打造非美系設備芯片廠，三星能做到嗎？
圖片來源@視覺中國
文丨孫永傑
近日，三星欲打造非美系設備芯片製造廠的消息再次被媒體熱炒。其實這個消息早在5月底就被報道過，即台灣經濟日報當時報道，華為正試圖説服三星及台積電，為其打造採用非美系設備的先進製程生產線，甚至稱，三星已有一條7nm採用非美系設備的產線正在為華為旗下海思試產。
三星真的有實力打造非美系設備的芯片製造廠嗎？背後折射出三星芯片產業怎樣真正的實力？
既然是芯片製造，自然起決定作用的就是相關的芯片製造設備。眾所周知，IC（包括芯片）製造通常需要光刻機、刻蝕機、薄膜設備、擴散\\離子注入設備、濕法設備、過程檢測等六大類設備。
根據VLSI Research的數據顯示，美國企業在PVD，CMP設備，檢測設備和離子注入設備領域基本壟斷了市場。從營收角度看，美國三大半導體設備提供商AMAT（應用材料公司），Lam Research（泛林），KLA（科磊）2019年的應用收入分別為134.68億美元，95.49億美元和46.65億美元，約佔全球總營收的35.9%及前15的43%，佔有絕對優勢。
從設備所佔市場份額看，AMAT的產品覆蓋了整個產業鏈，眾多產品市場佔有率處於世界領先水平，包括PVD沉積設備（84.9%），CMP設備（66%），離子注入設備（73%）領域處於領先水平。此外，泛林的刻蝕機市場佔有率達到52.7%，科磊的檢測設備市場佔有率達到70%。
更讓外界感覺無力的是，除了三大設備製造商外，美國半導體設備產業還有大批的零部件供應商，就連業內熟知的大名鼎鼎的ASML的光刻機，竟然也離不開美國的半導體零部件供應商。
據彭博社蒐集的數據顯示，ASML的光刻機也使用了美國的技術，而從ASML整個上游供應鏈看，ASML的17家核心供應商中，竟然有9家來自美國，包括布魯克斯自動化，sparton，II-VI Incorporated公司、Lumentum（魯門特姆控股公司）等，此外ASML光刻機的光源由Cymer（已被ASML收購）提供，計量技術裝備由美國惠普製造。由於ASML光刻機大部分零部件選擇外包，因此對供應商，尤其是美國供應商依賴程度嚴重。
那麼問題來了，這種現實之下，三星可以打造非美系設備半導體制造生產線嗎？
為此，EE Times曾一份報告就芯片製造過程的11個階段對領先的設備供應商進行了排名，得出的結論是：儘管在沒有美國設備的情況下，理論上建立一條半導體生產線是可行的，但日本、歐洲乃至中國國內的設備在許多領域並不領先。
到這裏我們只想説，能建、能用和好用是完全不同層面的概念。
需要説明的是，在前15家排名中，竟然沒有一家韓國自己的芯片製造設備企業，而據統計，在2018年，韓國SEMES曾進入過榜單，位列TOP12，但由於投資不足，去年徹底與前15無緣。其實即便是進入前15的榜單，在芯片製造設備領域，韓國不要説與美國，就是與日本和歐洲的企業相比都相距甚遠。
另據韓國國國際貿易協會（KITA）的數據，2019年韓國進口芯片製造設備排名前三的國家分別是日本、美國和荷蘭。這意味着，韓國在芯片製造設備領域與美國起碼的博弈能力都不具備，甚至首先會被日本鉗制（始於去年的日韓在芯片領域的貿易戰知道吧）。
除了芯片製造設備，半導體材料對於芯片產業的重要性也是不言而喻。如果三星在這個領域可行的話，某種程度上也會讓其在建立非美系設備芯片製造廠時，具備與美國博弈的籌碼。但不幸的是，在這個關鍵領域，去年爆發的日韓貿易戰又讓三星暴露出在芯片產業鏈中的又一致命短板。
通過此次貿易戰，業內知道，日本竟然是全球最大的半導體材料生產國，並在半導體材料里長期保持絕對優勢，生產半導體芯片需要19種左右的必須的材料，缺一不可，且大多數材料具備極高的技術壁壘。其中日本企業在硅晶圓、合成半導體晶圓、光罩、光刻膠、靶材料、保護塗膜、引線架、陶瓷板、塑料板、TAB（捲帶式自動接合）、COF（薄膜復晶）、焊線、封裝材料等14種重要材料方面均佔有50%以上的份額。
例如，在材料中成本佔比最高的硅片領域（超過30%），日本信越化學遙遙領先，市場份額第一，隨後為日本 SUMCO（三菱住友）、中國台灣環球晶圓、德國 Siltronic、韓國的SK 海力士。2018年，前四大硅片供貨商的全球市佔率達到了94%，其中日本信越化學佔比28%，日本三菱住友佔比25%。
在光刻膠領域，日本JSR、東京應化工業、住友化學、美國陶氏、富士電子等企業壟斷；在靶材領域，日本的日礦金屬、霍尼韋爾、東曹、普萊克斯佔據了大部分市場。
相比之下，三星，甚至是整個韓國半導體產業鏈在半導體材料方面幾無建樹，而且導致了對於日本半導體材料的高度依賴。
例如去年日韓貿易戰中，被日本列入限制出口名單的高純度氟化氫，其主要用途為半導體的濕式刻蝕。儘管全世界各大廠生產的氟化氫幾乎都能99.99%的純度，但卻唯有日本廠商的氟化氫能將純度達到99.999%。
在7納米工藝開始量產、以及半導體愈發高精密化的當下，濕式刻蝕因為其各向同樣的特點，從而使得芯片製造廠商對於氟化氫的純度要求也水漲船高。目前，從日本進口的高純度氟化氫佔到了韓國總進口額的43.9%。
又如被限制的光刻膠，隨着當今各種芯片先後跨入微納米級別，光刻膠對應的波長也相應地不斷減小。目前較為主流的光刻膠波長主要有g線（436納米）、i線（365納米）、KrF（248納米）、ArF（193納米）以及最新的EUV（13.5納米）。其中商用最為廣泛的KrF和ArF更是日本人的天下，根據韓國國際貿易協會給出的數據，韓國超過91.9%的光刻膠依賴從日本進口。
儘管三星此後積極尋找替代，並宣佈了鉅額投資計劃，即在未來7年裏投資7.8萬億韓元（約合65億美元或者449億人民幣）研發國產半導體材料及裝備，減少對日本的依賴。但何時能在關鍵半導體材料領域具備類似日本可以作為殺手鐧的博弈能力尚需時日。
眾所周知，半導體生產工藝主要分為設計、製造、封測三大環節，在後兩個環節中，需要關鍵設備和材料，它們也是保障芯片順利生產的上游基石。但就像我們前述，三星在後兩個環節中關鍵的半導體設備、材料上幾乎沒有任何競爭優勢，那麼只剩下設計環節這個優勢。即便如此，三星也面臨失去的危險。
今年3 月 21 日，三星用户在 Change.org 網站上提交的一份請願書引發了業內的強烈關注。而用户請願的目的是向三星施加壓力，要求其停止在旗艦手機Galaxy S20 Plus搭載自家 Exynos 990。至於原因，就是搭載該芯片的機型性能、功耗等的表現遜色於搭載高通驍龍865的Galaxy S20 Plus。
據外媒 Android Authority的相關測試，Exynos 990確實在性能、功耗等方面與高通驍龍865存有不等的差距。
例如在 FHD 分辨率、刷新率為 60Hz 的配置下，無論是單核還是多核，驍龍 865 在 CPU 方面的成績都優於 Exynos 990；GPU 方面，Exynos 990 落後驍龍 865 近 50%；系統性能方面，驍龍 865 也更勝一籌。
又如在 FHD 分辨率、刷新率為 120Hz 的配置下，兩款 CPU 的單核表現近乎一致，不過多核方面，驍龍 865 具有明顯的優勢；GPU 方面，兩者的差距較 60Hz 配置下的表現大大縮小，不過驍龍 865 仍然領先；系統性能方面，驍龍 865 更優。
業內知道，三星Galaxy S/Note“一機雙芯”的做法已經沿用很久，即面向不同的市場分別搭載驍龍和Exynos兩套不同的處理器，同時基帶、CMOS等元件也總是略有不同。得益於三星LSI團隊的精細調教，兩顆旗艦SoC性能方面的差異很小，甚至Exynos在部分子項上還略有領先。
隨着Exynos 990的發佈，三星自研的高性能CPU核心已經推進到了第五代，前後投入了170億美元，但收效並不理想，尤其隨着ARM公版性能的不斷提升，三星自芯片核心的迭代速度已經落後。
所以無論從技術，還是商業價值的角度，三星自研芯片核心已沒有實際意義，這也是為何三星去年11月解散了位於德州奧斯汀的整個CPU研發團隊，未來完全轉向ARM公版架構的原因，而這勢必會削弱三星在芯片領域，與蘋果、高通等具備自有芯片核心企業在芯片層面差異化的競爭力，並反映到智能手機終端市場。
綜上所述，不管是三星，還是其他企業，打造非美系設備芯片製造廠能否成功，最終考量的是企業在芯片產業鏈是否具備可供博弈的殺手鐧，僅就三星而言，顯然在芯片產業鏈核心領域並不具備，甚至是缺乏這種殺手鐧，同時暴露出三星本身在芯片產業中的“大而不強”。
而這也在提醒中國的芯片產業，鑑於未來芯片市場競爭的複雜性，尤其是非市場競爭因素的增加，博弈能力將至關重要。所以，我們在未來的發展中，理應理清芯片產業鏈中哪些是核心的殺手鐧技術，重點突破，切忌追求表面上的大而全，實則外強中乾，只有這樣，中國的芯片產業才能真正做到不受制於人，在博弈中佔據上風。