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AI時代帶動半導體版圖重組!台積電選擇和SK海力士合作,讓三星什麼都輸了

AI時代帶動半導體版圖重組!台積電選擇和SK海力士合作,讓三星什麼都輸了

林宏文

科技

shutterstock

2024-08-15 10:00

隨著台灣半導體產業的影響力日益擴大,即將於9月4日舉辦的SEMICON Taiwan2024 國際半導體展,不論在展出規模、參展國家、廠商及報名人數,預料都將刷新記錄,影響力將不下於6月的台北國際電腦展Computex。

其中,過去較少參與SEMICON Taiwan的韓國廠商,今年則有三星、SK海力士兩大廠商,都派出高階主管來台參加,其中海力士派來的代表是公司總裁Justin Kim,三星則由記憶體事業群主管Jung - Bae Lee代表 ,兩人都將發表大師論壇的主題演講(keynote Speech),成為此次展覽的重要話題。

 

台灣成為韓國記憶體第三大出口國

 

韓國兩大半導體集團今年高度重視SEMICON Taiwan,參與層級與動作都是歷年之最。這個現象的背後,其實代表全球半導體產業出現重大進展,AI(人工智慧)時代將帶來新機會與新挑戰,而且更是攪亂一池春水,讓台韓兩國半導體的競合關係出現新變化,很值得在此深入分析。

 

根據最新來自《韓國時報》的報導,2024年上半年,韓國對台灣記憶體晶片出口額達到42.6億美元,足足較去年同期成長225%,主要是受到高頻寬記憶體晶片(HBM)需求推動,因為輝達晶片需求爆量不只讓台積電訂單接不完,也讓SK海力士生產的HBM晶片大量送往台積電進行封裝。

 

此外,韓國國際貿易協會(KITA)也統計,今年上半年韓國記憶體晶片總出口額年增88%,同一期間韓國對台記憶體晶片出口增幅高達225%,使台灣超越越南及美國,成為韓國記憶體晶片第三大出口國。

 

而且,韓國記憶體出口台灣激增,主要是來自SK海力士對台積電的供貨,因為SK海力士目前是輝達主要HBM供應商。

 

南韓大幅出口記憶體晶片到台灣,標記了AI時代正悄悄改變半導體產業的競爭版圖。不管是從產品與技術的演進,到邏輯與記憶體晶片的封裝整合,最後則是促成兩大產業陣營的新競合關係,尤其是台韓半導體業複雜的合縱聯盟,帶來的變化更是相當明顯。

 

合作案造成記憶體版圖改變

 

首先,記憶體一向屬於標準產品,過去和邏輯晶片的關係並不明顯,也沒有必要把晶片封裝在一起,但AI伺服器系統規模愈來愈大,晶片功能、面積、散熱及耗能等問題也愈來愈多,將SoC與HBM封裝在一起,已成為解決前述問題必然要走的路。

 

因此,當輝達與台積電合作規畫AI伺服器系統時,透過輝達的AI GPU晶片,加上台積電的先進製程以及在晶圓等級上的封裝技術CoWoS,也就是將晶片堆疊在晶圓上,然後再封裝在基板上,可以順利將HBM與SoC晶片一起封裝。輝達及台積電選擇優先合作的SK海力士,便成為第一批的合作對象,因此HBM也跟著大量送到台灣進行封裝後再出貨。

 

因此,過去記憶體廠商可以獨立出貨與運作,但在AI伺服器這個劃時代的產業架構中,記憶體需要被邏輯晶片整合封裝在一起,而且,以目前輝達與台積電的合作模式,生產GPU的輝達,很明顯成為AI系統架構的領導廠商,未來三至五年每個世代的產品架構,都已經訂好技術推進發展Roadmap,每一世代HBM的配合規格,也都有一定的規範,HBM記憶體生產業者,也成為必需要與邏輯晶片龍頭輝達配合的廠商。

 

而且,輝達開發這些晶片架構與製造代工,都是與台積電一起合作開發,透過台積電獨霸前段先進製造技術的實力,再加上延伸至中介層(interposer)上的後段封裝技術,等於是在前段與後段都有主導力。可以說輝達的領先,正因為有台積電的助力,也讓邏輯晶片成為領導記憶體規格與開發的重要力量。

 

這個新的破壞力量,同時造成記憶體版圖悄悄改變。過去三星是記憶體產業龍頭,SK海力士、美光則是老二與老三,但在HBM領域,由於輝達與台積電很早就選擇SK海力士與美光為策略夥伴,尤其是SK海力士的合作進度最快,也讓記憶體產業有重新洗牌的機會。

 

三星輸掉HBM和晶圓代工

 

在此先聚焦一下HBM這個新產品的特色。與傳統DRAM相比,HBM具備高帶寬、高容量、低延時與低功耗等優勢,可以加快AI數據處理速度,更適用於ChatGPT等高性能計算場景。

 

HBM產品從2014年的首款矽通孔HBM問世至今,如今已發展至第四代,分別是:HBM(第一代)、HBM2(第二代)、HBM2E(第三代)、HBM3(第四代)。

 

SK海力士從最早的2014年就開始發展,一直都堅持沒有放棄,如今已發展至12層堆疊的HBM3E,至於HBM4則將在2026年量產,產能也是業界之最。SK海力士也很早就與客戶建立深厚關係,並取得輝達、超微的認證。

 

至於龍頭三星在HBM的發展,則是從第二代開始介入,其間也曾中斷開發 ,目前技術發展到8層堆疊,至於產品獲得大客戶輝達認證的時間也晚了很多,再加上輝達與台積電的策略性選擇,因此讓SK海力士明顯領先三星,成為HBM市場的龍頭。

 

資深半導體評論家陸行之說,三星與台積電在晶圓代工上激烈競爭,因此台積電多年前的記憶體合作策略,就是選擇SK海力士與美光為策略夥伴,許多HBM的未來產品規格也不給三星。三星沒有這些最關鍵的AI產業技術藍圖,在HBM的發展上當然是一路落後。

 

而且,陸行之也認為,三星不只在HBM輸掉了,可以說在晶圓代工也輸掉了,因為未來晶圓代工與HBM是綁在一起的,而擁有先進製程的台積電已遙遙領先,看不到對手。

 

事實上,若把時間往前拉三年,也就是2021年,當時當時擔任台積電董事長的劉德音,就已透露一些台積電如何選擇記憶體的策略夥伴。

 

海力士在HBM超越三星

 

當時是2021年底,許多半導體大老參與李國鼎紀念論壇,劉德音在演講時提到台積電的記憶體夥伴時,「美光的記憶體量產製程技術,已經超越三星了」。

 

根據The Information Network及電子時報(Digitimes)整理的產業資料,美光是在2021年第一季導入1α製程量產,比三星及海力士要到2022年第一季才推進的時間點提早一年,這也讓原本在1y、1z製程落後三星的美光,有機會在未來幾年內取得領先優勢。

 

美光在DRAM製程切入速度領先三星,至於在HBM上也以1 beta的製程切入HBM3E,至於三星則是在今年下半年以1 alpha切入量產,相較來看,美光的功能較強,功耗較低,只是美光因為量產速度與規模較不足,因此進展速度無法超越三星。

 

雖然當時劉德音沒有特別提SK海力士,但事實上,台積電與SK海力士的HBM合作,也早在當時就已展開。

 

從2021年至今,三年來,海力士在HBM的發展上,已明顯超前三星,三星雖然在整體的記憶體產業中,仍然維持銷售的龍頭位置,但在先進製程技術及AI領域的HBM應用上,SK海力士有後來居上的態勢,對三星來說,確實形成經營上的龐大壓力。

 

原本競爭的台韓找到全新結盟

 

三星長期以來與台積電在晶圓代工上競爭,因此,台積電在AI伺服器使用的HBM(高頻寬記憶體)晶片,不與三星合作,而是選擇三星的對手海力士與美光,這樣的策略選擇相當合理,很符合商場競爭中的常識及邏輯。因為,敵人的敵人就是朋友,而且三星長期霸佔記憶體領先的龍頭地位,台積電當然沒必要再去助長它的聲勢。

 

因此,簡單歸納一下,AI大趨勢對半導體產業將帶來重大改變,AI伺服器與晶片的不斷進展,已將半導體的競賽推向另一個高峰。

 

輝達主導晶片與AI的發展,將硬體製造重心集中到台灣,讓半導體邏輯與記憶體晶片如今出現明顯的整合態勢,促成兩大半導體領域進行更緊密的整合,過去處於平行發展關係、而且競爭多過合作的韓、台兩國,如今在半導體的合作結盟上更顯重要,找到一個全新結盟的切入點。

 

即將於9月開展的SEMICON Taiwan展,預料對全世界的衝擊,不會輸給今年6月的台北國際電腦展Computex,雖然沒有黃仁勲的加持,但從全世界舉足輕重的兩家韓國半導體大廠三星及SK 海力士的動態,可以清楚看到產業又將有新變化,這不僅是台灣半導體新實力的展現,也牽動台韓產業消長與重新結盟的重大趨勢,後續發展相當令人期待。

 

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