和I-CubeE;

H-Cube的全称为“混合式Cube”(Hybrid Cube),是三星推出的另一种2.5D封装解决方案。该方案旨在解决半导体行业目前面临的单元印制电路板(PCB) 严重短缺问题;

X-Cube是一种全3D封装解决方案,采用芯片垂直堆叠技术。“X-Cube通过 微凸块或更先进的铜键合技术,将两块垂直堆叠的裸片连接起来。我们计划2024年开始量产微凸块类型的X-Cube产品,2026年开始量产铜键合类型的X-Cube产品。”Kang表示。

为了更好地发展公司的封装业务,传言三星还拉拢了曾在台积电工作19年的封装专家林俊成。

据外媒报道,林俊成是一位半导体封装领域的资深专家,曾在1999~2017年在台积电工作19年,期间统筹台积电在美注册450余项核心专利,为台积电现在引以为傲的3D先进封装技术奠定基础。资料显示,正是林俊成带领团队建立起台积电引以为傲的先进封装技术产品线CoWoS/InFO-PoP并顺利导入量产,取得Nvidia及Apple等大厂的大单。而后转战到美光,也带领美光研发团队建立3DIC先进封装开发产品线,及发展高频宽记忆体(HBM)堆叠技术。

值得一提的是,在挖角林俊成以前,三星还从苹果挖走半导体专家金宇平,并任命他为美国封装解决方案中心负责人。

当然,三星笼络人才并不代表公司在这个领域一定能成功,但最起码他们又跨出了重要一步。

高性能芯片,另起炉灶

对于三星而言,为了其长远目标,重新打造其自研手机芯片也是非常重要的。因为这不但关乎到其手机业务未来的发展,对于公司未来进一步拓展PC、汽车芯片乃至更多高性能芯片业务也受益匪浅。

观看这家韩国芯片巨头过去几年的布局,他们在这个领域也步步为“赢”。

早在2019年,就有消息传出,三星将停止自研CPU核心,公司奥斯汀半导体工厂负责相关业务的研发部门计划于12月31日关闭,并解聘该部门的290名员工,其他近3000名员工则不受影响。时任三星发言人的Michele Glaze证实了这一消息,并称此举是一个放眼和评估未来业务做出的艰难选择。

到了2022年五月,有消息传出,三星正在内部建立一个名为“Dream Platform One Team” 的特别工作组,这个号称“梦想团队」”的真正目的就是设计一颗定制化的三星行动处理器,其性能可以对抗苹果在M1 移动处理器基础上所研发出来的Apple Silicon。

在本月初,报道引述知情人士的消息显示,由一名前 AMD 高级工程师领导的三星团队将加快下一代“Galaxy Chip(s)”的开发工作。中期目标是到 2027 年将其笔记本电脑和智能手机从 Arm 转移到内部 CPU 内核。

报道说,三星的目标是将自己的 CPU 内核用于智能手机和笔记本电脑。基于这项新研发工作的首批处理器预计将于 2025 年面世,它们将放弃 Exynos 品牌,而是称其为“Galaxy Chip(s)”。从报道可以看到,首批 Galaxy Chip 产品仍可能会使用基于 Arm 架构的 CPU 内核。但消息来源表明,如果一切按计划进行,三星将在 2027 年之前准备好推出自己的架构 CPU 内核。不过三星随后否认了自研内核的说法。

作为自研芯片的另一个重要组成,三星在GPU上面的投入也与时俱进,而在这方面他们选择与AMD合作。

2022年一月,三星宣布推出全新高端移动处理器 Exynos 2200。这一款全新设计的移动处理器最大的特点之一就是配有强大的基于AMD RDNA 2架构的Samsung Xclipse图形处理单元(GPU)。三星表示,这名为Xclipse 的GPU界于控制台和移动图形处理器之间,是一种非常特殊的混合图形处理器。基于高性能AMD RDNA 2架构,Xclipse继承了以前仅在PC、笔记本电脑和游戏机上可用的硬件加速的光线追踪(RT)和可变速率着色(VRS)等高级图形功能。

DNA从市场反响看来,三星这个芯片(包括GPU)都没有消费者和三星对其的期望。但三星重申,公司将继续和AMD 合作,坚持使用RDNA 架构的移动GPU。负责移动GPU 开发的三星副总裁Sungboem Park 表示,三星已正式确认其未来的Exynos 系列行动处理器将继续采用以AMD RDNA 架构为主的GPU。另外,三星也计划藉由与AMD 密切合作,继续采用RDNA 系列来实现其他功能。

除了手机芯片以外,三星在汽车芯片上面也有发力。

今年二月,据 Businesskorea 报道,三星电子去年年底聘请了曾担任高通公司工程部门副总裁的 Benny Katibian为其美国公司的高级副总裁,并担任三星电子美国公司的核心研发中心——三星奥斯汀研究中心(SARC)和高级计算实验室(ACL)的负责人。

报道指出,这次招聘是三星电子努力扩大其具有巨大增长潜力的汽车系统芯片(SoC)业务的一部分。三星电子的系统 LSI 部门目前已经推出了 Exynos Auto,这是一款基于人工智能(AI)的汽车处理器。三星目前的首要目标是升级 Exynos Auto,以加强其市场主导地位。

从外媒日前最新的报道还可以看到,三星和现代汽车在汽车芯片领域的合作已在进行,三星电子将为现代汽车,设计并制造后者计划用于未来车型先进驾驶辅助系统和信息娱乐系统的逻辑芯片。

写在最后

为了实现公司的半导体雄心,三星在日前宣布,计划在未来20年内斥资约300万亿韩元(合2290亿美元)在首尔郊区建造一个新的芯片集群,旨在实现韩国领导全球芯片制造业的雄心。从报道可以看到,三星的投资将是该计划的核心部分,而目标是在2042年之前在龙仁市的一个新的芯片集群中建设5个内存和代工晶圆厂,以吸引150多家本地和外国芯片公司。

除了在这些业务以外,三星还将持续投资CIS,以实现对索尼反超的目标。在对高性能芯片非常重要的基板方面,三星去年七月宣布,公司首度开始在韩国量产服务器用的FC-BGA(覆晶-球栅阵列封装),并放话要成为全球第三大IC封装基板厂。去年截止到新闻发布当时,三星电机已经砸下2.27亿美元投资国内产线,生产次世代基板。过去两年来,该公司斥资2兆韩元,扩增FC-BGA的生产设施。

此外,三星还追随台积电的脚步自研了EUV光罩护膜,公司在自研和投资上也有很多其他的布局。在加上公司在存储业务上的持续巩固。三星在走向半导体称霸的道路上,又多了一道重要的倚仗。

虽然挑战重重,难度巨大甚至失败。但三星一直在前进的路上。这种锲而不舍的精神,也值得国内的广大半导体从业者学习。

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