三星電子在站穩存儲器市場優勢地位后,亦積極與IBM、意法半導體(ST)及格羅方德(GLOBALFOUNDRIES)策略合作,投入先進制程技術研發,藉此增強邏輯芯片和晶圓代工市場競爭力,并為集團所開發的終端應用產品提供差異化解決方案。
南韓最大資通訊(ICT)業者三星電子(Samsung Electronics),自1974年切入半導體領域,在1980~1990年代即快速趕上日本與美國,至今已成為全球DRAM與NAND市場占有率最高的業者。另外,三星電子也積極將其半導體事業擴展至邏輯芯片制造領域,以搶食比存儲器市場更大的芯片商機。
從三星電子近期的產線布局動向可發現,三星電子對邏輯芯片產能之建置較為積極,對臺灣晶圓代工產業而言,將會帶來一定程度之挑戰;但另一方面,三星電子對存儲器芯片產能之擴充明顯較為謹慎,對臺灣存儲器代工產業則是個利多局面。
三大事業群各有所長
三星電子共有三大事業群,分別為IT.Mobile、Consumer Electronics與Device Solution,在2013年全年營收約達228.7兆韓元(約2,220億4,000萬美元),而三大事業群2013年營收占比分別為60.7%、 22.0%與29.6%。
IT.Mobile 事業群主要負責如筆記型電腦、智能型手機等資訊硬體產品,與移動手持設備之研發、生產與銷售;Consumer Electronics主要負責如電視、冰箱、掃地機器人等消費性電子產品之研發、生產與銷售;Device Solution事業群主要負責如存儲器、積體電路(IC)芯片、顯示器面板等電子產品關鍵零組件之研發、生產與銷售。
三星電子半導體事業泛指Device Solution事業群下,Memory部門和SYS.LSI部門之合稱,其主要定位為提供三星電子內部IT.Mobile、Consumer Electronics等兩大事業群生產終端產品時所需要之關鍵零組件,以降低終端產品關鍵零組件被外部公司壟斷之風險;其次,也會對外銷售以填滿因三星 電子內部銷售量不足所剩余的產能。
不過,近年隨著智能手持設備熱潮興起,以及產品同質化情況愈趨嚴重,三星電子半導體事業所生產的關鍵零組件,也逐漸成為三星電子終端產品與其他競爭企業產品間得以產生差異化的關鍵。
生產工廠分布美中韓等地
三星電子半導體事業之產線,依部門區分有Memory部門的DRAM產線與NAND產線,以及SYS.LSI部門的邏輯芯片產線。
目前三星電子半導體事業生產工廠分布在美國、韓國、中國大陸等國家,美國工廠主要爭取美國客戶之晶圓代工訂單,并生產自有品牌邏輯芯片產品;中國工廠主要著 眼于中國大陸客戶所需要之NAND Flash Memory市場需求,未來以生產NAND固態硬盤(SSD)產品為主;南韓工廠負責生產所有產品線,并以南韓工廠為中心,進行全球產能配置與協調。
三星電子為縮短NAND Flash Memory/Storage Device產品上市時程,也在中國大陸西安園區內設置研發中心,并將研發重點放在市場潛力高之企業級SSD儲存設備。
三星電子半導體事業之產品,有Memory部門的DRAM產品與NAND產品,并以“Green Memory”產品線做為Memory部門發展主軸;其次SYS.LSI部門有自有品牌邏輯芯片產品,以及晶圓代工服務等產品,且并行發展這兩大產品線。
DRAM產線與產品
目前DRAM產品有四個工廠,均為12寸晶圓產線,且均建置于南韓華城園區,每月可投入總片數達三十九萬五千片。2014年第一季,三星電子DRAM產線制 程以25奈米(nm)為主,占整體產能45%;其次為35奈米制程,占整體產能37%;其余28奈米、46奈米等制程占整體產能18%左右。2014年第 一季已成功量產4Gb 20奈米制程DRAM,未來將逐季增加其量產比重。
三星電子DRAM產品線主要有Computing DRAM、Consumer DRAM、Graphic DRAM、Mobile DRAM、多芯片封裝(Multi Chip Package, MCP)等產品。
Computing DRAM主要應用于筆電、桌上型電腦、服務器等資訊運算產品;Consumer DRAM主要應用于電視、導航、數位相機、數位攝影機、數位單眼相機(DSLR)等消費型產品;Graphic DRAM主要應用于筆電、桌上型電腦等可大量且高速執行繪圖運算之資訊運算產品。Mobile DRAM主要應用于導航、平板電腦、智能型手機、功能型手機、筆電等移動資通訊產品;MCP主要應用于導航、平板電腦、智能型手機、功能型手機等移動資通 訊產品。
NAND之產線與產品
NAND產線在2012年原有Fab12、Fab14、Fab16等工廠,因Fab14于 2012年轉換為邏輯芯片工廠,不再生產NAND產品;此外,中國大陸西安廠正式于2014年第二季量產NAND產品,因此截至2014年,三星電子 NAND產線主要有建置于南韓華城園區的Fab12、Fab16,以及建置于中國大陸西安園區的西安廠等工廠。
三星電子NAND產線均為12寸晶圓產線,每月可投入總片數達四十三萬五千萬片,其中,西安園區不排除再建置兩座每月可投入片數達十萬片產能之NAND產線。
2014年第一季,三星電子NAND產線制程以19奈米為主,占整體產能55%;其次為21奈米制程,約占整體產能36%;16奈米制程約占整體產能9%左右;而10奈米級V-NAND先進制程將隨西安工廠于2014年第二季正式量產而逐季增加其占比。
三 星電子NAND產品線主要有符合嵌入式多媒體卡(eMMC)標準和通用存儲器(UFS)標準的NAND Flash Card,以及SSD等產品。NAND Flash Card、SSD等產品將采用以10奈米級制程V-NAND技術生產之NAND Memory。NAND Flash Card主要應用于電視、導航、數位相機、數位攝影機、數位單眼相機、平板電腦、智能型手機、筆電等等消費性產品。
SSD主要應用于筆電、桌上型電腦、服務器等資訊運算產品,以取代傳統硬盤或與傳統硬盤混合使用為主。有鑒于SSD之高讀取速度、高穩定度、低散熱、低耗能等優點,三星電子更看好適用于資料中心的企業級SSD產品之發展潛力。
邏輯芯片產線與產品
SYS.LSI 事業部門目前共有八座工廠,其中六座已投產,另有二座正在建置中。Fab5、Fab6、Fab7等三座工廠為8寸晶圓廠,S-Line、Fab14、 Line P1、Line P2、Line 17等五座工廠為12寸晶圓廠。Fab5、Fab6、Fab7等工廠之主要生產制程為40~100奈米;S-Line、Fab14、Line P1等工廠之主要生產制程為32奈米、28奈米、20奈米;而Line P2、Line 17仍在建設中。
Line P2廠原為NAND存儲器廠,2013年停產將生產設備更換為邏輯芯片制程設備,并預計在2015年投產,生產制程目前暫定為28奈米、20奈米;而 Line 17廠房為2013年所規劃投資建設的新工廠,制程設備已于2014年第一季發包,也預計于2015年投產,生產制程目前暫定為14奈米鰭式場效電晶體 (FinFET)制程,以爭取蘋果(Apple)新一代A9應用處理器(AP)晶圓代工訂單。
在自有品牌邏輯芯片產品部分,三星電子邏輯 芯片產品線有CMOS Image Sensor、Power IC、Display Driver IC、TCON IC(Timing Controller)、微控制器(MCU)、AP等產品,主要應用于電視、導航、功能型手機、智能型手機、筆電等消費性產品。
此外,三 星電子也有可提供終端產品安全應用之Smart Card IC產品線,Smart Card IC為電子抹除式可復寫唯讀存儲器(EEPROM)/Flash型態之芯片,應用于確保電信通訊與移動安全之用戶識別模組(SIM)IC、近距離無線通訊 (NFC)IC、機器對機器(M2M)IC,以及應用于確保金融交易安全之金融安全與認證(FSID)系統,也應用于確保資訊產品安全之信任平臺模組 (TPM)、通用序列匯流排(USB)Tokens等產品中。
其次,在晶圓代工服務部分,三星電子在2010年,已經和IBM、格羅方德 (GLOBALFOUNDRIES)、意法半導體(ST)等業者,導入IBM的28奈米制程技術,并進行半導體制造工廠同步化作業,晶圓代工客戶不須重新 設計,就可在美國、韓國、德國等國家的多家廠房進行生產。三星電子在2011年和IBM簽署專利交互授權協議,為客戶提供20奈米以下高效能、低耗電之晶 圓代工服務。
三星電子在2014年更進一步和格羅方德簽署策略合作計劃,由三星電子提供14奈米FinFET制程技術,晶圓代工客戶一樣可以不須重新設計,就可以選擇三星電子(韓國華城、美國奧斯汀)和格羅方德(美國紐約)的晶圓代工產線,以14奈米FinFET制程生產自家的芯片。
此外,在2014年也和意法半導體簽署28奈米全耗盡型絕緣層覆硅(FD-SOI)技術多重貨源制造全方位合作協議,以為采用28奈米FD-SOI制程的客戶提供多重貨源保障。
鞏固產品優勢 三星推進10奈米制程
以下分別就DRAM、NAND與邏輯芯片等產品的發展方向,解析三星電子在產品產能、技術等部分的未來動向。
DRAM產品發展方向
首先在產能規劃部分,基于過往DRAM需求量高之桌上型電腦與筆記型電腦,其未來的成長動能已經不如過去,使得三星電子至今并無DRAM產品之產線增建或產能擴充規劃。不過,整體產值仍可望隨微細制程提升而持續成長。
第二,在制程提升部分,三星電子已經于2014年第一季首次量產20奈米制程4G DDR3 DRAM產品,未來所有產線將陸續升級至20奈米制程,而三星電子也將藉由改良型雙重曝光(Modified Double Patterning)技術,將DRAM微細制程再提升至10奈米制程。
第三,在產品發展部分,Computing DRAM會聚焦于20奈米制程之DDR4產品;Mobile DRAM會聚焦于性價比更好之LPDDR4產品,未來將提高Mobile DRAM之生產比重,整體事業重心也將從Computing DRAM轉移至Mobile DRAM。
第四,在產品技術部分,三星將導入 3D IC硅穿孔(TSV)技術,以提高單一封裝芯片密度與容量,并有效提升DRAM模組之傳輸速度與節能效果;與其他產品解決方案搭配的Solution DRAM(如Consumer DRAM、Graphic DRAM),將聚焦于錯誤管理運算與服務器用存儲器子系統之開發。另外,三星將全方位開發次世代的存儲器產品,如磁性存儲器(MRAM)、可變電阻式記憶 體(ReRAM)、相變隨機存取存儲器(PRAM)等,以確保該公司在次世代存儲器競賽之技術優勢。
NAND產品發展方向
首先在產能規劃部分,三星電子目前已藉由中國大陸西安廠大幅擴大NAND整體產能,待中國大陸西安廠穩定量產之后,再視當時市場實際需求,不排除再于中國大 陸西安增建第二條、第三條V-NAND產線。而在南韓華城的Fab12、Fab16廠并無產能擴充規劃,整體產能也可望隨V-NAND技術導入而持續成 長。
第二,在制程提升部分,三星電子已經于南韓華城Fab16廠、中國大陸西安廠成功量產10奈米級V-NAND產品,三星電子短期并無將生產制程再提升至10奈米以下制程之計劃。
第三,在產品發展部分,三星電子將生產符合UFS 2.0標準(傳輸速度達1.2GB、較現有eMMC 5.0標準傳輸速度快三倍)的NAND產品;SSD產品之發展重點則持續聚焦在適用于企業與資料中心的企業級SSD產品。
第四,在產品技術部分,三星電子目前V-NAND產品之堆疊層數為二十四層,未來將持續提升V-NAND產品堆疊層數,期待將堆疊層數增加至一百層以上。
邏輯芯片發展方向
首先在產能規劃部分,目前正在建置中的美國奧斯汀Line P2廠以及南韓器興Line 17廠預計將于2015年陸續投產,進而使三星電子邏輯芯片產能持續擴大。
第二,在制程提升部分,三星電子已經完成14奈米FinFET制程之技術開發,2015年新加入的德州Line P2廠以及南韓器興Line 17廠,將直接導入14奈米FinFET制程,未來將再升級至10奈米制程;而其他產線也將視實際需要導入14奈米FinFET制程,不會所有產線均進行 制程升級。
第三,在產品發展部分,自有品牌邏輯芯片之CMOS Image Sensor將提升畫素至2,000萬以上;AP則繼續發展內建通訊模組的產品(例如ModAP),以及更高效能、更低耗能之Exynos系列芯片,并將 Exynos系列芯片擴大應用于其他智能設備中;而晶圓代工服務則朝提供更先進技術、一站式專利授權與芯片設計支援等方向推進,以爭取更多晶圓代工訂單。
第四,在產品技術部分,三星電子的14奈米FinFET制程所采用之技術為LPE(Low Power Enhanced),2014年2月已完成制程認證,預定于2014年底或2015年投產。該公司將繼續開發LPE升級技術--LPP(Low Power Plus)技術,以維持晶圓代工競爭力。
提升企業競爭地位 半導體角色日益吃重
三星電子的半導體事業2013年營收雖僅占總營收比重29.6%,但對其他部門的終端產品而言,卻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。
三星電子的DRAM、NAND等存儲器產品制程,都較其他存儲器產品競爭者制程更為先進,可以提供終端產品最先進制程、效能最好、最節能的零組件。其邏輯芯片中的CMOS Image Sensor提供了更高畫素的相機模組,AP則提供了更多運算核心的處理器。
三 星電子多種資通訊產品,如Chromebook 2、Galaxy S3、Galaxy S4、Galaxy Tab S 10.5、Note2 N7100、Galaxy Note 3 Neo、Galaxy K Zoom、Gear 2等,均搭載Exynos系列芯片,若加入通訊模組、可取代高通通訊芯片的AP順利開發量產,Exynos系列芯片對三星電子終端產品之重要性,將較現在 更為關鍵。
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