三星超前台积电量产三奈米晶片：半导体大战背后的地缘政治

韩国半导体大厂三星电子（Samsung Electronics）今年下半年开始量产3纳米（台湾译奈米）的半导体晶片（chip，又称芯片）。面对挑战，全球晶片代工龙头台积电（TSMC）也宣布其3奈米制程（泛指晶圆生产加工的过程）将如期于下半年进入量产。全球两大晶圆代工龙头在先进制程的角力进入新阶段。

与此同时，晶片背后的地缘政治竞逐也越来越白热化。美国总统拜登（Joe Biden）上台后力推的晶片法案（CHIPS Act），本周三已经在参议院通过，预计众议院周四表决。

该法案旨在协助美国半导体产业自给自足，并补助“价值相近”的外国半导体大厂在美设厂，扩展就业机会。但是，该法案在补助外国大厂的但书（法律文本）上，要求受补助者10年内不得在中国建造新的半导体厂房等。有分析认为，这是美国围堵中国半导体发展的新战略。

《纽约时报》评论称，一向反对政府高度干预商业的共和党，此刻支持民主党法案，罕见达成两党共识，除了扶持美国本土半导体之外，也是为了围堵中国半导体产业。

事实上，半导体晶片已经如同本世纪的石油，一般手机、高阶军武、5G及电动车等都需要晶片协助升级。中国在AI人工智慧及5G科技的迅速发展，迫使美国希望拉拢盟友，掣肘中国的半导体发展。

新加坡国立大学李光耀管理学院资深研究员艾力克斯·卡普里 （Alex Capri ）向BBC中文解释，三星与台积电的竞争再激烈，美商英特尔也以IC设计等技术领先业界。但他称，台韩美大厂都是“竞争性的合作关系”，并非希望消灭对方。他赞同美国的策略是与这些半导体大厂或政府合作，目的是抵御中国在半导体科技的发展。

台北智库“台湾经济研究院”分析师刘佩真告诉BBC中文称，今年5月美国总统拜登（Joe Biden）上任的首次亚洲行首选韩国，并亲访三星，加上三星宣布将大举投资美国及宣布设厂，未来韩国政经情势上往美国靠拢的机会较大。“台湾现阶段政府较为亲美，而两岸关系较为紧张，因而美国极力拉拢台、韩、日等国共同抗中的形势日趋显著”，她说。

三星量产三奈米晶片

2022年起，台积电、三星及英特尔（Intel）代表台湾、美国及韩国三强，在晶圆代工领域的技术领先。根据半导体研究机构集邦谘询（Trendforce）统计，2022年首季，台积电于全球晶圆代工领域的占比达53.6％，位居第二的三星则达16.3％。

刘佩真分析，现在三星希望以新的环绕式栅极（Gate-All-Around，GAA），在3奈米晶片制程超前台积电，主要原因之一是自2016到2022年连续7年，台积电独家拿到大客户苹果公司（Apple）应用处理器代工的订单，三星因此希望将苹果订单重新夺回。

中国半导体分析师杜芹在微信公众号“半导体行业观察”解释，从财报上看，苹果是台积电的最大客户，两者在半导体的合作紧密。“苹果设计，台积电代工”的商业模式一直是两公司合作模式。

他说，目前半导体业界判断，台积电2025年计划生产的2奈米晶片，苹果仍有可能是优先客户，判断来自苹果和台积电正在联合开发1奈米晶片，用于增强苹果未来想要推广的和苹果汽车计划。

“两家公司彼此成就，在十年后的今天都成为了各自赛道的领头羊。没有苹果这么强势的客户的帮助，台积电难以在代工界领先。而如今，无论是苹果的A系列、M系列、还是基带芯片，乃至未来的汽车芯片，都将离不开台积电的代工支持。这两家公司已经密不可分”，他强调。

可以说，这些年来三星与台积电在高阶晶片生产代工的竞逐，关键便是在良率。

科技网站WccfTech分析，同样接到高通公司（Qualcomm）升级版Snapdragon 8 Gen 1处理器的4奈米晶片订单，三星代工的晶片良率为 35%，台积电则达70%，这使高通最后选择了台积电成为其代工伙伴。不过，高通的第一代Snapdragon 7 Gen 1仍继续让三星晶圆代工，三星仍是高通的第三大客户。

朱岳中强调，三星紧追台积电试图以新的代工技术，打破良率表现落后台积电的劣势，还需要许多资金及技术投入。他认为，“良率就等于厂商的成本，也与产品的效能相关，这是产品能不能销售出去的重点。在晶片制程拼搏谁的制程比较快，其实意义不大”。

刘佩真亦同意，虽然三星率先宣布3奈米GAA制程，意图超越台积电，“但（3奈米晶片）良率情况仍不明，且也尚未取得大量客户订单，加上GAA制程良率要提升仍有相当的难度，故短期内仍看好台积电先进制程竞争力”。

目前台积电3奈米制程预计仍采用鳍式场效电晶体，在2奈米制程才使用GAA新技术。

无论如何，韩国这几年几乎是倾全国之力，扶持三星。根据路透社，在今年5月拜登及尹锡悦总统访问三星厂房后，三星集团随即在5月底宣布，该公司未来五年资本支出将增高至450兆韩元（约3,600亿美元）领域，是该集团成立数十年以来最大的投资金额。

此外，6月，三星负责人李在镕飞抵荷兰，与全球最大晶片光刻机（又称曝光机）供应商艾司摩尔（ASML）高层会面，称三星已确保能取得“额外”的极紫外光（EUV）设备，并保证光刻机机台能在韩国组装。

艾司摩尔是高阶晶片制程的设备制造商，该公司全球独家生产的EUV机台，是确保晶圆切割精确的机台，因此成为半导体大厂的必争之地，也被认为是李在镕亲自飞往荷兰与该国政府及厂商谈判的原因。

三星希望抢下更多机台，为其高阶晶片代工加快脚步。根据《日经新闻》（Nikkei）统计，目前台积电拥有50台艾司摩尔EUV机台，三星则有20台。

三星未来在晶片代工市占率及良率，能否迎头追上或超前台积电，都是科技界观察重点。

半导体良率是什么？

具体而言，一般商品良率即是“良品数”在总产量的比例。但晶圆制造的良率计算就更加复杂。根据朱岳中博士分析，晶圆制造良率泛指Wafer(晶圆)良率、Die(晶粒)良率和封测良率三者的总乘积。

晶圆良率越高，意味同一片晶圆上产出通过测试的好晶片数量越多。没通过测试的晶粒就会被淘汰，不会被封装成晶片。当然，封装过程也可能再次出问题，所以还会再次测试。“事实上晶圆制造过程有超过300个步骤，每个步骤都有可能产生问题，所以都会有专门的工程师监控测试，随时注意良率变化。所以制造厂商其实也不知道具体良率，只知道最终总良率。”

他分析，基本上一平方单位英寸上会有动辄数亿颗的电晶体，但不可能每一个电晶体都是好的，“良率越高，意味好的电晶体数越多，效能自然也会越好。良率低不意味产品是坏掉或故障的，因为真的有问题的，在测试过程中就已经被淘汰，但势必效能会较差。”

而良率确实是厂商的商业机密，并没有专门统计的机构。但基于商业诚信及对投资者及股东负责，基本上厂商都会在财报中揭露大致数据，客户端其实也有专门推算的部门。过去就有半导体大厂疑似窜改良率数据，被发现丢掉订单的纪录。