三星電子的投資計劃和宏偉目標

2019年4月24日，三星電子公布了未來的投資計劃和目標。三星電子的投資計劃，將在未來12年內（1999年至2030年）將投資133萬億韓元（約1200億美元）加強系統LSI和晶圓代工業務方面的競爭力，擴大非存儲器業務。其中：73萬億韓元（約660億美元）的國內研發，60萬億韓元（約540億美元）的生產基礎設施，預計每年平均投資11萬億韓元（約100億美元）。

總體來說，三星電子的目標就是：保持存儲芯片全球第一的位置的同時，在晶圓代工領域挑落臺積電，在CMOS圖像傳感器領域擊敗索尼，在營收方面維持對英特爾的領先，坐穩全球第一大半導體廠商的寶座。

三星電子有限公司半導體事業部是指元件解決方案事業群(Device Solution Business)下面的內存部門（Memory）、系統邏輯部門（System LSI）和晶圓代工部門（Foundry）；其中內存包括DRAM、NAND Flash，系統邏輯芯片包括系統級芯片SOC、圖像傳感器CIS、顯示驅動芯片、智能卡芯片、電源管理芯片。

三星電子半導體事業部年收入占三星電子總收入的30%左右，對三星電子公司旗下的信息和手機（IT&Mobile）、消費類電子產品（Consumer Electronics）兩大事業部的終端產品而言，是拉大后位競爭者距離，縮小前方領先者差距，并強化重點終端產品差異化程度的重要角色。

三星電子成立于1969年，1974年通過收購韓泰半導體公司（Hankook Semiconductor）50%的股份，成立半導體事業部，開始進軍半導體產業；1975年開發出手表芯片；1977年7月開始生產雙極晶體管；1979 年收購全資擁有韓泰半導體，并更名三星半導體；1983年正式進軍存儲器行業，開發出韓國第首個64K DRAM；1988年半導體業務和電子及無線通訊業務合并成立三星電子；1994年開始研發DSP；1995年推出第一個8位MCU；1997年推出700MHz Alpha處理器；2000年發布0.25μm 66MHz手機應用處理器S3C44B0X；2002年成立SoC研發中心；2005年進入CMOS傳感器領域，并開始晶圓代工業務。

三星半導體在全球擁有七大生產基地，分別位于韓國器興、韓國華城 、韓國安陽、韓國平澤、美國奧斯汀、中國蘇州、中國西安。

三星電子半導體事業部目前是全球最大的存儲芯片制造商，2018年位居全球營收排行榜第一位。

1.三星電子晶圓代工發展歷程

2005年，三星電子開始進入12英寸邏輯工藝晶圓代工領域，至今已經整整15年了，通過專注于先進的工藝節點，致力為客戶提供最優化的產品和服務，目前晶圓代工業務已經成長為面向全球FABLESS產業的低功耗、高性能SOC的代工公司之一。

從2005年到2009年，三星電子的年代工營收不足4億美元。到2010年啃上蘋果（Appple），開始代工蘋果A系列處理器（包括A4、A5、A6、A7），代工營業收入出現爆長，2010年整體代工收入激增至12億美元（其中蘋果A系列處理器產品代工收入達8億美元）。由于蘋果手機等移動終端產品出貨激增，三星電子的晶圓代工營收水漲船高，到2013年達到39.5億美元，當年蘋果的代工收入占到公司代工總收入的86%。可以說2010--2013年三星電子的代工營收完全是靠蘋果在支撐。

由于20納米工藝制程良率無法突破等多方面的原因，2014年三星電子失去蘋果A系列處理器訂單，蘋果A8處理器全部交由臺積電（TSMC）代工；2015年好不容易搶到A9處理器部分訂單，但由于良率和功耗控制不如臺積電，導致2016年的A10處理器又全部由臺積電包圓。由于失去蘋果這個大客戶，導致2014年和2015年晶圓代工營收出現下滑。

為了填補產能，三星電子代工部門積極出擊，搶下高通（Qualcomm）應用處理器和服務器芯片、超微半導體（AMD）的微處理器芯片、英偉達（Nvidia）的圖形處理芯片、安霸（Ambarella）的視覺處理芯片、特斯拉（Tesla）的自駕系統芯片的訂單，得以彌補蘋果跑單的窘境。2016年營收達到44億美元，超過2013年的水平，創下三星電子晶圓代工營收的新紀錄。

2.晶圓代工拆分

2017年5月12日，三星電子宣布調整公司業務部門，將晶圓代工業務部門從系統LSI業務部門中獨立出來，成立三星電子晶圓代工。據悉，新部門主要負責為全球客戶--高通和英偉達等--制造非存儲芯片，從而與以臺積電為首的純晶圓代工公司競爭。

根據市場研究公司IC Insights的數據顯示，三星電子2017年晶圓代工營收達46億美元，在全球晶圓代工市場以6%的市占率排名第四，前三分別是臺積電（TSMC）的56%，格芯半導體（GlobalFoundries）的9%，聯電（UMC）的8.5%；2018年晶圓代工營收達100億美元，市占率達14%，排名全球第二。

2018年三星電子排名全球第二大晶圓代工公司，并非業績大增，實乃拆分部門導致。原因是晶圓代工部門自立門戶，不再隸屬于系統LSI業務。所以現在包括處理器芯片（Exynos等）、CIS圖像傳感器、顯示驅動芯片、電源管理芯片的生產收入都算作晶圓代工部門營收，因此營收一路高漲，市占率一夕飆高。

但千萬別因此就小瞧三星的晶圓代工。

下面我們來談談三星電子的晶圓代工的產能和工藝等情況。

3.晶圓代工工廠和產能

截止2018年底，三星電子晶圓代工專屬線有5條，包括4條12英寸和1條8英寸。

韓國器興（Kiheung）的S1，建成于2005年，是三星首條12英寸邏輯代工生產線，目前量產65納米至8納米低功耗芯片，產品主要用于計算機網絡、智能手機、汽車、以及日益成長的物聯網市場等。

美國奧斯汀（Austin）的S2是由原8英寸廠改造而來；2010年8月開始潔凈室建設，2011年4月開始12英寸邏輯產品投產，當年達產43000片；目前量產65納米至14納米產品。2010年設立研發中心，旨在為系統LSI部門開發高性能、低功耗、復雜的CPU和系統IP架構和設計。

韓國華城（Hwasung）的S3，是2018年建成投產的12英寸邏輯生產線，目前主要生產10納米至8納米產品，將是三星7納米產品的主力生產廠。

韓國華城的S4，是原DRAM用產線FAB11進行改造，目前CMOS影像傳感器（CIS）專用生產線。位于華城的12英寸DRAM產線FAB13也正在加緊改造為CMOS影像傳感器專用生產線。

韓國華城的EUV專用產線自2018年2月開工建設以來，正在加緊建設。工廠將投資60億美元，將于明年下半年完成建設、2020年正式投產。初期以7納米產品為主，輔以EUV光刻機。

韓國器興的8英寸晶圓代工線FAB 6于2016年開放，從180納米到70納米節點都可涵蓋，工藝技術包括嵌入式快閃記憶體（eFlash）、功率元件、影像感測器CIS，以及高電壓制程的生產，主要針對韓國本土的FABLESS。

目前，三星電子代工業務可以提供包括65納米、45納米、32/28納米 HKMG、14納米FinFET、10納米FinFET、7納米FinFET EUV工藝，客戶包括蘋果、高通、超微半導體、賽靈思、英偉達、恩智浦（NXP）以及韓國本土公司Telechips等。

到2019年底，三星電子晶圓代工專屬線將增至7條，包括6條12英寸和1條8英寸。

4.晶圓代工工藝：追求先進制程永不停歇

2005年三星電子進入晶圓代工業；2006年首個客戶簽約65納米；2009年45納米工藝開始接單，同年11月在半導體研究所成立邏輯工藝開發團隊，以強化晶圓代工業務；2010年1月首個推出32納米HKMG工藝。

由于蘋果訂單的丟失，三星在工藝研發方面加大投入，試圖證明基其技術領先地位。

2014年推出第一代14納米FinFET工藝，稱作14LPE（Low Power Early，低功耗早期），并于2015年成功量產；2016年1月推出第二代14納米FinFET工藝并量產，稱作14LPP（Low Power Plus，低功耗增強），功耗降低15%，用于Exynos 8 OCTA及高通驍龍（Snapdragon）820處理器；2016年5月推出第三代14納米FinFET工藝并量產，稱作14LPC；2016年11月推出第四代14納米FinFET工藝，稱為14LPU（Low Power Ultimate，低功耗終極）。并在14納米的基礎上，推出微縮版11LPP。

2016年10月17日，第一代10納米FinFET工藝量產，稱為10LPE，首款產品是應用處理器Exynos 8895，另一客戶就是高通驍龍830，新工藝性能可以提供27%，功耗將降低40%；2017年11月，開始批量生產第二代10納米FinFET工藝，稱為10LPP，性能提高10%，功耗降低15%，首款產品是Exynos 9810，另一客戶就是高通驍龍845；2018年6月，推出了第三代10納米FinFET工藝，稱為10LPU，性能再次得以提升。三星電子采用10納米的三重圖案光刻技術。

三星電子強調，10納米工藝系列（包括8納米衍生產品）的生命周期很長。8LPP/8LPU在生產工藝轉換為EUV光刻技術之前，具有最大的競爭優勢。但我們要注意到，臺積電10納米工藝的營收已經逐季下滑，給人已經放棄的感覺。而7納米工藝制程已經成為臺積電第一大營收來源。

那么我們來看看三星電子的10納米以下工藝的布局情況。

8LPP：8LPP在生產工藝轉換為EUV(Extreme Ultra Violet)光刻技術之前，具有最大的競爭優勢。結合三星10nm技術的關鍵工藝流程創新，與10LPP相比，8LPP在性能和門電路密度方面提供了額外的優勢。2018年11月成功量產Exynos 9系列（9820）。

7LPP：7LPP將是第一個使用EUV光刻解決方案的半導體工藝技術。這里要強調兩點，一是通過和ASML的合作，開發出了250W最大的EUV源功率，這是EUV進入到大量生產中的最重要的里程碑，EUV光刻技術的部署將打破摩爾定律擴展的障礙，為單一的納米半導體技術的發展鋪平了道路；二是關鍵IP將于2019年上半年完成研發，下半年將進行投產。

5LPE：5LPE將采用三星獨特的智能縮放(Smart Scaling)解決方案，將其納入基于EUV的7LPP技術之上，可實現更大面積擴展和超低功耗優勢。

4LPE/LPP：4LPE/LPP是三星電子最后一次應用高度成熟和行業驗證的FinFET技術，結合此前5LPE工藝的成熟技術，芯片面積更小，性能更高，可以快速達到高良率量產，也方便客戶升級。

3LPP：3LPP將第一次使用全新的MBCFETTM（Multi Bridge Channel FET，多橋接通道場效應晶體管）結構，基于三星電子特有的GAAFET（Gate All Around FET，環繞柵極場效應晶體管）技術。GAAFET需要重新設計晶體管底層結構，克服當前技術的物理、性能極限，增強柵極控制，性能大大提升。預計2020年投入風險性試產。

來源：三星電子PPT

5、加強封裝技術，布局FOPLP

2019年4月，三星電子收購三星電機（SEMCO）的FOPLP業務。三星電子希望作憑籍搭配FOPLP封裝技術，再次挑戰臺積電的InFO，希望搶下2020年蘋果A系列處理器的代工訂單。

首先我們來了解一下FOPLP。FOPLP是Fan-Out Panel Level Packaging（面板級扇出型封裝）的縮寫。

據悉，FOPLP可降低封裝厚度、增加導線密度、提升產品電性能，面板大工作平臺可提高生產效率，可運用于5G、AI、生技、自駕車、智慧城市及物聯網等相關產品。由于有著成本上的優勢，看好面板級扇出型封裝技術未來發展。目前積極布局FOPLP的公司除OAST公司安靠（Amkor）、日月光（ASE）/Deca、長電科技（JCET）、納沛斯（nepes）、力成科技（PTI）、硅品（SPIL）外，還有PCB供應商三星電機（SEMCO）、欣興電子（Unimicron）。

三星電機（SEMCO，Samsung Electro-Mechanics）成立于1973年，是三星電子的兄弟公司。三星電機主要由四個業務部門組成：元件解決方案部門，生產無源元件，如多層陶瓷電容（MLCC）和電感；基板解決方案部門，生產高密度互連板（HDI）、封裝基板和RFPCB；模組解決方案部門，生產攝像頭模組、WiFi模組；FOPLP部門，2016年新設立，從事面板級扇出型封裝技術研發。

三星電子在和臺積電爭搶蘋果A系列處理器訂單失利后，痛定思痛，決定成立特別工作小組，目標開發先進封裝FOPLP技術，且2018年正式應用于三星智能型手表Galaxy Watch的處理器封裝應用中。

于是三星電機于2016年正式成立FOPLP部門，并收購三星面板（Samsung Display）位于韓國天安（Cheonan）的液晶面板廠，進行改造，建設FOPLP生產線，2017年10月開始搬入設備，2018年10月正式量產。

三星電機研發FOPLP最初是用來生產電源管理芯片（PMIC），進入2018年之后，開始為三星Galaxy Watch制造用于應用處理器（AP）芯片，預計2019年全面跨入異質集成、晶圓堆疊的3D SiP系統級封裝。

三星電機用于Galaxy Watch的FOPLP有3個重布線層（RDL）和1個背面RDL（Backside RDL）。三星電機表示，將標準的層疊（PoP）結構應用于AP和PMIC的多芯片封裝，可以將封裝的厚度減少20%以上，從而提高了電氣和熱性能，并有助于擴大產品的電池容量。

三星電機目前使用510x415mm規格的面板制造FOPLP，800x600mm規格的面板已經開發成功。據悉面板尺寸可以根據客戶要求更改。

來源：三星電機官網

Galaxy手表及Exynos 9110拆解與逆向分析

來源：SystemPlus Consulting的報告《Exynos 9110：三星第一代扇出型面板級封裝（FOPLP）》

三星電子收購三星電機的POPLP業務，就是要力拼臺積電。三星電機在FOPLP技術投入巨大，已量產的FOPLP-PoP與I-Cube 2.5D先進封裝技術，據稱可與臺積電的InFO、CoWoS封裝分庭抗禮。

來源：三星電子PPT

臺積電當年就是憑借InFO、CoWoS封裝技術從三星電子手中搶到蘋果A系列處理器訂單。

三星電子是FD-SOI的重要推動力量。

按三星電子官方消息，晶圓業務部門的發展路徑從28納米節點開始分為兩條，一條是按照摩爾定律繼續向下發展，不斷提升FinFET的工藝節點，從14納米到目前的10納米，進而轉向下一步的7納米，好像，三星把8納米以下的數字都用上，8納米、7納米、6納米、5納米、4納米、3納米......

另一條線路就是FD-SOI工藝，從28納米（28FDS）起步，目前推出18納米（18FDS）。

不過三星研發FD-SOI的時間不長。2014年5月14日，三星電子從意法半導體（STM）獲得了28納米 FD-SOI工藝授權許可，并利用它創建了三星的28FDS工藝。2015年有三星電子代工業務人士透露，晶圓質量已于2014年9月確認，產品質量已于2015年3月確認，說明FD-SOI技術已經完全過關了。

28 FDS于2015年開始投入風險生產，2016年正式大規模量產。據悉目前有超過40種產品，為射頻應用、嵌入式MRAM提供達400 GHz以上的最大頻率，并可應用于汽車。28FDS有一個1.0伏的Vdd。據悉，三星電子在現有的28FDS基礎上，于2017、2018年添加RF與嵌入式非揮發性記憶體（NVM）技術，相比成熟的28LPP+eFlash+RF工藝，28FDS+eMRAM+RF更具競爭力，其速度提升了25%。

18FDS將于2019年下半年開始風險生產，大規模量產要到2020。其特點是后端采用三星的成熟14納米FinFET（14LPE / 14LPP）相同的BEOL互連，但采用了新的晶體管和FEOL。相比28FDS，18FDS提升了22%的性能（在相同的復雜性和功耗下），降低了37%的功耗（在相同的頻率和復雜度下），芯片面積減少了35%。據悉，18FDS也將支持RF和eMRAM，使得三星電子代工服務能滿足2020年及以后的5G時代RF和嵌入式存儲器的各種應用需求。相比28FDS的Vdd（器件內部的工作電壓）為1.0V，而18FDS的Vdd僅為0.8V。

2018年6月，ARM公司和三星電子推出業界首款采用28FDS的嵌入式MRAM（eMRAM）編譯器IP。2019年3月，ARM公司和三星電子宣布推出采用18FDS的嵌入式MRAM（eMRAM）編譯器IP，包括7個內存編譯器、3個邏輯庫、2個GPIO庫(1.8和3.3V)、3個POP IP和eMRAM內存編譯器；支持汽車AEC-Q100一級設計要求，并配備ASIL-D支持完整的汽車安全套件。

三星電子還利用其在存儲器制造方面的技術和規模優勢，著力打造eMRAM，以滿足未來市場的需求。

2019年3月，三星電子宣布基于28FDS成熟工藝成功規模量產eMRAM（嵌入式磁阻內存），可廣泛應用于MCU微控制器、IoT物聯網、AI人工智能領域。

更加關鍵的是，SOI晶圓供應商Soitec于2019年1月22日宣布擴大與三星電子合作，旨在保證FD-SOI晶圓的供應，加強FD-SOI供應鏈，并保證三星電子終端客戶的大批量生產。

目前，三星電子的FD-SOI客戶包括意法半導體、恩智浦、亞馬遜（Amazon）旗下的Blink等。

三星電子的兩大工藝路線FinFETT和FD-SOI已經準備妥當，正在揖門接單。下面我們來看看三星電子的產品情況，包括應用處理器、CMOS圖像傳感器等，這些產品能否大賣，將極大影響其代工業務的營收。

事實上，智能手機應用處理器（AP）芯片領域，能夠擺得上桌面就是華為麒麟、蘋果A系列、高通驍龍、聯發科曦力和三星電子Exynos，當然還有紫光展銳。

但目前Exynos應用處理器只是三星電子自用，而沒有大規模外賣。至于原因，歸納網上各種說法，無外乎主要有兩個方面：一個是高通的芯片制造由臺積電轉向了三星，其中交換的條件就是三星的旗艦手機必須要搭載驍龍處理器，這是一個雙贏的局面；另一個原因也是三星電子的無奈，那就是基帶通信的問題，由于三星電子沒有電信CDMA這方面的專利，所以Exynos處理器其實就是通信的殘缺版，無法滿足一部分用戶的需求，所以三星也不得不將部分旗艦的芯片換成高通驍龍。

2016年韓國公平交易委員會（KFTC）宣判高通專利授權模式違反公平競爭原則，并對高通開出8.54億美元的高額罰單，創下韓國反壟斷史上最高罰金記錄。為了降低韓國公平交易委員會開出的天價罰單的影響，2018年2月高通與三星簽訂了長期交叉授權協議，其內容之一便是允許三星電子Exynos應用處理器SoC供給第三方。

三星電子Exynos應用處理器SoC得以外賣，使得三星電子可以打包兜售的方式進軍全球應用處理器市場，將充實自家晶圓代工訂單需求，大大拉動其晶圓代工業務的營收，并可以練兵旗下先進制程業務。

2018年12月，三星電子設備解決方案（DS）部門通過組織重組，在系統LSI部門下建立了一個“傳感器業務團隊”，負責LSI事業部內的CMOS圖像傳感器產品規劃和銷售，工藝研發由設備解決方案部門的代工部門完成。

CMOS圖像傳感器（CIS）可將半導體設備中的光轉換成電信號，是數碼相機和智能手機的標配。近年來，配備多個相機鏡頭的智能手機越來越流行，CMOS圖像傳感器的需求也在不斷增加，并且隨著自動駕駛車輛越來越受歡迎，CMOS圖像傳感器需求將進一步激增，原因在于CMOS圖像傳感器可以成為自動駕駛車輛的視神經，識別道路和周圍環境的實時變化。

伴隨著手機雙攝的應用以及被應用于汽車等領域，CMOS圖像傳感器的增長需求增長迅速。市場研究公司IC Insights預測，到2022年，圖像傳感器市場市值預計從2018年的137億美元增加至190億美元。

三星電子CMOS圖像傳感器之前默默無聞，2013年推出ISOCELL技術之后，開始奮起直追。根據IC Insights的數據顯示，從銷售量上看，三星電子CMOS圖像傳感器份額在2017年的市場占有率已經達到25.4%，和索尼的28.3%的市占率差距已縮小至3個百分點。但從銷售額看，索尼CMOS傳感器的全球市占率搞達52.2%，遙遙領先于三星電子的19.1%。從銷售額的角度看，三星電子的CMOS圖像傳感器想要追上龍頭索尼，還有段不小距離。

不過三星電子認為獨創的ISOCELL技術比索尼技術強，2018年6月推出ISOCELL Plus技術。在推出新技術的同時，三星電子正在提升CMOS圖像傳感器生產能力，表示要超越索尼（Sony），成為市場領導者。事實上，早在2017年三星電子就開始擴充12英寸CMOS圖像傳感器產能。截止2017年12月三星電子12英寸CMOS圖像傳感器的產能為每月4.5萬組，2017年開始改造12英寸DRAM產線FAB 11，2018年底完成改造；同時對FAB 13進行改造，據悉，FAB 11和FAB 13的產能超過每月7萬組，預計2019年底三星電子CMOS圖像傳感器產能將達12萬組，超過索尼影像傳感器每月10萬組的產能。

三星電子的傳感器業務原來主要面向移動終端市場，現在增加了汽車圖像傳感器。三星電子表示，公司汽車圖像傳感器符合行業各種嚴苛的標準，能夠承受從?40°到105°C 的極端溫度條件，可滿足汽車電子委員會AEC-Q100 2級標準（AEC-Q100 Grade 2）要求，憑借卓越的弱暗電流，即使在極端環境下也能提供優質圖像。三星電子強調，公司汽車圖像傳感器采用先進的成像技術，推動著自動駕駛的創新和安全。

2018年10月，三星電子推出了汽車圖像傳感器品牌ISOCELL Auto。并向特斯拉提供車輛圖像傳感器，這是三星電子向汽車企業提供CMOS圖像傳感器的第一例，對三星電子擴大代工事業的意義非常大。

三星電子一方面在位于華城的S3晶圓廠投入了56億美元升級，部署7納米 LPP EUV制程技術進行風險試產；一方面投資6萬億韓元（約54億美元）建設全新的EUV產線，預計2019年竣工，2020年擴大生產規模。

三星電子真是大手筆呀！

不過，這對于在風云詭譎的存儲器市場血拼了30多年的三星來說，實在不是個事！逆勢加碼投資，會是三星電子甩開競爭對手的好時機嗎？有專家表示，行業景氣不好時，正是內部練兵時。