50568 被“詛咒”的半導體龍頭
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    被“詛咒”的半導體龍頭
    是半導體下行周期使然,還是挑戰者在撼動(dòng)它們曾經(jīng)牢不可破的城墻呢?還是半導體龍頭這個(gè)位置已經(jīng)被“詛咒”了?
    本文來(lái)自于微信公眾號“半導體行業(yè)觀(guān)察”(ID:icbank),作者:邵逸琦,投融界經(jīng)授權發(fā)布。

    三星和英特爾的日子這兩年都不太好過(guò)。

    三星2023年財報中,該年營(yíng)業(yè)利潤為6.54萬(wàn)億韓元,比上財年減少85%,利潤水平創(chuàng )下了15年來(lái)新低,尤其是三星的半導體部門(mén),雖然在第四季度虧損收窄,但2023年三星半導體業(yè)務(wù)全年虧損仍高達14.88萬(wàn)億韓元,作為對比,2022年同期盈利23.82萬(wàn)億韓元,差距高達近40萬(wàn)億韓元。

    隔壁英特爾也沒(méi)好到哪里去,英特爾2023年營(yíng)收為542.3億美元,較2022年的630.5億美元下跌14%,凈利潤為16.89億美元,相較2022年的80.14億美元暴跌78.92%。

    要知道,三星和英特爾在進(jìn)入最近幾年,一直在半導體市場(chǎng)里爭著(zhù)第一和第二的位置,兩位當了二十余年的霸主,如今卻好像走在一條下坡路上。

    是半導體下行周期使然,還是挑戰者在撼動(dòng)它們曾經(jīng)牢不可破的城墻呢?還是半導體龍頭這個(gè)位置已經(jīng)被“詛咒”了?

    AMD和英特爾

    對于A(yíng)MD來(lái)說(shuō),21世紀的頭十年表現得喜憂(yōu)參半。

    在A(yíng)MD第二任CEO魯毅智的主導下,AMD選擇了自研AMD64架構,并于2003年推出面向服務(wù)器和工作站的Opteron (皓龍) 處理器、面向臺式電腦和筆記簿電腦的AMD速龍64處理器以及提供影院級別計算性能的速龍64 FX處理器,由于英特爾在安騰(Itianium)架構的判斷失誤,AMD一度在和英特爾處理器的競爭中占得上風(fēng)。

    但也是在魯毅智的主導下,2006年,AMD宣布以54億美元(以42億美元現金和5700萬(wàn)股AMD普通股)并購顯卡廠(chǎng)商ATI,AMD市值此時(shí)市值僅有88億美元左右,為了湊夠42億美元現金,AMD還向摩根士丹利舉債借了25億美元,最終完成了這筆龐大的收購。

    CPU+GPU的未來(lái)愿景看似美好,但勢單力薄的AMD很快就遇到了大難題,一邊是英特爾,一邊是英偉達,兩線(xiàn)作戰的AMD根本無(wú)力招架來(lái)自這兩家的迅猛攻勢,變賣(mài)各種部門(mén),出售晶圓廠(chǎng), K10、推土機、打樁機、壓路機,各類(lèi)CPU架構層出不窮,但一直難有起色。

    AMD的衰落,讓英特爾過(guò)上了好日子。2006年,AMD處理器在x86服務(wù)器市場(chǎng)的份額曾達25%,但到2014年,已縮減到不足3%,而英特爾此時(shí)幾乎壟斷了整個(gè)服務(wù)器市場(chǎng)。至于消費端,英特爾也占據了移動(dòng)電腦芯片90%的市場(chǎng)份額,桌面電腦芯片83%的市場(chǎng)份額。

    從2007年到2016年這十年時(shí)間,是英特爾大把收錢(qián)的時(shí)期,不管是毛利率還是凈利率都高于英偉達與AMD,這還是建立在它的營(yíng)收規模遠大于其他兩家的基礎之上的,雖然英特爾錯過(guò)了手機芯片的風(fēng)口,但它似乎光靠服務(wù)器和消費市場(chǎng),就已經(jīng)能高枕無(wú)憂(yōu)。

    被“詛咒”的半導體龍頭

    2009年至2012 年,英特爾在CPU方面大發(fā)神威,基本上將AMD趕出了服務(wù)器市場(chǎng),英特爾也因此獲得了巨大的定價(jià)權和利潤權,OEM廠(chǎng)商們只能看英特爾的臉色過(guò)活。

    這種躺著(zhù)數錢(qián)的生活固然美好,但也帶來(lái)了新的問(wèn)題,一旦有具備優(yōu)勢的競爭對手出現,被英特爾視為錢(qián)袋子的OEM就會(huì )轉投另一家廠(chǎng)商,這一伏筆早已埋下,即使英特爾沒(méi)有犯下10nm和7nm制程工藝上的失誤,高達97%的服務(wù)器市場(chǎng)份額也不會(huì )保持更長(cháng)時(shí)間。

    2017年2月22日,AMD新任CEO蘇姿豐在發(fā)布會(huì )上公布了自K8時(shí)代之后最令人印象深刻的處理器——銳龍,其中包括 1800X、1700X 和 1700三款處理器,在消費級市場(chǎng)打響了第一槍?zhuān)m然它們的性能沒(méi)有完全趕上英特爾,但卻有一個(gè)英特爾無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)——便宜,相同定位的銳龍只賣(mài)酷睿的一半價(jià)格,試問(wèn)又有哪一位消費者不會(huì )心動(dòng)呢?

    同樣的情況出現在了服務(wù)器市場(chǎng)當中,AMD在2017年6月正式發(fā)布了面向服務(wù)器市場(chǎng)的第一代EPYC(霄龍)處理器,憑借多核設計、PCIe 擴展選項以及原始內存帶寬等優(yōu)勢,一掃此前在服務(wù)器市場(chǎng)的陰霾。

    相較于紙面上的技術(shù)優(yōu)勢,主要 OEM 廠(chǎng)商在展會(huì )上對 AMD EPYC 的堅定支持,才讓更多人意識到,服務(wù)器市場(chǎng)的風(fēng)向變了。蘇姿豐在發(fā)布會(huì )上與惠普執行副總裁兼總經(jīng)理 Antonio Neri 共同展示了基于EPYC的新型惠普服務(wù)器以及與英特爾 Xeon 平臺相比在云服務(wù)、軟件定義存儲和數據分析方面的具體優(yōu)勢。

    此外,戴爾/EMC服務(wù)器總裁兼總經(jīng)理 Ashley Gorakhpurwalla與AMD企業(yè)、嵌入式和半定制部門(mén)高級副總裁兼總經(jīng)理 Forrest Norrod還共同推出了戴爾/EMC PowerEdge 服務(wù)器,并展示了 AMD 的一些新安全加密虛擬化技術(shù),以及 EPYC 在戴爾/EMC 第 14代PowerEdge 服務(wù)器中具有更高核心數和更靈活擴展選項的單插槽服務(wù)器優(yōu)勢。

    不僅是惠普和戴爾,AMD還獲得了獨立硬件和軟件供應商的支持,如 SuperMicro、Xilinx、VMWare、Red Hat 和 Microsoft等也都紛紛加入其中,AMD從這場(chǎng)發(fā)布會(huì )開(kāi)始,正式打響了服務(wù)器領(lǐng)域的反擊戰。

    對英特爾來(lái)說(shuō),這幾乎是一個(gè)死局,在先進(jìn)制程和移動(dòng)市場(chǎng)上的失利雖然讓它感覺(jué)有些不爽,但在服務(wù)器市場(chǎng)上的節節敗退,才讓這位霸主真正感受到了痛徹心扉。

    2021年2月,帕特·基辛格上任英特爾第八任CEO,經(jīng)歷了創(chuàng )始人戈登-摩爾(Gordon Moore)和安迪-格魯夫(Andy Grove)的他是一位技術(shù)老兵,他曾在英特爾推動(dòng)了關(guān)鍵行業(yè)技術(shù)(如 USB 和 Wi-Fi)的創(chuàng )造,還在酷睿和至強系列中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

    他提出了在四年內實(shí)現五個(gè)工藝節點(diǎn)的目標,未來(lái)將和臺積電和三星在先進(jìn)制程代工市場(chǎng)中展開(kāi)競爭,甚至可能有機會(huì )占據較大份額,但對于英特爾來(lái)說(shuō),隨著(zhù)AMD和Arm的崛起,以及更多云服務(wù)廠(chǎng)商選擇自研芯片,過(guò)去它在服務(wù)器市場(chǎng)里躺著(zhù)賺錢(qián)的時(shí)光,注定只能成為一種美好回憶。

    現在的英特爾,想要恢復往日的輝煌,只能把希望寄托于A(yíng)MD、英偉達和臺積電等對手的集體衰落,但這顯然是不可能的,即便是恢復該有的營(yíng)收和盈利水平,也要付出更多的努力才行,就像數年前的AMD一樣,英特爾也要走一條漫長(cháng)而又痛苦的荊棘之路。

    三星和海力士

    對比英特爾,三星半導體的業(yè)務(wù)要顯得更加駁雜,從手機處理器到代工廠(chǎng),從影像傳感器到DRAM和NAND,龐大的帝國讓它一度超越英特爾,問(wèn)鼎全球半導體市場(chǎng)。

    如今的它卻節節敗退,甚至在內存市場(chǎng)上險些被SK海力士所超越,這背后當然有很多因素影響,如5nm制程代工的萎靡,以及獵戶(hù)座處理器設計的失敗,但最致命的恐怕還是HBM。

    HBM的歷史可以追溯到十多年前,AMD在收購ATI后,開(kāi)始研究更先進(jìn)的顯存技術(shù),當時(shí)的GDDR陷入到了內存帶寬和功耗控制的瓶頸,而AMD就打算用先進(jìn)的TSV技術(shù)打造立體堆棧式的顯存顆粒,讓“平房”進(jìn)化為“樓房”,通過(guò)硅中介層讓顯存連接至GPU核心,最后封裝到一起,實(shí)現顯存位寬和傳輸速度的提升。

    當時(shí)AMD的合作伙伴就是SK海力士,經(jīng)過(guò)多年研發(fā)后,兩家廠(chǎng)商聯(lián)合推出了初代HBM產(chǎn)品,這一產(chǎn)品也被定為了JESD235行業(yè)標準,初代HBM的工作頻率約為1600 Mbps,漏極電源電壓為1.2V,芯片密度為2Gb(4-hi),帶寬達4096bit,遠超GDDR5的512bit。

    新技術(shù)的誕生并非一帆風(fēng)順,AMD后續在消費端顯卡里取消了HBM顯存,而海力士也沒(méi)有因為這一新內存標準而獲利,此時(shí)三星卻找到了機會(huì ),通過(guò)這一通用的行業(yè)標準,三星成為了英偉達Tesla P100顯卡中HBM2顯存的供應商,這也成了三星的高光時(shí)刻之一。

    但三星在HBM上的優(yōu)勢并未保持多久,2021 年 10 月,海力士率先量產(chǎn)HBM的第四代產(chǎn)品——HBM3,截至目前,SK海力士幾乎包攬了英偉達的HBM3的供應,曾經(jīng)更快量產(chǎn)HBM2的三星,卻還沒(méi)有明顯的HBM3的供應表現。

    問(wèn)題出在了哪里呢?

    原來(lái)在HBM這項技術(shù)上,三星和SK海力士各自采用不同的封裝方法。SK的選擇是回流焊成型底部填充 (MR-MUF) 方法,在烤箱中同時(shí)烘烤所有層,而三星則采用了熱壓縮非導電膜 (TC NCF) 技術(shù),在每層之間用薄膜堆疊芯片。

    SK海力士的 MR-MUF 技術(shù)可一次性封裝多層 DRAM。在 DRAM 下方,有用于連接芯片的鉛基“凸塊”,MR 技術(shù)涉及加熱并同時(shí)熔化所有這些凸塊以進(jìn)行焊接。連接所有 DRAM 后,將執行稱(chēng)為 MUF 的工藝來(lái)保護芯片,通過(guò)注入一種以出色的散熱性而聞名的環(huán)氧密封化合物來(lái)填充芯片之間的間隙并將其封裝起來(lái),然后通過(guò)施加熱量和壓力使組件變硬,從而完成 HBM。SK海力士將此過(guò)程描述為“像在烤箱中烘烤一樣均勻地施加熱量并一次性粘合所有芯片,使其穩定而高效?!?/span>

    三星的TC NCF被稱(chēng)為“非導電薄膜熱壓”,與MR-MUF略有不同。其每次堆疊芯片時(shí),都會(huì )在各層之間放置一層非導電粘合膜。該膜是一種聚合物材料,用于將芯片彼此隔離,并保護連接點(diǎn)免受沖擊。三星逐步降低了 NCF 材料的厚度,將其降至12層第五代 HBM3E的7微米 (μm)。三星表示:“這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以最大限度地減少隨著(zhù)層數增加和芯片厚度減小而可能發(fā)生的翹曲,使其更適合構建更高的堆棧?!?/span>

    但三星顯然出現了判斷失誤,TC NCF遠不如MR-MUF來(lái)得穩定,據海外分析師表示,三星HBM3芯片的生產(chǎn)良率約為10%~20%,而SK海力士的HBM3良率可達60%~70%。

    也有業(yè)內人士表示:“三星似乎在用于 HBM 封裝的 TC-NCF 工藝中面臨產(chǎn)能問(wèn)題,僅僅因為他們在內存半導體領(lǐng)域的主導地位,就認為他們的技術(shù)天生就適用,這種想法已經(jīng)過(guò)時(shí)了。三星的HBM3E樣品的功耗是SK海力士的兩倍多,這些問(wèn)題導致人們批評其性能相對于功耗太低?!?/span>

    而路透社在5月24日報道也印證了這些問(wèn)題,據知情人士稱(chēng),三星最新的HBM芯片尚未通過(guò)英偉達的測試,原因是存在發(fā)熱和功耗問(wèn)題。這些問(wèn)題不僅影響到了三星的 HBM3 芯片,也影響到這家韓國科技巨頭打算在今年推向市場(chǎng)的HBM3E 芯片。

    韓國成均館大學(xué)化學(xué)工程系的權錫俊教授表示:“TSV(硅通孔)對于8層及以上的HBM封裝至關(guān)重要,但三星尚未妥善管理這一級別的量產(chǎn)質(zhì)量控制,導致即使在12層時(shí)也會(huì )出現預期的挑戰?!彼a充道, “盡管三星的 TC-NCF 系列在理論上隨著(zhù)多層的改進(jìn)而有所改善,但實(shí)現高良率封裝仍然具有挑戰性,尤其是在更高的層數中?!?/span>

    在市場(chǎng)判斷上的失誤很容易解決,但在技術(shù)路線(xiàn)上的失誤恐怕就沒(méi)那么容易糾正了,這也可能是三星5月21日宣布半導體部門(mén)緊急換帥的原因之一,新任負責人全永鉉之前就處理過(guò)SDI在三星Note7手機電池發(fā)熱起火的危機,讓有半導體經(jīng)驗的他來(lái)當救火隊員,算是一個(gè)相對合適的選擇。

    被“詛咒”的半導體龍頭

    另外,根據 Merits Securities的數據,今年第一季度,SK海力士占據了59%的HBM市場(chǎng)份額,而三星電子占據了 37%,但三星占據這些市場(chǎng)份額并非是它的產(chǎn)品獲得了多少客戶(hù)的認可,而是海力士承載不了太多的HBM訂單。

    在HBM上的失敗甚至導致了三星電子半導體部門(mén)內部出現了“SK海力士分包商”這樣的的自嘲說(shuō)法?!坝泻芏嗳苏f(shuō),SK 海力士已經(jīng)成為 HBM 市場(chǎng)的全球主要供應商,而三星已經(jīng)淪落到只能接受 SK 海力士無(wú)法完成的多余訂單的境地,”三星 DS(設備解決方案)部門(mén)的一名員工說(shuō),“我經(jīng)常和同事們談?wù)?,昔日半導體強國的好日子已經(jīng)一去不復返了,缺乏領(lǐng)導力,無(wú)法解讀市場(chǎng)趨勢并為之做好準備,這才是問(wèn)題所在?!?/span>

    在各種有關(guān)三星HBM不行的消息漫天飛的當下,三星所發(fā)表的“正在按計劃順利進(jìn)行”的聲明,多少顯得有些蒼白無(wú)力。

    數十年來(lái)一直在內存中處于領(lǐng)導地位的三星,因技術(shù)的失誤而被海力士拉近了差距,甚至可能因此而導致衰落,隨著(zhù)它的代工競爭對手臺積電與SK海力士簽署HBM相關(guān)協(xié)議,開(kāi)始進(jìn)軍內存半導體領(lǐng)域,這種危機感顯然會(huì )進(jìn)一步加重。

    在A(yíng)I時(shí)代里, HBM這樣的定制內存成為了內存關(guān)鍵,即使是相對弱勢的美光,近兩年也開(kāi)足了馬力追趕,曾經(jīng)在傳統的DRAM和NAND里叱咤風(fēng)云的三星,卻顯得有些措手不及,它的好日子也已經(jīng)到頭了嗎?

    寫(xiě)在最后

    這兩位半導體市場(chǎng)的霸主,一位折戟于服務(wù)器,一位敗走于HBM,倘若把時(shí)間倒退回2016年左右,那時(shí)的人們恐怕不會(huì )相信,它們竟然會(huì )犯下如此明顯的錯誤。

    如何挽回損失,維持自己的霸主地位,這是擺在英特爾CEO和三星半導體事業(yè)部長(cháng)面前的現實(shí)問(wèn)題,不過(guò)在解決之前,如何保證不會(huì )重蹈覆轍,或許是兩家乃至更多半導體公司所需要思考的。

    最后,多說(shuō)一句,如果說(shuō)半導體龍頭的位置真的被詛咒了,我開(kāi)始為最近登頂的英偉達擔憂(yōu)了?

    英特爾 芯片 英偉達
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