誰將一統天下？半導體的精細化競爭！

文／權順鎔；譯／葛瑞絲

我已經一個人住很久了，所以常吃麵包取代正餐，我特別喜歡牛角麵包，因為裡面有很多層，口感非常豐富。好吃的牛角麵包，每個薄層吃起來層次分明，千層蛋糕也一樣，一層層疊在一起時，就能創造出驚人的美味。

在半導體材料中，二維材料就像牛角麵包或千層蛋糕的其中一層，每層都很薄、厚度只有一顆原子。如前面所述，半導體的核心在於精細程度，這也是為什麼，許多半導體公司都專注在研發效能更卓越的二維材料。

既然提到二維材料，我們來看看前面提到的半導體精細化競爭，目前進行得如何。現在，只有兩間能做出十奈米以下細微製程的半導體公司，就是台積電和三星電子；前者在二○二○年開始量產五奈米製程半導體，後者則在二○二一年開始量產四奈米製程半導體。

當前局勢是三星電子以幾個月的差距，緊追台積電之後，但不知道三奈米製程開始後，情況會變得如何。三星電子在二○二二年上半期，宣布導入三奈米製程，台積電則在二○二二年七月正式宣布導入三奈米製程。若按照此進度執行，三星似乎以兩、三個月的差距領先，甚至還有傳聞說，三星電子將於二○二五年導入兩奈米製程的半導體。

那麼，難道這代表在未來，三星電子將一統半導體的天下嗎？現在三星在記憶體半導體領域，屬於頂尖霸主沒錯，但在系統半導體領域方面仍相對弱勢。以代工廠看來，台積電取得壓倒性的勝利，代工廠實際市占率資料顯示，台積電幾乎是五三％到五六％，三星電子則只有一七％左右¹（按：除了製程，良率更是提升市占率的關鍵）。

只看一七％這數值，也不算差，但其實一半以上都是三星電子生產、三星電子收購，內部交易依賴度非常高。根據TrendForce的報告表示，二○一九年第一季三星電子代工廠銷售當中，其他公司訂購的數量只有四○％²。簡單來說，絕大多數公司選擇代工廠時，更偏好台積電，而非三星電子。

台積電的主要客戶是蘋果，也獨家代理生產iPhone的AP。二○二○年七月，台積電甩開三星電子，在半導體公司中市價總額排名第一³。如果不是關注股票或半導體產業的韓國人，可能沒聽過台積電；如果告訴他們，台積電是全球第一的半導體公司，而且是臺灣的企業，他們一定會非常驚訝。這也沒辦法，台積電跟蘋果或三星不一樣，完全是B2B（Business-to-Business，企業對企業）的公司，所以跟一般消費者不會有任何關聯。

這麼說來，這就是一間絕對不能小看的公司，透過前面提供的數字，這點應該已經說明得很清楚了。在智慧型手機當道的時代，台積電大幅成長。因為智慧型手機的大腦──AP雖然有點耗電，但還是要發揮高性能，幾乎沒有半導體公司具備這種水準的生產線。

在建立半導體製程方面，投入數十兆、數百兆韓元都是稀鬆平常的事。你可以想想，前面介紹過ASML的EUV曝光設備，一臺要價兩千億韓元，就能知道為什麼一般半導體公司根本無法打這方面的算盤，因為他們沒有這種製程，導致半導體的供給無法跟上需求。

無論無廠半導體公司（按：只從事硬體晶片的電路設計，後交由晶圓代工廠製造，並負責銷售的公司）的設計再怎麼優秀，如果沒有代工廠的完美做工，依然只是紙上談兵，尤其像蘋果這種需要高效能半導體的公司，能夠找到符合其需求製作的代工廠，非常困難。

設計圖越精細、越複雜，製造商不同肯定會影響商品完成度，而且，現在的無廠半導體公司都希望能製作出五奈米製程以下的半導體，等於要求近乎極致的精細作業。

前面說明過，半導體是在名為晶圓的基板上製作的，所以，若想讓收益放到最大，就要盡量在一個晶圓上取出最多半導體，而想達到這個目的，就要把迴路畫得很小，同時也要維持、甚至提升效能。

你想想看，要把一幅〈蒙娜麗莎〉（La Gioconda）畫在A4紙跟信用卡大小的紙上，兩者之間需要的功力差了多少。畫布尺寸縮小後，為了畫出同樣精緻的細節，就必須在畫線或上色時更加仔細，但要是成功了，等於你可以在一張A4紙上，畫出更多幅〈蒙娜麗莎〉。

半導體也是這樣，而且這種精細的作業，只有台積電和三星電子做得到。這兩間公司互相較勁，比較誰才是更細膩的畫家。台積電正式投入四奈米製程後，三星電子也不落人後，趕緊宣布投入五奈米製程。之後，兩方的主要競爭在於誰先穩定量產三奈米製程半導體，以及導入兩奈米製程。

如果只比較兩間公司的規模，三星電子遠遠大於台積電，因為台積電是代工廠，而三星電子是整合半導體的公司，此外，不僅是記憶體半導體，三星也生產系統半導體。如果只限定在代工廠，台積電是市場龍頭，但相反的，他們絕對無法獨霸市場，因為代工廠必須和無數半導體公司互相合作。

當然，這不代表台積電前景不好，反而是「握有話語權的買方」，因為不管他們拿到什麼半導體的設計圖，都有充分的能力能處理，可說是功力最精湛的鐵匠。

這麼說來，台積電和三星，誰能獲得最後的勝利？答案是不知道。台積電有可能會繼續在代工廠裡占據領先位置，三星也可能憑靠雄厚的資本實力奪回冠軍，此外，也可能出現第三個半導體公司。只不過，短期內看來，還是會維持台積電第一、三星電子第二的局面。如果三星想超越台積電，就需要無法超越的技術，無論是代工廠、無廠半導體、記憶體半導體還是系統半導體，都必須推出能撼動市場的商品。

淘汰晶圓板，改用方型印刷電路板

全球各地的半導體公司，不會只對未來抱持樂觀態度，而是會不斷努力讓這些想法成為現實。接下來我要說明的技術，是韓國研究學者的成果，所以會優先使用在三星電子或SK海力士這類韓國半導體公司，幫助它們在半導體市場上屹立不搖。而這些技術的用途很簡單，就是畫出精細的圖樣。

三星電子正在研究封裝製程中的FOPLP，而FOPLP使用的載板並不是我們常見的圓形晶圓，而是綠色四方型的印刷電路板（Printed Circuit Board，簡稱PCB）。為什麼？用常理來想想，若將圓形的晶圓板做成方形的半導體，一定會有部分被浪費掉；相反的，若採用方形的PCB，自然能減少浪費，整體生產費用也會大幅降低。

既有的半導體研究都專注於縮減大小、提升性能，但使用PCB板，連費用都能降低，可說是無法超越的優勢。順帶一提，台積電正在研究FOWLP，雖然能做得比之前更精細，但在晶圓的使用上會遭遇限制。

NOTE

1. 朴信英（박신영），〈三星的發表震驚了全世界……能領先台積電的「祕密武器」是什麼？〉（삼성발표에전세계가놀랐다…TSMC 잡을‘비장의무기’뭐길래），《韓國經濟》（한국경제），（2021）。
2. Chen, K., “Global Top Ten IC Foundries Ranked for 1Q19, with TSMC Expected to Reach 48.1%Market Share, Says TrendForce,” TrendForce (2019).
3. 權五鉉，〈臺灣台積電全球半導體企業市價總額排名第一……三星電子排名第二〉（대만 TSMC 글로벌반도체기업시가총액 1위…삼성전자 2위），《聯合新聞》（연합뉴스），（2020）。

※ 本文摘自 《半導體，下一個劇本》，原篇名為〈厚度只有一顆原子的二維材料〉，立即前往試讀►►►