کسب‌وکار تراشه‌‌سازی سامسونگ باوجود سرمایه‌گذاری‌های هنگفت، دچار تزلزل شده است

سامسونگ یکی از بزرگ‌ترین شرکت‌های یکپارچه‌ در کره‌ی جنوبی است و می‌تواند نسبت به هر شرکت دیگری پول بیشتری را در کسب‌وکار نیمه‌هادی خود سرمایه‌گذاری و خیلی زودتر از رقبا به استفاده از لیتوگرافی‌های پیشرو مهاجرت کند؛ البته این بدان معنا نیست که سامسونگ در تولید تراشه‌های منطقی یا حافظه‌ در جهان پیشرو است. درواقع این شرکت ازنظر نسبت هزینه و عملکرد از اینتل، TSMC و Micron عقب‌تر است.

سامسونگ در بازه‌ی زمانی ۲۰۱۷ تا ۲۰۲۰ مبلغ ۹۳٫۲ میلیارد دلار برای توسعه‌ی ظرفیت تولید تراشه‌های خود هزینه کرد که بیشتر از سرمایه‌گذاری اینتل و TSMC است. علاوه‌براین، غول فناوری کره‌ای میلیاردها دلار برای تحقیق و توسعه‌ی فناوری‌های لیتوگرافی جدید هزینه کرده است. به‌دلیل سرمایه‌گذاری‌های سنگین، Samsung Foundry و Samsung Semiconductor اولین شرکت‌هایی بودند که در سال ۲۰۱۸ لیتوگرافی فرابنفش شدید (EUV) را برای تولید منطقی و در سال ۲۰۲۱ برای تولید DRAM اتخاذ کردند.

استفاده از جدیدترین ابزارهای لیتوگرافی به این معنی نیست که موفقیت کسب‌وکارهای تراشه‌سازی، حافظه و توسعه‌ی پردازنده‌های این شرکت تضمین شود و پیشرفت داشته باشد. یکی از مهندسان DRAM سامسونگ در پستی وبلاگی گفت که فرهنگ شرکتی بحث‌برانگیز این برند احتمالاً دلیل بروز مشکلاتی است که در سال‌های اخیر برای این واحد به‌وجود آمده است.

لیتوگرافی

لیتوگرافی EUV به‌منظور کاهش الگوهای چندگانه، افزایش بازده، کاهش زمان چرخه و درنهایت افزایش عملکرد و کاهش هزینه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد، اما Samsung Foundry با فناوری‌های ساخت 7LPP، 5LPE و 5LPP موفق نشد مشتریان بیشتری جذب کند. تنها پیروزی بزرگ این شرکت در EUV، دریافت سفارش از کوالکام بود. درمقابل، انویدیا فقط از فناوری 8LPP سامسونگ استفاده کرد؛ تکنولوژی بسیار پیشرفته‌ی کلاس ۱۰ نانومتری که فقط از لیتوگرافی عمیق فرابنفش (DUV) استفاده می‌کند.

در سال گذشته شایعاتی منتشر شد مبنی‌بر این‌که بازده لیتوگرافی چهار نانومتری سامسونگ کم بوده است و این فرایند نتوانست انتظارات را برآورده کند. Samsung Foundry مثل سایر سازندگان قراردادی تراشه تاحدی درمورد بازدهی خود اظهارنظر نمی‌کند؛ زیرا این اطلاعات، بخشی از اسرار تجاری مخصوص شرکت‌ها و مشتریان آن‌ها است. زمانی‌که کوالکام تولید تراشه‌ی Snapdragon 8 Gen1 را از فناوری کلاس چهار نانومتری سامسونگ (4LPE یا 4LPP) به یکی از فرآیندهای چهار نانومتری TSMC منتقل کرد، امکان افزایش فرکانس هسته‌های این تراشه و همچنین کاهش مصرف انرژی آن فراهم شد. این موضوع نشان می‌دهد که 4LPE یا 4LPP حداقل ازنظر عملکرد به‌ازای مصرف هر وات انرژی، به‌میزان درخورتوجهی ضعیف‌تر از رقیب خود عمل می‌کنند. نکته‌ی مهم این است که خانواده‌ی لیتوگرافی‌های چهار نانومتری Samsung Foundry نسل سوم EUV این شرکت هستند و براساس این واقعیت که پشت یک فناوری رقیب قرار دارد، می‌توان نتایج نامطلوبی درمورد قابلیت‌های واقعی 5LPE، 7LPP و 5LPP سامسونگ گرفت.

یکی از چند تأیید غیرمستقیم درمورد بازدهی ناکافی پیشرو در Samsung Foundry ماه آوریل فاش شد؛ جایی‌که مدیر بازاریابی واحد Samsung LSI اعلام کرد که بهبود بازدهی برای سیستم-روی-چیپ (SoC) پرچم‌دار انجام شده است. کنی هان گفت:

انتظار داریم در سه‌ماهه دوم، عرضه‌ی سیستم-روی-چیپ‌های ما به‌دلیل بهبود عملکرد تراشه‌های پرچم‌دار و افزودن محصولات میان‌رده به خط‌تولید، به‌میزان درخورتوجهی افزایش یابد.

در هفته‌های اخیر، شایعاتی مبنی‌بر این‌که بازدهی تراشه‌های ساخته‌شده با لیتوگرافی 3GAE شرکت Samsung Foundry نیز انتظارات را برآورده نکرده است، مطرح شد. البته داده‌های مربوط به بازدهی این لیتوگرافی به‌طور رسمی اعلام نشده است و نمی‌توان شایعات را تأیید یا رد کرد. سامسونگ به‌طور رسمی اعلام کرده که جریان جدیدی برای سرعت‌بخشیدن به زمان بازدهی فرآیندهای کلاس سه نانومتری خود پیاده‌سازی کرده است.

یکی از نمایندگان سامسونگ گفت:

ما سیستم‌ توسعه‌ی فرایند سه‌ نانومتری خود را بهبود داده‌ایم. ما درواقع برای هر مرحله از توسعه، تأییدیه داریم و این مورد به ما کمک می‌کند بار دیگر بازدهی را افزایش و سودآوری خود را بهبود دهیم و علاوه‌براین عرضه‌ی پایدارتر را تضمین کنیم.

با توجه به این‌که شرکت‌های نیمه‌هادی در حفظ اسرار خود مهارت دارند، فقط می‌توان درمورد دلایل بازده ضعیف Samsung Foundry تعجب کرد. به‌طور معمول شرکت‌ها زمانی شکست می‌خورند که اهداف بسیار بلندپروازانه یا خیلی متوسط برای خود تعیین کنند. با فرایند هفت نانومتری و پیشرفته‌تر سامسونگ، این شرکت روی استفاده از EUV حساب ویژه‌ای باز کرده است و در سال ۲۰۱۸ برای اسقرار آن مجبور شد تعدادی فناوری و روش‌های تولید اختصاصی معرفی کند.

درمقابل، TSMC درسال ۲۰۱۸ از ابزار EUV برای فرایند هفت نانومتری خود استفاده نکرد و فقط لایه‌های EUV را با لیتوگرافی N7 Plus بعدی در سال ۲۰۱۹ ارائه کرد. TSMC به‌دلیل رویکرد نسبتاً محافظه‌کارانه‌ی خود در توسعه‌ی فناوری پردازش و همچنین استفاده از ابزارهای جدیدی که قابلیت پیش‌بینی را برای مشتریان خود فراهم می‌کند، شناخته شده است. مزایای قابل پیش‌بینی بودن همراه با بازدهی بالا، احتمالاً ازجمله دلایلی است که باعث شده است TSMC ازطرف غول‌های فناوری بزرگی مثل اپل و AMD، سفارش دریافت کند.

فرآیندهای DRAM

اما واحد Samsung Foundry تنها بخش سامسونگ نیست که روی EUV تمرکز کرده است. Samsung Semiconductor نیز اولین تراشه‌های آزمایشی DRAM ساخته شده برپایه‌ی فرایند D1x را که یک لیتوگرافی پیشرفته‌ی EUV است اوایل سال ۲۰۲۰ برای مشتریان ارسال کرد؛ اما این تکنولوژی برای تولید انبوه مورد استفاده قرار نگرفت و درعوض واحد تجاری DRAM سامسونگ اواخر اکتبر ۲۰۲۱، ارسال تراشه‌های حافظه‌ ساخته‌شده با فرایند D1a را آغاز کرد.

D1a سامسونگ، درواقع نسل چهارم فرآيند کلاس ۱۰ نانومتری DRAM این شرکت است که با نام ۱۳ نانومتری نیز شناخته می‌شود. توسعه‌ی این لیتوگرافی، مدت زیادی طول کشید و Micron و SK Hynix را پشت‌سر گذاشت.

Micron قصد دارد از فناوری 1a خود (که از EUV بهره نمی‌برد) برای ساخت همه‌ی DRAMها استفاده کند و طبق گزارش رسانه‌ها، از مدتی قبل این فرایند را به‌طور گسترده، مستقر کرده است. درنتیجه‌، این شرکت نه‌تنها سامسونگ را با فرایند 1a شکست داد، بلکه با سرعت زیاد، نرخ پذیرش آن را نیز پشت‌سر گذاشت. درنتیجه ساخت حافظه‌ Micron ارزان‌تر است. این ویژگی به‌خصوص در مورد آی‌سی‌های DDR5 که ازنظر فیزیکی بزرگ‌تر از تراشه‌های DDR4 بوده و با ظرفیت مشابه و فرایند یکسانی ساخت شده‌اند نیز سومند است.

شاید سامسونگ با گذشت زمان به‌دلیل تجربه‌ی گسترده‌ی خود با فناوری‌های DRAM مبتنی‌بر EUV، رهبری این بازار را دوباره به‌دست بگیرد؛ اما درحال‌حاضر به‌نظر نمی‌رسد این شرکت در این حوزه پیشرو باشد. جالب این‌که Micron استفاده از ابزار EUV را به‌دلیل هزینه‌های اسکنر آن، بهره‌وری محدود تجهیزات EUV، یکنواختی ابعاد بحرانی (CD) ناقص و زمان‌های طولانی چرخه‌ها، نقطه ضعف می‌داند.

براساس گزارش دیجی‌تایمز به نقل از یکی از مهندسان سامسونگ، این شرکت قصد دارد در تلاشی برای جهش در رقابت، از فناوری پردازش 1b صرف‌نظر کرده و به‌جای آن روی 1c (کلاس ۱۱ نانومتر) تمرکز کند. این اطلاعات در ماه آوریل تکذیب شد؛ اما به‌نظر می‌رسد این شرکت تمایل دارد تغییراتی در برنامه‌های خود اعمال کند.

یکی از نمایندگان سامسونگ گفت:

من فکر می‌کنم منصفانه‌ است که بگوییم برنامه‌ی توسعه‌ی ۱۲ نانومتری ما به‌طور پایدار انجام می‌شود و فرآیندهای بعدی نیز طبق نقشه‌ی راه فناوری میان‌مدت تا بلندمدت ما توسعه خواهند یافت.

کسب‌و‌کار Samsung LSI

سامسونگ نسبت به SK Hynix، Micron و TSMC برتری‌هایی دارد. بیشترین فروش این شرکت مربوط به تراشه‌های حافظه و خدمات تولید نیمه‌هادی نیست. این شرکت انوع لوازم الکترونیکی مصرفی را می‌فروشد که ازجمله می‌توان به گوشی‌های هوشمند با قیمت بیش از هزار دلار برای هر واحد یا تلویزیون‌هایی که قیمت‌های چند هزار دلاری دارند اشاره کرد. بنابراین حتی اگر بازده تراشه‌سازی سامسونگ کافی نباشد، سامسونگ همچنان شرکتی سودآور است.

اما مشکل فرآیندها و بازدهی متوسط این است که بر عملکرد و قابلیت‌های سیستم-روی-چیپ‌های سامسونگ تأثیر می‌گدارند که امکان دارد انتظارات را برآورده نسازد. این همان چیزی است که درمورد Exynos 2200 رخ داد؛ تراشه‌ای که سرعت آن از Snapdragon 8 Gen1 کوالکام بیشتر نبود، درحالی‌که هردو پردازنده با فناوری یکسانی ساخته شده‌اند.

نتیجه‌گیری

درحالی‌که سامسونگ می‌تواند برای کسب‌وکارهای نیمه‌رسانای خود هزینه‌های زیادی صرف کند، اما این مورد به‌تنهایی موفقیت این برند را در تولید تراشه‌ها تضمین نخواهد کرد. در یک تا دو سال گذشته، شواهد مستقیم و غیرمستقیمی مشاهده کردیم که نشان می‌دهد کسب‌وکارهای نیمه‌هادی غول فناوری کره‌ای، با مشکلاتی مواجه شده‌اند. تجارت تولید قراردادی Samsung Foundry به‌سرعت رقبای خود رشد نمی‌کند، درحالی‌که لیتوگرافی‌های آن نیز کم‌تر از حد انتظار ظاهر شده‌اند. Samsung Semiconductor نیز در بخش DRAM با فرایند 1a به‌مدت چندماه از رقبا عقب بود، درحالی‌که عملکرد سیستم-روی-چیپ‌های پرچم‌دار LSI نیز درمقایسه با رقبای آن، درسطح پایین‌تری قرار دارند.

سامسونگ مثل سایر شرکت‌های بزرگ دیگر، برندی ماندگار است و منابع مالی، فکری و تکنولوژیکی کافی برای دوام آوردن دربرابر چالش‌های فراوان را دراختیار دارد. تنها مشکل این است که زمان رسیدن به موفقیت برای این شرکت چقدر خواهد بود و آیا مدیریت فعلی می‌تواند به آن دست یابد یا خیر.