本文来自微信公众号“半导体行业观察”，作者/杜芹DQ。
由于人工智能的快速发展，尤其是在ChatGPT等生成式AI应用的推动下，英伟达、AMD、英特尔及其他一些AI芯片厂商正在大规模投入，AI芯片的订单需求与日俱增。凭借在在晶圆制造和2.5D先进封装上的优势，台积电占据主导地位。然而由于订单的大量涌入，台积电一家显然难以独占如此丰盛的“AI盛宴”。最近有消息称，GPU芯片巨头英伟达正在计划采用双源方式来确保供应链稳定。这为三星等其他半导体厂商带来了新的机会。
人工智能的钟声已经为三星敲响，AI芯片有三大核心：封装、代工、HBM（高带宽内存）。不同于台积电只有代工和封装，SK海力士只有存储的单一战略，三星则三者兼具。这是三星有别于其他任何一家厂商的独特优势。三星手握的这“三板斧”，将会是其在接下来AI竞争中的独特利器。
2023年5月10日，三星电子董事长李在镕（右）和英伟达首席执行官黄仁勋（左）在美国硅谷的一家日本餐厅会面
第一板斧：HBM3
在AI时代，HBM（高带宽内存）因其卓越的性能而备受青睐。HBM芯片具备更宽的带宽，可实现更快速的数据传输和更大的存储容量，因此广泛应用于AI服务器等领域。AI服务器主要由AWS、谷歌、Meta和微软等厂商使用，随着这些公司陆续推出他们的生成式AI产品，导致AI服务器需求急剧上升。
自2022年起，HBM正式进入AI服务器领域，带动HBM模块市场以指数级增长，销量逐渐超过DRAM内存模块。预计全球HBM需求将在2023年增加60%，可能在2024年再增长30%。
在HBM市场中，主要由SK海力士、三星电子和美光这三家公司瓜分。根据市场研究公司TrendForce的数据，SK海力士控制着HBM市场的大约50%，三星的份额为40%，美光科技仅占剩余市场份额的10%，位居第三。但是在AI GPU中使用的主存储芯片HBM3目前大多数是由SK海力士提供。去年6月份，SK海力士的HBM3的率先正式量产，这让SK海力士夺得了先机，供货给英伟达。目前英伟达GPU中所使用的HBM 90%是由SK海力士供应的。
三星则有点大意了，HBM市场的份额仅占DRAM市场的1.5%，可能也是因为此原因，三星在HBM上没有给予足够的重视。不过随着其HBM3在今年下半年即将迎来大规模生产，三星也迎来了上车AI的发展机会。
后知后觉的三星，犹如猛兽苏醒，正在加速向AI芯片市场进击。据三星透露，目前他们已经向主要客户供应HBM2、HBM2E以及HBM3（16 GB和12 GB），来及时提供满足AI市场需求。其中，尤为值得一提的是，据悉，三星已经向英伟达提供了16G的HBM3样品，该内存产品相比SK海力士，有更快的速度（6.4Gbps）和更低的功耗。
AMD已经在其最新的MI300 Instinct APU中嵌入了三星的这款HBM3，在生成式AI领域，AMD也来势汹汹，这让三星的HBM3芯片再添了一个强有力的客户。
目前三星的HBM产品主要有：
第一代HBM2内存，代号Flarebolt；
三星电子2018年推出的第二代HBM2内存，代号Aquabolt；
三星于2020年推出的第三代HBM2E内存，代号Flashbolt；
Icebolt：这款HBM3内存最初在原型阶段发布，预计将于今年晚些时候量产。
但这还远远不够，大模型应用AI芯片还需要具有更高性能和容量的HBM产品，三星也正在快马加鞭的生产其更好级别高带宽内存HBM3P，它的传输速度将高达7.2 Gbps，内存容量为24G，代号为“Snowbolt”。
三星负责芯片业务的设备解决方案部门总裁兼负责人Kyung Kye-hyun在本月早些时候的公司会议上表示：“我们收到了客户对我们的HBM3产品的积极回应，三星将努力控制一半以上的HBM市场。”三星公司还表示，到2028年，三星的内存芯片将成为人工智能超级计算机的“核心”。
总之，HBM3将成为三星用来攻占更多AI芯片市场的有力武器。业内专业人士分析，预计HBM3销售将占三星DRAM销售总额的18%。
第二板斧：先进封装
对于AI芯片而言，封装技术也是很关键的一环。台积电能独家代工英伟达的A100/H100 GPU芯片，主要是因为CoWoS先进封装技术的加持。随着摩尔定律逐渐受到物理极限的制约，芯片的性能提升不再仅仅依赖于单一芯片的微缩，而是需要与高级封装技术相结合。
AI芯片面临着处理海量数据的挑战，尤其在深度学习和神经网络任务中，需要快速有效地处理大规模的计算。通过采用先进封装技术，例如CoWoS，可以将不同芯片堆叠在一起，缩短芯片间的距离，提高数据传输速度，同时减少能量消耗和散热问题。这种紧密的堆叠结构使得芯片内部的通信更加高效，进而显著提升了AI芯片的整体性能，据了解，先进封装技术能将AI芯片的效能提升50%或更高。
说起来，上一次独揽苹果手机代工订单，台积电就凭借封装技术（InFO）赢过三星一次。这一次，台积电又在AI芯片领域中凭借CoWoS先进封装技术上独领风骚。然而，台积电没有能力处理这些芯片所需的2.5D封装的所有工作量。台积电先是产能不够，将订单外包给日月光和Amkor等，后为了吃下更多的GPU芯片订单，台积电不惜斥资900亿元在台湾新建了一个CoWos先进封测厂。台积电总裁魏哲家表示，人工智能预测在未来五年内以接近50%的年增长率增长，占台积电1成的营收。足见AI对台积电的重要性和吸引力。
台积电在先进封装业务的暂时性产能不足正好给了三星施展拳脚的机会。先进封装是此前三星忽略的部分，不过这几年，三星在先进封装上的步伐飞快，三星还在去年特意成立了先进封装团队（AVP），三星与台积电在封装领域的竞争也比较焦灼。
在AI芯片中，三星的砝码是其I-Cube 2.5D封装。据三星官网的信息，三星的I-CubeS封装技术凭借出色的翘曲控制，即使在使用大型中介层的情况下，也能带来令人印象深刻的带宽和令人惊叹的性能。它的信号损失极低，同时内存密度也很高，同时还大大提高了热效率的控制能力。三星在先进封装技术上也具有显著优势。I-Cube封装技术使得三星又多了一个可以攻占AI市场的筹码。
三星的I-CubeS 2.5D封装
三星在6月27日的晶圆代工论坛发下豪语，不仅要提升封装技术，还要建立相关生态体系，拟与台积电展开封装大战。
为了拿下英伟达的订单，据报道，三星为英伟达制定了独特的方案，大意是从台积电购买晶圆，再从三星内存部门购买HBM3，最后利用公司的I-Cube 2.5D封装，同时三星还将为这项工作特意调配大量工程师来负责这一项目。可以说是煞费苦心且诚意十足。消息人士称，如果通过这笔交易，三星预计将能拿到英伟达约10%的AI GPU封装量。接下来的关键就是三星的HBM3和2.5D封装的质量能否复合英伟达的标准。
第三板斧：良率大跃进
三星电子在2023年第七届三星晶圆代工论坛（SFF）上公布了AI时代的代工愿景，三星电子总裁兼代工业务主管Siyoung Choi博士表示：“三星代工厂始终通过走在技术创新曲线的前沿来满足客户需求，今天，我们相信我们基于环栅(GAA)的先进节点技术将有助于支持客户使用人工智能应用的需求。”“确保客户的成功是我们代工服务最核心的价值。”
而随着近日三星的良率和制造水平的提升，也让三星更加有了更大的底气。Hi Investment&Securities发表了一份名为《Samsung Foundry》的报告，报告中提到：预计三星电子4纳米工艺良率超过75%，而在今年年初的时候三星4纳米良率是50%。3纳米工艺良率超过60%。作为对比，台积电的4纳米良率约为80%，3纳米良率为55%。
相比较之下，三星的4纳米良率已经近乎达到台积电的水平，而3纳米甚至超过了台积电。据businesskorea报道，AMD与三星电子的代工部门举行了会议，讨论生产4纳米工艺芯片。但是台积电在3纳米业务上有苹果这个大单，台积电将其3nm晶圆供应量的90%供应都给了苹果。但三星并未公布出具有丰厚利润的客户，此前三星最早的3纳米客户曝光，中国加密货币ASIC芯片厂商比特微采用了三星的3nm GAA工艺。
三星工程师持有公司首批3nm GAA批次
但无论如何，三星的3纳米和4纳米良率均已超过60%，这意味着，这些制程的生产已经达到稳定水准。接下来就是慢慢的从台积电手中抢夺市场份额。
三星拥有击败台积电赢得大客户的“经验”。2015年，三星先于台积电成功进入14纳米工艺，并获得了苹果和高通的大部分订单。但台积电在7纳米以下的超精细制程上领先，此后，三星就一直被台积电压着打。据TrendForce的数据统计，2023年第一季度，晶圆代工市场份额中，台积电以58.5%再次遥遥领先，三星以15.8%位居第二，三星的提升空间还有很大。
今年5月，三星半导体部门总裁Kyung Kye-hyun在与大学生的一次谈话中承认，该公司“落后”台积电最多两年。这番言论在韩国媒体上广泛传播，对于一家长期以其技术领先地位为荣的公司来说，这是一次罕见的承认。不过他表示:“我们可以在五年内超越台积电。”
三星要抢占的可不仅仅是生成式AI芯片的市场，而是整个人工智能市场。今年一季度，三星在芯片业务上投资了74亿美元，利润却惊人的下降了95%，其中一部分就是用于服务人工智能行业的。三星正在扩大其其位于首尔以南约40英里的平泽(Pyeongtaek)芯片制造园区以及德克萨斯州的一家芯片工厂的生产。三星表示，未来20年，它计划与政府合作，实施一项2300亿美元的计划，在韩国建立一个芯片制造“巨型集群”。
结语
综上所述，对三星而言，AI无疑是一个绝佳的发展风口。特别是在先进封装和HBM上，三星有着显著的优势。但是，三星也面临着来自同行的竞争和市场份额的压力。不论是机遇还是挑战，都说明了AI芯片市场的巨大潜力。如何抓住这个风口，充分利用自身的优势，克服前进中的难题，是三星在未来几年中需要重点考虑和努力的方向。
