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三星面临的大麻烦,又岂止是3nm工艺落后

最近研究机构SemiAnalysis撰文,从大方向上直指三星电子企业内部的“文化问题(culture issue)”,虽然并未明确点出,但基本可以官僚主义以及内耗严重来做概括,以言及三星电子目前可能正在遭遇大麻烦。不过需要注意的是,这篇文章集合了韩国媒体报道的各路小道消息,某些信息并未得到确认。本文仅尝试呈现其中的一部分。本文将不会着力在对三星电子企业文化的恶意揣测上,而仅给出一些资讯,并加上《国际电子商情》的一些思考和评论。

上周,ESMC姊妹媒体撰文从技术层面谈到了三星今年的手机旗舰芯片Exynos 2200表现堪称悲剧,其性能和效率全方位地在今年手机旗舰芯片中垫底,成功解除了高通骁龙8 Gen 1遭遇的口碑困境。这颗芯片实则能够从中窥见三星电子(Samsung Electronics)至少三个业务部门存在的问题。acgesmc

第一是Samsung Foundry,即三星foundry厂-制造Exynos 2200芯片的主体;三星4nm工艺在高通骁龙8 Gen 1和三星自家的Exynos 2200身上同时表现出了糟糕的电特性——这件事情也已经是众所周知的了。第二是Samsung LSI,芯片设计团队:即同样的IP方案,差不多的制造工艺,高通在芯片的具体设计实施方案上还略胜一筹;更不要说去和隔壁的联发科天玑芯片比较了。最后是Samsung Mobile——造三星手机的团队:采用Exynos 2200芯片的这款手机(Galaxy S22),在系统设计方面同样拉胯了整体性能表现。acgesmc

实际上Exynos芯片的拉胯表现并不只在这一代产品上,只不过今年的三星手机旗舰芯片格外“亮眼”。这可能只是三星电子当前存在问题的一个缩影。acgesmc

一般来说历年的三星旗舰手机都会采用双芯片策略,也就是一部分手机用自家芯片,另一部分用高通芯片——不管三星为什么采用这一策略,对于今年的旗舰手机Galaxy S22,三星原本是计划60%用自家Exynos 2200,40%用高通骁龙8 Gen 1的。实际情况与计划有较大出入,用Exynos 2200芯片的Galaxy S22手机似乎占比不到总量的1/4。Exynos 2200也成为历代Exynos芯片中关注度最低的存在。acgesmc

最近研究机构SemiAnalysis撰文,从大方向上直指三星电子企业内部的“文化问题(culture issue)”,虽然并未明确点出,但基本可以官僚主义以及内耗严重来做概括,以言及三星电子目前可能正在遭遇大麻烦。不过需要注意的是,这篇文章集合了韩国媒体报道的各路小道消息,某些信息并未得到确认。本文仅尝试呈现其中的一部分。本文将不会着力在对三星电子企业文化的恶意揣测上,而仅给出一些资讯,并加上《国际电子商情》的一些思考和评论。acgesmc

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内部矛盾在蔓延

有关三星电子不同业务机构、部门之间存在各种相互推诿的情况,属于连续剧八点档可上演的戏码,本文不再多做阐述,SemiAnalysis的这篇文章对此多有介绍。虽然这些的确是企业存在官僚主义作风的具体表征,比如传言说Samsung Mobile对于Samsung LSI部门非常不满意;而Samsung SLI则指责Samsung Foundry不行;Samsung LSI另外对于韩国劳工法变更不满;工程师工作时长超长;对客户不够坦诚等等。acgesmc

在这样的文化环境里,据说Samsung Foundry已经陆续丢失了高通、英伟达的大单。虽说此事也在意料之中,毕竟连续在7nm、5nm、4nm工艺上表现出相较台积电的显著弱势,以及极有可能在3nm工艺上进一步拉大与台积电的差距,高通和英伟达作为Samsung Foundry的大客户,有想法也是应该的。不过个中故事似乎比预想得还要复杂。acgesmc

三星4nm工艺的失利是众所周知的。韩国媒体报道了基于三星4LPE工艺的Exynos 2200糟糕的良率。SemiAnalysis则表示4LPE工艺的catastrophic yield良率还可以(catastrophic yield是指晶体管、via或者金属层无法正常工作),但parametric yield(是指虽然可正常工作,但电压、功耗、性能达不到目标指标)非常糟糕。所以最终发货的芯片以更高功耗达成了更低的性能,parametric yield良率大约在80%左右。传言三星高管只是想着要把新工艺卖出去,而不考虑经济性、能耗、效率之类的问题。acgesmc

基于此,Exynos 2200实则无法达成目标性能和功耗。韩国媒体传言称,三星为此不得不将GPU的核心频率从最初的1.69GHz调整至1.49GHz,乃至最终的1.29GHz。这则传言的可信度似乎是比较低的,就《国际电子商情》分析师对于Exynos 2200 GPU架构(RDNA 2)以及更多手机GPU的了解,达到1.29GHz频率原本就不大现实(像Adreno 730这种大核心、高频率的设计也到不了1GHz)。不过这则传言可能是在表达,4LPE工艺无法达成电特性原本的预期。acgesmc

所以三星芯片首先可能要被砍单的大客户就是Samsung Mobile自己。据说Samsung Mobile已经在寻找手机芯片备选方案。韩国媒体声称,三星的Galaxy A系列手机可能预备转向联发科天玑芯片。如果此事为真,表明三星电子内部的矛盾已经不小。acgesmc

外部客户在流失

Samsung Foundry有两个众所周知的大客户:高通和英伟达。SemiAnalysis表示高通在近两代骁龙处理器都采用三星的制造工艺以来,对三星是颇为火大的。今年骁龙8 Gen 1表现不佳,甚至被联发科赶超,Samsung Foundry在其中显然是要负一部分责任的。TechInsights公布的消息说,高通实际上并没有采用4LPE工艺,而是一种叫4LPX的5nm改良款工艺,密度上会逊于4LPE。而Exynos 2200采用的则是4LPE了。acgesmc

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从TechInsights高级技术Fellow Yuzo Fukuzaki公布的消息来看,高通骁龙8 Gen 1所用的这种4LPX工艺“hardly found 4nm feature”,和三星真正的4nm工艺——也就是4LPE工艺——是不同的。这是个挺有意思的话题,将来若TechInsights公开更多信息,后续笔者可对该话题做进一步的展开。acgesmc

SemiAnalysis在文章中称,多个消息源表明高通骁龙888和骁龙8 Gen 1芯片的parametric yield良率十分糟糕,导致高通不得不推升功耗等级,以达成目标性能水平。而且据说Exynos 2200的良率更糟,这大概是高通没有选择用4LPE工艺的原因...甚至有传言说,高通和英伟达有在协商按照良品die付钱,而不是以wafer为单位来给钱。acgesmc

手机晶片达人前几个月就有消息传出,台积电已经投片了N4工艺的骁龙8 Gen 1改良款芯片。且供应链消息普遍提及未来高通的旗舰和高端芯片都将把订单转向台积电。看样子智能手机市场的颓势这两年大概都不会对台积电造成影响,毕竟一时又吃下了不少的预定量。acgesmc

至于英伟达,刚刚发布不久Hopper架构的新一代GPU面向数据中心版并不意外地会采用台积电4N工艺(英伟达宣称这是台积电4nm工艺的某个定制版本);而更不妙的是,英伟达这一代面向消费市场的游戏GPU(Ada Lovelace)泄露规格显示,这批游戏显卡都将基于台积电4N工艺。acgesmc

虽说高通和英伟达在选择foundry代工策略上,总是更推崇多供应商的思路,旗舰芯片转往台积电属于常规操作,也并不意味着就要抛弃三星。但这样的操作起码说明了,三星的半导体尖端制造工艺几乎不再成为芯片设计大厂的首选。acgesmc

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3nm问题大,DRAM业务遭遇困境...

韩国媒体报道中对于三星最严重的指控是,就尖端制造工艺的良率问题,对客户并没有很坦诚。加上各种八卦消息,三星电子当前似乎并不在一条十分健康的轨道上发展,尤其是其半导体业务。当前三星的首个GAA结构晶体管工艺3GAE良率似乎表现也不尽人意,所以在三星这两年公开的路线图里,3GAE工艺逐渐消失了。取而代之的3GAP工艺计划于2023年量产,SemiAnalysis认为3GAP可能还将后延。acgesmc

那么这其中的不确定性就更大了,尤其是在三家尖端工艺foundry厂竞争越来越激烈的当下。acgesmc

另一方面SemiAnalysis还专门用一个章节描绘了Samsung DRAM当前遭遇的困境。大致意思是说原本5年前,三星在这一领域相比美光和SK海力士,还是毫无疑问的处在领先地位的。但现如今在某些比较维度上,三星开始表现出了疲态。而其根本原因也是“文化问题”。acgesmc

在1Z这代技术上,三星很激进地选择了EUV光刻。SemiAnalysis说这并不是从工程角度下的决定,而是受到“自上而下”的影响,是三星电子内部的文化问题所致,颇有跃进和抓眼球之嫌。1Z DRAM节点并未达成完整的规模化提量目标。在三星随后1 Alpha的开发过程中,SK海力士和美光趁机在1Z节点的成本、性能和功耗方面实现赶超。acgesmc

与此同时三星始终未能达成1Z、1 Alpha能真正实现规模效应的彻底扩产。美光不仅已经在做初代DDR5的1Z节点出货,而且1 Alpha工艺节点的第二代DDR5进展顺利。前不久韩国媒体还报道了据说是三星DRAM开发工程师的blog文章,提及当前在DRAM技术上存在的问题。acgesmc

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不过三星电子涉足业务甚广。以上只是当前可能存在的一些问题,且其中不乏韩国媒体的小道消息。实际上三星各业务在诸多领域还是有新的开花结果的。比如说Samsung LSI在5G基建市场表现不错,在汽车领域这些年也有新的斩获,另外在手机领域也有谷歌这样的新客户(虽然Tensor SoC表现也有点一言难尽);特斯拉作为另一个大客户,三星也与其合作开发了自动驾驶芯片。acgesmc

与此同时Samsung Display以及NAND、Networking等业务发展也都不错。不过在为数不多坚持至今的尖端工艺制造市场上,Samsung Foundry真的需要加把劲了。《国际电子商情》分析师认为,上述症结基本就在Samsung Foundry身上,其中还有一些此处未有列举的状况,比如其图像传感器市场也正上演遭遇战。acgesmc

在先进制造工艺市场,Intel推进IDM 2.0计划实则也在对Samsung Foundry构成威胁;思科Silicon One网络ASIC订单据说就已经流失到了Intel那边。市场分析总在说,这两年对Intel是尤为关键的两年;但其实对三星而言可能更加关键,待观察其3nm工艺的进度和成熟度,都是了解三星当今发展情况的契机。抛开文化之类的问题不谈,从外部显现出来的技术问题至少是需要解决的。acgesmc

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