三星全球率先量产3nm，首个客户是中国矿机芯片公司？
【文/观察者网 吕栋】
赶在2022年上半年最后一天，三星“压哨”实现了自己对3nm量产时间的承诺。
今天（6月30日）上午，三星电子发布公告，称该公司已开始量产基于GAA晶体管（Gate-All-Around FET，全环绕栅极）结构的3nm芯片。
这也意味着三星抢先台积电，正式成为全球第一家实现3nm制程量产的厂商。
不过，二者在全球晶圆代工市场的份额仍差距悬殊，台积电占比过半且是三星的3倍还多。而且，三星的良率问题一直饱受质疑，就连韩媒也认为客户会优先考虑台积电，显示出三星3nm的实际表现仍有待观察。
目前，全球有意愿且有条件发展3nm芯片制造的厂商仅剩台积电、三星、英特尔三家，因为他们在购买极紫外光刻机时并不像中国大陆公司一样受到限制。按台积电披露的计划，该公司的3nm制程将在2022年下半年量产。而英特尔7nm制程改名后的Intel 4也计划在2022年下半年量产。
眼下，先进制程的大用户——消费电子行业表现低迷，三星过去两年的主要客户高通也并没有对三星3nm的量产积极表态，反而是韩媒曝出三星3nm的首个客户，是中国加密货币挖矿用芯片设计公司。
三星代工业务和半导体研发中心的员工举起三根手指作为3nm的象征，庆祝该公司首次生产采用GAA架构的3nm制程芯片
韩媒称首个客户来自中国
根据三星公布的数据，与5nm制程相比，3nm制程可以降低45%的功耗、提升23%的性能和缩小16%的芯片面积。而三星之前曾透露，其5nm相较7nm制程，性能提升10%，功耗降低20%。
可见，三星3nm制程在参数上的进步比上一代要大。而且，三星同时透露，第二代3nm制程将有进一步的优化，将降低50%的功耗，提升30%的性能，缩小35%的面积。
值得关注的是，三星在量产3nm制程时首次采用全环绕栅极（GAA）晶体管结构，而量产5nm制程时采用的则是鳍式场效应晶体管（FinFET）结构。
三星透露，该公司选择多桥通道场效应晶体管（MBCFET）技术来制造首批GAA晶体管芯片，该技术可以打破FinFET的性能限制，通过降低电源电压水平来提高能源效率，同时通过增加驱动电流的能力来提高性能。
图源：三星官网
有半导体行业媒体曾撰文指出，采用GAA晶体管结构制造的芯片，性能有望提升25%，功耗降低50%，而使用FinFET结构，性能和功耗的改善大致都在15%到20%的范围内。
美国芯片设计软件EDA巨头新思科技（Synopsys）的高管也曾指出，GAA晶体管结构象征着制程技术进步的关键转折点，对保持下一轮超大规模创新所需的策略至关重要。
不过，台积电已经宣布，该公司3nm制程仍将采用FinFET晶体管结构，最早到2nm制程时才会使用GAA结构。
2021年9月，台积电方面曾表示，相信FinFET晶体管结构将能给客户提供最成熟的技术、最好的性能及最佳的成本，预计3nm性能可较5nm提升10%至15%，功耗减少25%至30%。
三星今天透露，该公司正在位于首尔南部华城市的晶圆厂生产3nm芯片，其GAA晶体管芯片将应用于高性能、低功耗计算领域，并计划扩展到移动处理器。
今年5月，美国总统拜登参观三星电子的3nm工厂
不过，三星并未透露哪些客户将采用其3nm制程。
6月28日，韩国媒体TheElec援引消息人士的话报道称，三星3nm制程的首个客户是中国比特币挖矿用半导体厂商——上海磐矽半导体有限公司（PanSemi）。
观察者网查询天眼查发现，上海磐矽半导体有限公司成立于2016年3月，注册资本为4500万元，法定代表人为陈建兵，经营范围包括从事电子元器件的研发、销售，集成电路的研发、销售，芯片的设计、研发、销售以及系统集成等。
股权穿透后，上海磐硅半导体有限公司的实控人为香港注册公司研极科技（香港）有限公司。
目前，上海磐矽半导体有限公司官网仅有一个展示页面，称该公司总部位于上海，是一家芯片设计能力为28nm、16nm和10nm的高科技初创公司，专注于数字加密货币和Al应用的专用芯片设计。企查查显示，该公司核心团队只有陈建兵1人，参保人数也仅有3人。
图源：上海磐矽半导体有限公司官网
三星方面对此并没有披露任何信息。
“高通预约了三星产能，但优先考虑台积电”
过去两年，美国手机芯片巨头高通一直是三星晶圆代工业务的大客户。TheElec援引的消息人士称，高通已经预约了三星3nm制程的产能，但具体订单会视情况而定。
对三星来说，当务之急是提高3nm制程的良率。今年2月，三星的4nm、3nm制程被曝出“良率造假”。随后，韩国媒体Business Post在4月份爆料，今年年初三星4nm工艺良率仅35%，3nm制程的良率更是只有10%-20%。相比之下，台积电4nm制程良率则高达约70%。
尽管三星方面否认了良率问题，但该公司在原计划的最后一天才开始量产3nm，也显示出一些吃力。
过去一段时间，三星5nm制程的表现饱受质疑，采用三星5nm制程的高通骁龙888由于发热问题严重，被网友戏称为“火龙”。
到底是三星生产工艺存在问题，还是高通芯片设计方面的缺陷，一直未有定论。
随后，高通将转单台积电的传言不绝于耳。
今年5月20日，高通发布的新品骁龙7 Gen1继续采用三星的4nm工艺，而更高端的骁龙8+ Gen1则采用的是台积电4nm工艺。这也直接证实了高通转单的传闻。
在前文所述的报道中，TheElec援引消息人士称，高通首先把3nm的“任务”交给了台积电，因为三星的良率无法满足要求。如果台积电的3nm也出现问题，高通才会考虑三星。
韩媒报道截图
除自身的良率问题之外，三星3nm制程量产的时间点也并不算好。进入2022年，俄乌冲突、全球通胀叠加疫情反复，全球消费电子行业持续低迷，而手机正是使用先进制程较大的领域。
市场调研机构CINNO Research发布的报告指出，2022年前四个月，国内疫情影响下手机市场需求疲软，消费意愿降低，国内手机销量同比下降超三成。进入5月，整体下行趋势没有停止，各大手机厂商库存水位处于历史高位，供应链方面也传出手机厂商下调预期与砍单。
CINNO Research数据显示，5月中国大陆市场智能手机销量约为1912万台，较4月销量环比增加8.6%，规模上有所恢复，但与去年同期相比，同比降幅依然高达19.7%，创下2015年以来最差的5月单月销量。
图源：CINNO Research
更重要的是，随着先进制程的研发成本越来越高，如果下游应用规模萎缩，将无法摊薄先进制程的研发费用，甚至造成企业亏损。
美国乔治敦大学沃尔什外交学院安全与新兴技术中心（CSET）发布的数据显示，台积电一片采用3nm制程的12英寸晶圆，代工制造费用约为3万美元，大约是5nm的1.75倍。
在裸片（die）面积不变、良率不变的情况下，未来苹果A17处理器如果采用3nm制程，成本将上涨到154美元/颗，成为iPhone成本最高的部件，而5nm的A15处理器只是iPhone 13的第三大成本零部件（低于显示屏和摄像头模组）。
成本上升，需求下滑，对三星来说并不是好事。
不过，目前的晶圆代工市场也并非没有机会。头豹（上海）研究院TMT行业首席分析师刘颀在接受观察者网采访时指出，半导体行业正处于“结构性成长”阶段，尽管消费电子出现下滑，但车载、物联网、服务器等领域的需求仍然处于高位。以车载芯片为例，目前“缺芯”现象短期内还无法得到缓解，高景气度依旧。
他提到，以台积电等代工厂为例，除消费电子这一大的下游应用领域需求有下滑外，车载、物联网、服务器等细分领域的需求增长仍处于高位，台积电则通过已有产能规划的调整、新增产线扩充产能等方式，直接把握来自于这些领域的下游强劲需求，获得增长动能。
在此背景下，台积电近期接连传出要在中国大陆、中国台湾和日本扩产及继续涨价的信息，该公司高管更表态称今年营收增速将高于去年5个百分点，达到30%。
尽管三星罕见比台积电率先量产了3nm，但在晶圆代工市场份额上，三星与台积电仍不可同日而语。
TrendForce集邦咨询发布的数据显示，在2022年一季度的全球晶圆代工市场中，台积电以53.6%的份额位居榜首，三星以16.3%位居次席。值得注意的是，三星由于电视，智能手机等需求萎靡，及4nm扩产与良率改善速度不如预期等因素，成为唯一营收负增长的晶圆代工厂，环比减少3.9%，市占率也环比下滑了两个百分点。
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