芯東西(ID:aichip001)
作者 | 温淑
編輯 | 心緣
12月已經走過了三分之二,往年年底,這時正是晶圓代工廠商積極聯絡客户、敲定次年訂單的關鍵時期。但這個12月,事情發生了變化。
日媒《日經亞洲評論》本月9日援引一位聯華電子消息人士的話稱。“一般來説,(往年這個時候)我們都在爭取更多的芯片訂單,但這一次,即使客户願意加大訂單量,我們也無法提供額外的產能支持。”
實際上,聯華電子的產能排期已排至2021年第二季度,可能要等到明年年底,才能騰出空餘產能。
而聯華電子並不是唯一一家產能滿載的8英寸晶圓代工廠商。全球晶圓代工玩家中,台積電、三星、格羅方德、中芯國際……均傳出8英寸產能吃緊的消息。
全球各尺寸硅片出貨量情況(圖源:IC Mtia)
有趣的是,約在2007年,12英寸(300mm)硅片就開始在晶圓代工市場中佔據主流,而8英寸(200mm)硅片市場份額逐年萎縮。這一背景下,原本面臨“被淘汰”命運的8英寸產品,緣何面臨產能告急問題?
而如此搶手的8英寸晶圓代工產能,又在產業鏈中承擔着怎樣的角色?這波全球範圍內的產能告急,將為中國玩家帶來怎樣的機遇與挑戰?芯東西挖掘全球8英寸晶圓產能告急背後的真相,試圖還原並解讀一個真實的全球8英寸代工市場。
一、供不應求的8英寸晶圓代工產能據中國台灣媒體《電子時報》報道,包括聯華電子在內,全球範圍內已有多家芯片代工企業為2021年8英寸晶圓提價。其中,聯電、格羅方德和世界先進等公司在2020年第四季度,將價格提高了約10%~15%,緊急訂單提價幅度甚至達到40%。
8英寸產線多用於生產電源管理芯片、MOSFET器件、CMOS芯片、指紋識別芯片、ToF、TWS芯片等產品。作為半導體產業鏈中的關鍵一環,8英寸晶圓代工產能的緊缺,亦波及到8英寸硅片供應及芯片設計等相關產業鏈環節。
以採用Fabless模式運營的IC設計廠商為例,對其而言,找到晶圓代工廠流片並量產自己設計的芯片,是產品落地的關鍵步驟。因此,全球八英寸晶圓代工產能的短缺,勢必為IC設計玩家帶來影響。
在種種因8英寸產能不足而出現缺貨現象的芯片產品中,電源管理芯片收穫了較多關注。近期,外媒《彭博社》援引消息人士稱,蘋果iPhone等產品正面臨電源管理芯片短缺問題,或因此無法滿足消費市場需求。
據悉,不少IC設計廠商正積極預定明年的產能,部分長單甚至下到2021年第二季度。
此外,部分Fabless模式IC設計商因看到8英寸代工成本上升,同步做出了調高產品價格的決策。
以模擬芯片玩家瑞薩電子為例,11月30日晚間,網上流傳一張瑞薩電子漲價函的圖片。該漲價函表示,由於原材料和封裝基材成本的增加,瑞薩電子擬上調部分模擬和電源產品價格。
網傳瑞薩電子漲價函
二、8英寸受到熱捧背後的技術邏輯以直徑計算,目前半導體晶圓可分為2英寸、3英寸、4英寸、6英寸、8英寸、12英寸等規格。
全球半導體晶圓市場中,8英寸(200mm)產品和12英寸(300mm)產品佔據大部分市場份額。其中,又以12英寸產品作為主流。據SEMI前瞻產業研究院整理數據,12英寸產品佔據約64%份額,8英寸產品佔據約26%份額。
全球不同尺寸半導體晶圓產品結構(圖源:SEMI前瞻產業研究院)
晶圓尺寸直徑趨大,是摩爾定律向前發展的必然要求。
我們所説的芯片,是從經過清洗、刻蝕、光刻等步驟的晶圓上切割而來。晶圓面積越大,相應地“晶圓可切割晶片數(dpw,die per wafer)”就越多。
具體來説,按照面積計算,12英寸晶圓幾乎達到8英寸晶圓的2.25倍。也就是説,在良率等其他條件相同的情況下,12英寸晶圓代工廠的產能,能達到8英寸代工廠的2倍之多。
隨着摩爾定律向前發展,製程工藝趨近物理極限的同時,芯片的設計成本也直線上升。為了儘可能平衡成本,使用12英寸等較大面積的晶圓,成為先進製程芯片產業鏈的必然選擇。
目前,5nm製程的芯片已經進入量產商用階段,而現有5nm、7nm芯片多由代工廠用12英寸晶圓進行生產。
儘管12英寸晶圓代工廠建廠成本更高,但從長遠來看,在相同製程之下,12英寸晶圓代工廠的利潤率高過8英寸晶圓代工廠。目前,我國有多個玩家正在建設12英寸晶圓代工項目,比如格科微12英寸CIS集成電路特色工藝研發與產業化項目、聞泰12英寸車規級功率半導體自動化晶圓製造中心項目、富芯半導體模擬芯片IDM項目等。
相比12英寸晶圓代工市場的熱度,8英寸晶圓代工市場已趨萎縮。據稱8英寸代工產線所需的光刻、刻蝕等設備,幾乎已無供應商生產,相關設備大多在二手市場流通。
更大面積的晶圓已然成為代工市場主流,那麼8英寸晶圓代工產能為何會受到市場追逐?
首先,市場對8英寸晶圓下游芯片產品需求上漲。2020年以來,一場新冠疫情催生了消費者對手機、電腦、平板電腦等電子產品的強勁需求。以平板電腦為例,據市場統計機構IDC統計,2020年,中國市場平板電腦出貨量持續走高。
不僅如此,小米、蘋果、華為等消費電子廠商發佈新機,客觀上催生對電源管理芯片等產品的大量需求。此前曾有消息傳出,為規避中美貿易摩擦、疫情等多方因素帶來的影響,華為等國產廠商曾大量囤貨零部件。
2019Q4~2020Q4中國平板電腦市場出貨量(圖源:IDC)
其次,上述電子產品中所使用到的電源管理芯片、MOSFET器件、CMOS芯片、指紋識別芯片、ToF、TWS芯片等產品,多由8英寸產線代工生產。
這是因為,電源管理芯片、MCU等產品多由90nm及以上的成熟製程進行代工。而對這部分成熟製程產品來説,用12英寸的晶圓代工,並不能帶來明顯的成本優勢。對於電源管理芯片、MCU等品類IC設計玩家來説,選擇8英寸晶圓代工廠進行合作更為經濟。
種種因素混合在一起,就造成了一邊8英寸代工市場萎縮,另一邊8英寸代工產能卻供不應求的情況。
三、8英寸代工產能吃緊下的中國機會2020年這波8英寸產能短缺,無疑為華虹半導體、中芯國際等擁有8英寸產線的國內晶圓代工玩家,以及華潤微、青島芯恩等大陸IDM代工廠商帶來機會。
代工廠方面,據華虹半導體三季報,其三座8英寸廠當季產能利用率均超過100%。華潤微在10月12日披露的調研紀要中表示,“進入三季度以來,8英寸產線滿載,整體產能利用率在90%以上。”
中芯國際曾在互動平台上表示,現有的8英寸代工客户訂單將按照已簽訂的合同進行,新客户、新項目則由雙方協商確定價格,公司也會通過優化產品組合來提升平均晶圓價格。
IDM廠商同樣產能滿載。華潤微在其10月12日披露的調研紀要中表示,“進入三季度以來,8英寸產線滿載,整體產能利用率在90%以上。公司目前暫時沒有提價,將持續關注市場及價格的變化趨勢。”
2019年起,由中芯國際創始人張汝京領導的青島芯恩,通過引進日本二手8英寸設備,自建二手8英寸設備翻新基地、邀請日本專家對設備進行調修調試等,建設了3條8英寸產線。按照計劃,青島芯恩的8英寸產線於今年下半年開始試投產。
對於中國廠商而言,相比建設市場主流的12英寸晶圓代工產線,建設8英寸產線的成本和技術難度較低,這或許成為中國半導體產業鏈玩家提升產業鏈地位的一個機會。
此外,市場研究機構財信證券稱,通過對比全球8英寸產能增速及中國8英寸產能增速可看出,未來三至五年,全球新增8英寸晶圓產能將主要集中在中國大陸。
具體來説,據半導體行業研究機構SEMI預計,由於下游行業景氣度攀升,8英寸晶圓廠產能將持續落地。2019~2022年,全球8英寸晶圓產量將增加70萬片,年均增幅約為4.5%。
8英寸晶圓廠產能預測(圖源:SEMI)
中國市場方面,據芯思想研究院發佈的《中國晶圓製造線白皮書》數據,我國已經投產、在建和規劃中的8英寸產線共有38條,其中已實現量產的有19條、宣佈投產的5條、在建項目10條、規劃中的項目有4條。
考慮投產晶圓廠產能爬坡時間和在建項目建設時間,粗略估計2019~2021年,中國8英寸晶圓線的年產能增速約為10%。
結語:中國8英寸市場迎來機遇受到各大終端設備廠商發新、疫情催生大量電子設備消費需求、部分終端設備廠商囤積零部件、8英寸半導體設備供應短缺等因素影響,全球8英寸晶圓代工產能面臨供不應求。
儘管從長遠來看,12英寸晶圓代工將成為市場主流,但據市場機構預測,近幾年間8英寸晶圓市場仍將持續增長。相比技術壁壘、建廠成本均較高的12英寸產線建設,8英寸晶圓代工或為我國玩家提供了另一種增強產業鏈競爭力的思路。
這一背景下,中國現有8英寸產業鏈玩家可夯實、提升其市場地位。同時,更多玩家入局8英寸晶圓市場,也將有助於提升中國半導體市場整體實力。
從這一角度來説,這場席捲全球的8英寸晶圓代工產能短缺之風,或將成為中國增強芯片產業鏈地位的一場“東風”。