三星晶圆厂,终于要翻身?
9 小时前 / 阅读约15分钟
来源:36kr
三星全力押注2nm工艺,通过优化架构、提升良率、拓展产能,并转向物理AI市场,构建多元化客户生态,利用成熟工艺、先进封装与垂直整合优势,与台积电错位竞争。

对于三星电子而言,代工业务是整个大厦不可缺少的地基之一。

故事始于 2005 年,彼时三星开始开放晶圆代工,但在这一市场中,当时的它不过是个年营收不足 4 亿美元的门外汉,与同期营收逼近百亿的台积电相比,渺小得几乎可以忽略不计。

然而,三星凭借着惊人的魄力,在 2014 年上演了半导体史上最精彩的弯道超车—— 它力排众议,跳过 20nm 节点,率先量产 14nm FinFET 工艺,一举击败还在 20nm 泥潭中挣扎的台积电,抢下高通骁龙 820 等重磅订单,甚至迫使苹果在 A9 芯片上采用双代工”策略。

可惜,成也激进,败也激进。

在追求极致的竞赛中,三星在 5nm 节点上的虚标策略和良率失控,让它再次失去了Fabless信任,也错失了与台积电并驾齐驱的最佳时机。而台积电凭借更稳健的技术迭代和庞大的产能,迅速拉开了差距。

到了 3nm 时代,尽管三星抢先量产了 GAA 架构,却因良率过低陷入赔本赚吆喝的尴尬境地,截至2025 年末,三星代工业务正面临着前所未有的寒冬:连续多年的巨额亏损(季度亏损高达 1-2 万亿韩元)、市占率被挤压至 6.8% 的低谷,与台积电 71% 的霸主地位形成了鲜明对比。

但这家从未轻言放弃的韩国巨头,并未打算认输。

2nm的背水一战

从2024年开始,三星就将全部资源押注2nm工艺,公司战略理念发生根本性重构:摒弃此前全球首发的激进口号,转而将工艺稳定与良率提升作为核心目标,这也成为了三星代工业务自救的关键起点。

三星2nm工艺延续了此前率先量产的GAA(环栅)架构路线,但基于3nm的失败经验进行了全方位优化。新工艺核心是升级后的MBCFET(多桥通道场效应晶体管)架构,同时引入独特的外延与集成工艺,大幅改善了器件性能与稳定性。相较于传统FinFET技术,其晶体管性能提升11%至46%,可变性降低26%,漏电现象减少约50%,有效解决了先进制程的功耗控制难题。

三星采用的MBCFET结构以水平堆叠的矩形纳米片为沟道,相较于纳米线结构,纳米片宽度可灵活调整,电流驱动能力比FinFET提升约30%,更适配AI加速器、高性能计算等高端场景需求。为进一步强化性能,2nm工艺的MBCFET将堆叠层数提升至4片,驱动电流密度得到显著增强。

在核心架构之外,三星针对关键环节持续攻坚:通过采用单晶粒金属材料降低电阻,引入直接蚀刻金属互连技术优化金属层堆栈,其还在2024年2月与Arm达成合作,共同优化基于GAA技术的下一代Cortex-X/Cortex-A CPU内核,其首款2nm工艺SF2的技术开发于2024年二季度完成,为客户导入提供了核心支撑。

而为了推动关键的良率提升,三星采取了多维举措:优化制造全流程管控,强化系统LSI与晶圆代工事业部的协同效率以降本增效;三星董事长李在镕亲自拜访ASML、蔡司等核心设备供应商,深度对接工艺优化与良率提升方案。

值得注意的是,2025年3月日本解除光刻胶出口限制后,三星重新启用高纯度日本光刻胶,也成为良率快速爬坡的重要助力。尽管当前良率仍低于台积电2nm初期的60%水平,但已大幅缩小差距,为后续产能释放奠定基础。行业普遍认为,先进制程稳定量产需70%以上良率,三星仍需在细节优化中持续攻坚。

经过一番埋头苦干,三星2nm工艺的良率爬坡出乎不少人意料:2024年2月试产初期,良率仅30%,虽高于3nm初期水平,但距离商业化量产标准仍有差距;至2024年4月,良率快速提升至40%。而根据2025年最新消息,三星2nm工艺良率已稳定在50%-60%,不仅一扫此前低良率阴影,更基本满足商业化量产需求,其中搭载该工艺的自研Exynos 2600芯片良率甚至达到60%。

产能方面,三星最初规划在韩国华城S3工厂搭建2nm生产线,目标2025年一季度实现月产7000片晶圆,并计划于2025年底将该工厂剩余3nm产线改造为2nm产能以扩大规模。随着良率达标与订单落地,三星进一步拓展产能布局,宣布在美国泰勒工厂建立2nm代工生产线,工程师分两批于2025年9月、11月部署,同步启动生产设备采购,计划2025年下半年启动量产,2026年底全球2nm月产能将提升至2.1万片。

为了提升市场竞争力,三星也为2nm工艺规划了覆盖不同场景的多版本路线图,形成差异化竞争优势:SF2X、SF2Z聚焦高性能计算与AI领域,SF2A则面向汽车电子市场,首推版本SF2于2025年正式量产,升级版SF2P将于2026年就绪,采用速度更快的晶体管设计,2027年将推出搭载BSPDN(背面供电)技术的SF2Z版本,进一步突破性能瓶颈。

其中,SF2Z的BSPDN技术对应台积电和英特尔的背面供电技术,通过将电源轨置于晶圆背面,彻底消除电源线与信号线的互联瓶颈,相较于传统FSPDN供电方式,可实现17%的芯片尺寸缩减与15%的能效提升,显著强化高性能计算场景的性能表现。

从数据中心到物理AI的战略转向

在全力推进2nm技术攻坚与产能建设的同时,三星晶圆代工做出了关键的战略取舍:面对台积电牢牢主导的数据中心AI半导体市场,正面竞争胜算渺茫;而在新兴的物理AI市场,由于游戏规则尚未完全确立,成为其实现换道超车的核心机遇。

所谓物理AI,是指让AI具备感知、判断现实世界并执行物理动作的技术体系,典型应用覆盖自动驾驶汽车、人形机器人、工业自动化系统等领域。

与数据中心AI市场的竞争逻辑截然不同,物理AI领域的核心竞争变量从极致性能与能效转向成本结构、大规模生产能力与总体拥有成本(TCO)。业内普遍认为,汽车、机器人等物理AI场景的芯片无需尖端制程,4nm至14nm的成熟工艺已能满足需求,且这类芯片需大规模量产,客户对单价敏感度极高,这恰好为三星创造了发挥空间。

三星在物理AI市场的核心优势源于两点:一是灵活的定价与供货策略,相较于台积电的标准化合作模式,三星更能根据客户需求定制合作方案,这一点在价格敏感型市场中极具吸引力;二是垂直整合的产业布局,除晶圆代工外,三星在存储器、先进封装领域均具备全球顶尖实力。而物理AI客户考量的总成本,不仅包含晶圆代工价格,还涵盖半导体生产、封装测试及存储器采购等全链条支出,三星的垂直整合能力使其在TCO竞争中占据天然优势。

汽车半导体成为三星进军物理AI市场的首要突破口——汽车行业是物理AI技术最早实现商业化落地的领域,其成熟的工艺流程与严格的质量管控标准,可自然延伸至机器人、工业自动化等后续赛道。

从订单落地时间线来看,三星的汽车芯片布局已形成明确成果:早在2023年6月7日,三星便宣布与现代汽车达成首次汽车芯片合作,为其供应Exynos Auto V920芯片,用于驱动下一代车载信息娱乐(IVI)系统,该系统于2025年正式推出;2025 年7 月,三星与特斯拉签署价值 165 亿美元、为期 8 年的 AI6 芯片代工协议,值得注意的是,三星在美国得克萨斯州泰勒新建的2nm工厂,将专门用于生产特斯拉AI6芯片,足见双方合作的战略重要性。

对三星而言,获得汽车半导体订单的意义远超业务增收:这标志着其已具备物理AI领域所需的工艺稳定性与大规模运营能力,为后续拓展机器人、工业AI半导体市场奠定了技术与商业基础。

当前,人形机器人、工业自动化设备、智能物流系统等物理AI应用正进入快速发展期,市场规模预计将迎来爆发式增长。三星通过汽车市场积累的客户信任与量产经验,已转化为其在这一新兴赛道的核心竞争资本,与2nm先进制程形成“成熟工艺卡位新兴市场、先进制程攻坚高端场景”的双线布局。

从大型公司到中小型无晶圆厂

在战略锚定物理AI赛道的同时,三星代工还在同步推进客户生态的结构性升级——从过往过度依赖高通、英伟达等少数大客户的单一模式,转向构建覆盖大型科技巨头、细分领域龙头到中小型无晶圆厂企业的全层级客户体系。

这一转型精准契合了AI半导体市场的结构性变革:随着生成式AI、边缘计算等应用的普及,高性能芯片需求不再局限于头部科技公司,大量聚焦细分场景的中小型无晶圆厂企业加速涌现,成为驱动市场增长的新引擎。

值得关注的是,虽然台积电以67%的全球市场份额占据绝对主导地位,但这也导致其先进制程产能长期处于饱和状态,对新增订单尤其是中小型客户订单的承接能力有限,导致客户普遍面临交货周期拉长、议价能力弱化的困境。

在此背景下,三星凭借相对富余的先进制程产能、灵活的生产线调度能力以及更具竞争力的定价策略,成为众多寻求供应链多元化企业的重要选择,成功打开了市场的突破口,除了前文提到的特斯拉之外,此前转投台积电的高通也选择重返三星供应链,2026年1月8日,高通首席执行官在国际消费电子展(CES)期间证实,正与三星积极推进2纳米芯片代工合作洽谈,相关芯片设计工作已全部完成,旨在加快产品商业化落地,业界推测此次合作涉及骁龙8 Elite Gen 5的2纳米优化版本或下一代旗舰芯片骁龙8 Elite Gen 6,这被普遍解读为三星2纳米SF2P制程在性能、能效及良率上已具备市场竞争力的有力证明。

在韩国本土,三星将培育本土AI无晶圆厂企业作为战略重点,与DeepX、Boss Semiconductor等企业达成深度合作,其中边缘AI芯片企业DeepX于2025年8月13日宣布与三星、GAONCHIPS签署三方协议,共同打造全球首款2nm端侧生成式AI芯片DX-M2,计划2027年量产;这些本土客户不仅为三星提供了稳定的订单支撑,其聚焦的边缘AI、端侧计算等方向,更与三星的技术路线形成协同,助力探索新计算架构的商业化落地。

日本市场也成为三星突破台积电垄断的战场。2024年7月,三星正式确认赢得日本AI公司Preferred Networks(PFN)的2nm芯片代工订单——PFN自2016年起便是台积电的忠实客户,此次转投三星被业界视为三星在高端代工市场的重要突破。此外,三星还成功拿下任天堂Switch 2游戏机的芯片代工订单,进一步扩大了在日本消费电子与AI芯片领域的客户版图。值得注意的是,PFN选择三星的核心原因,在于三星GAA架构在特定AI芯片场景的性能优势,以及更具吸引力的合作条件,这也为三星后续拓展其他日本企业奠定了基础。

为支撑多元化客户生态的持续扩张,三星还同步强化了后端支撑体系建设:一方面大幅扩充销售与技术支持团队,针对不同行业、不同规模的客户配备专属服务团队,提升需求响应与技术对接效率;另一方面深化与设计服务企业的合作,完善从芯片设计到量产的全流程服务能力。

随着客户生态的逐步完善,三星晶圆代工部门的开工率已稳步回升,2025年二季度数据显示其先进制程产能利用率已提升至70%以上,带动设计合作伙伴业绩同步增长,形成了生态的良性循环。

差异化破局:三星代工的错位竞争之路

在与台积电的多年竞争博弈中,三星代工逐渐认清了一个现实:强行追赶先进制程并非正选选择,与其在对手主导的战场正面硬拼,不如利用差异化策略,开辟台积电难以覆盖的细分市场。

首先是成熟工艺市场,三星与欧洲的意法半导体早在2012年起便在32nm/28nm晶圆代工领域展开合作,其于2014年获得28nm FD-SOI工艺技术转让。双方经过十多年合作,将FD-SOI工艺从28nm迭代至18nm,并创新性集成嵌入式相变存储器(ePCM),实现了性能提升与功耗降低的双重突破。如今这一技术已成功拓展至汽车电子、航空航天等高端可靠性领域,意法半导体借助该工艺量产车用MCU、调制解调器等核心器件,而三星则通过合作深度绑定欧洲汽车供应链,在台积电无暇顾及的成熟工艺赛道悄悄筑起竞争壁垒。

而先进封装技术则是三星另一张王牌。作为全球最大的存储器制造商,三星在高带宽内存(HBM)与先进封装领域的具有独特的协同优势。依托“存储+封装”的技术协同,三星推出了SAINT系列先进封装解决方案,可实现SRAM与CPU的垂直堆叠、多核心IP的一体化封装,更计划在HBM4世代通过Logic Base Die替代传统DRAM Base Die,允许客户嵌入自定义IP,大幅提升数据处理效率并降低30%功耗。

在此基础上,三星构建了覆盖2.5D/3D的全场景封装服务体系,包括I-CubeS、I-CubeE等四大类解决方案,未来还将通过扩大互连层规模、缩减微凸块间距等升级,进一步强化性能优势。为夯实这一优势,三星甚至在2024年7月完成组织架构重组,将分散的HBM技术开发与先进封装团队整合,形成“存储-封装”一体化研发力量,全力打造“晶圆制造-封装测试”一站式服务能力,这种全链条服务能力击中了不少客户的核心痛点。

垂直整合能力则让三星在新兴市场具备更强的竞争力,许多客户考量的核心并非单一芯片性能,而是包含芯片制造、封装测试、存储器采购在内的总体拥有成本(TCO)与供应链稳定性。

三星电子的垂直整合架构恰好适配这一需求:客户选择三星,不仅能获得逻辑芯片代工服务,还能同步采购DRAM、NAND闪存等核心组件,并享受一体化封装解决方案,这种“一站式”服务模式不仅能降低客户的综合采购成本,更能通过技术协同提升产品兼容性,同时规避多供应商合作带来的供应链波动风险。

这套差异化策略的核心价值,在于让三星找到了与台积电的“错位竞争”空间。在数据中心AI芯片等尖端制程主导的市场,三星仍难以撼动台积电的地位;但在汽车电子、物联网、工业自动化等对成本敏感、需求定制化的领域,三星的成熟工艺、封装优势与垂直整合能力形成了合力,逐渐显现出不可替代的竞争力。

结语

三星晶圆代工的转型故事,是一个关于技术挫折、战略调整和生态重构的复杂叙事。从3nm GAA工艺的惨败到2nm工艺的攻坚,从客户流失到多元化的生态系统,从单纯追逐最先进制程到发挥垂直整合优势,三星正在寻找一条不同于台积电的发展路径。

从目前的迹象来看,三星的转型策略正在显示出一定成效。汽车半导体订单的增长、中小型无晶圆厂客户的涌入、2nm工艺的技术进展,都为公司的努力提供了支撑。但市场信心仍需进一步建立。

这一韩国半导体虽仍纠缠于良率与产能的顽疾,但它凭借战略创新、技术攻关与生态构建,已然觅得了自己的突围之径。这不仅仅是一家企业的蜕变故事,更是整个半导体产业在新科技时代适应、演进与角逐的生动镜像。