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2021年芯气象展望:8英寸受捧,中国厂商有哪些机遇与挑战?

2020-12-23 16:48来源:中国存储网
导读:考虑投产晶圆厂产能爬坡时间和在建项目建设时间,粗略估计2019——2021年,中国8英寸晶圆线的年产能增速约为10%。

12月已经走过了三分之二,往年年底,这时正是晶圆代工厂商积极联络客户、敲定次年订单的关键时期。但这个12月,事情发生了变化。日媒《日经亚洲评论》本月9日援引一位联华电子消息人士的话称。“一般来说,(往年这个时候)我们都在争取更多的芯片订单,但这一次,即使客户愿意加大订单量,我们也无法提供额外的产能支持。”

2021年芯气象展望:8英寸受捧,中国厂商有哪些机遇与挑战?

实际上,联华电子的产能排期已排至2021年第二季度,可能要等到明年年底,才能腾出空余产能。

而联华电子并不是唯一一家产能满载的8英寸晶圆代工厂商。全球晶圆代工玩家中,台积电、三星、格罗方德、中芯国际……均传出8英寸产能吃紧的消息。

2021年芯气象展望:8英寸受捧,中国厂商有哪些机遇与挑战?

▲全球各尺寸硅片出货量情况(图源:IC Mtia)

有趣的是,约在2007年,12英寸(300mm)硅片就开始在晶圆代工市场中占据主流,而8英寸(200mm)硅片市场份额逐年萎缩。这一背景下,原本面临“被淘汰”命运的8英寸产品,缘何面临产能告急问题?

而如此抢手的8英寸晶圆代工产能,又在产业链中承担着怎样的角色?这波全球范围内的产能告急,将为中国玩家带来怎样的机遇与挑战?芯东西挖掘全球8英寸晶圆产能告急背后的真相,试图还原并解读一个真实的全球8英寸代工市场。

一、供不应求的8英寸晶圆代工产能

据中国台湾媒体《电子时报》报道,包括联华电子在内,全球范围内已有多家芯片代工企业为2021年8英寸晶圆提价。其中,联电、格罗方德和世界先进等公司在2020年第四季度,将价格提高了约10%——15%,紧急订单提价幅度甚至达到40%。

8英寸产线多用于生产电源管理芯片、MOSFET器件、CMOS芯片、指纹识别芯片、ToF、TWS芯片等产品。作为半导体产业链中的关键一环,8英寸晶圆代工产能的紧缺,亦波及到8英寸硅片供应及芯片设计等相关产业链环节。

以采用Fabless模式运营的IC设计厂商为例,对其而言,找到晶圆代工厂流片并量产自己设计的芯片,是产品落地的关键步骤。因此,全球八英寸晶圆代工产能的短缺,势必为IC设计玩家带来影响。

在种种因8英寸产能不足而出现缺货现象的芯片产品中,电源管理芯片收获了较多关注。近期,外媒《彭博社》援引消息人士称,苹果iPhone等产品正面临电源管理芯片短缺问题,或因此无法满足消费市场需求。

据悉,不少IC设计厂商正积极预定明年的产能,部分长单甚至下到2021年第二季度。

此外,部分Fabless模式IC设计商因看到8英寸代工成本上升,同步做出了调高产品价格的决策。

以模拟芯片玩家瑞萨电子为例,11月30日晚间,网上流传一张瑞萨电子涨价函的图片。该涨价函表示,由于原材料和封装基材成本的增加,瑞萨电子拟上调部分模拟和电源产品价格。

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▲网传瑞萨电子涨价函

二、8英寸受到热捧背后的技术逻辑

以直径计算,目前半导体晶圆可分为2英寸、3英寸、4英寸、6英寸、8英寸、12英寸等规格。

全球半导体晶圆市场中,8英寸(200mm)产品和12英寸(300mm)产品占据大部分市场份额。其中,又以12英寸产品作为主流。据SEMI前瞻产业研究院整理数据,12英寸产品占据约64%份额,8英寸产品占据约26%份额。

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▲全球不同尺寸半导体晶圆产品结构(图源:SEMI前瞻产业研究院)

晶圆尺寸直径趋大,是摩尔定律向前发展的必然要求。

我们所说的芯片,是从经过清洗、刻蚀、光刻等步骤的晶圆上切割而来。晶圆面积越大,相应地“晶圆可切割晶片数(dpw,die per wafer)”就越多。

具体来说,按照面积计算,12英寸晶圆几乎达到8英寸晶圆的2.25倍。也就是说,在良率等其他条件相同的情况下,12英寸晶圆代工厂的产能,能达到8英寸代工厂的2倍之多。

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随着摩尔定律向前发展,制程工艺趋近物理极限的同时,芯片的设计成本也直线上升。为了尽可能平衡成本,使用12英寸等较大面积的晶圆,成为先进制程芯片产业链的必然选择。

目前,5nm制程的芯片已经进入量产商用阶段,而现有5nm、7nm芯片多由代工厂用12英寸晶圆进行生产。

尽管12英寸晶圆代工厂建厂成本更高,但从长远来看,在相同制程之下,12英寸晶圆代工厂的利润率高过8英寸晶圆代工厂。目前,我国有多个玩家正在建设12英寸晶圆代工项目,比如格科微12英寸CIS集成电路特色工艺研发与产业化项目、闻泰12英寸车规级功率半导体自动化晶圆制造中心项目、富芯半导体模拟芯片IDM项目等。

相比12英寸晶圆代工市场的热度,8英寸晶圆代工市场已趋萎缩。据称8英寸代工产线所需的光刻、刻蚀等设备,几乎已无供应商生产,相关设备大多在二手市场流通。

更大面积的晶圆已然成为代工市场主流,那么8英寸晶圆代工产能为何会受到市场追逐?

首先,市场对8英寸晶圆下游芯片产品需求上涨。2020年以来,一场新冠疫情催生了消费者对手机、电脑、平板电脑等电子产品的强劲需求。以平板电脑为例,据市场统计机构IDC统计,2020年,中国市场平板电脑出货量持续走高。

不仅如此,小米、苹果、华为等消费电子厂商发布新机,客观上催生对电源管理芯片等产品的大量需求。此前曾有消息传出,为规避中美贸易摩擦、疫情等多方因素带来的影响,华为等国产厂商曾大量囤货零部件。

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▲2019Q4——2020Q4中国平板电脑市场出货量(图源:IDC)

其次,上述电子产品中所使用到的电源管理芯片、MOSFET器件、CMOS芯片、指纹识别芯片、ToF、TWS芯片等产品,多由8英寸产线代工生产。

这是因为,电源管理芯片、MCU等产品多由90nm及以上的成熟制程进行代工。而对这部分成熟制程产品来说,用12英寸的晶圆代工,并不能带来明显的成本优势。对于电源管理芯片、MCU等品类IC设计玩家来说,选择8英寸晶圆代工厂进行合作更为经济。

种种因素混合在一起,就造成了一边8英寸代工市场萎缩,另一边8英寸代工产能却供不应求的情况。

三、8英寸代工产能吃紧下的中国机会

2020年这波8英寸产能短缺,无疑为华虹半导体、中芯国际等拥有8英寸产线的国内晶圆代工玩家,以及华润微、青岛芯恩等大陆IDM代工厂商带来机会。

代工厂方面,据华虹半导体三季报,其三座8英寸厂当季产能利用率均超过100%。华润微在10月12日披露的调研纪要中表示,“进入三季度以来,8英寸产线满载,整体产能利用率在90%以上。”

中芯国际曾在互动平台上表示,现有的8英寸代工客户订单将按照已签订的合同进行,新客户、新项目则由双方协商确定价格,公司也会通过优化产品组合来提升平均晶圆价格。

IDM厂商同样产能满载。华润微在其10月12日披露的调研纪要中表示,“进入三季度以来,8英寸产线满载,整体产能利用率在90%以上。公司目前暂时没有提价,将持续关注市场及价格的变化趋势。”

2019年起,由中芯国际创始人张汝京领导的青岛芯恩,通过引进日本二手8英寸设备,自建二手8英寸设备翻新基地、邀请日本专家对设备进行调修调试等,建设了3条8英寸产线。按照计划,青岛芯恩的8英寸产线于今年下半年开始试投产。

对于中国厂商而言,相比建设市场主流的12英寸晶圆代工产线,建设8英寸产线的成本和技术难度较低,这或许成为中国半导体产业链玩家提升产业链地位的一个机会。

此外,市场研究机构财信证券称,通过对比全球8英寸产能增速及中国8英寸产能增速可看出,未来三至五年,全球新增8英寸晶圆产能将主要集中在中国大陆。

具体来说,据半导体行业研究机构SEMI预计,由于下游行业景气度攀升,8英寸晶圆厂产能将持续落地。2019——2022年,全球8英寸晶圆产量将增加70万片,年均增幅约为4.5%。

2021年芯气象展望:8英寸受捧,中国厂商有哪些机遇与挑战?

▲8英寸晶圆厂产能预测(图源:SEMI)

中国市场方面,据芯思想研究院发布的《中国晶圆制造线白皮书》数据,我国已经投产、在建和规划中的8英寸产线共有38条,其中已实现量产的有19条、宣布投产的5条、在建项目10条、规划中的项目有4条。

考虑投产晶圆厂产能爬坡时间和在建项目建设时间,粗略估计2019——2021年,中国8英寸晶圆线的年产能增速约为10%。

受到各大终端设备厂商发新、疫情催生大量电子设备消费需求、部分终端设备厂商囤积零部件、8英寸半导体设备供应短缺等因素影响,全球8英寸晶圆代工产能面临供不应求。尽管从长远来看,12英寸晶圆代工将成为市场主流,但据市场机构预测,近几年间8英寸晶圆市场仍将持续增长。相比技术壁垒、建厂成本均较高的12英寸产线建设,8英寸晶圆代工或为我国玩家提供了另一种增强产业链竞争力的思路。这一背景下,中国现有8英寸产业链玩家可夯实、提升其市场地位。同时,更多玩家入局8英寸晶圆市场,也将有助于提升中国半导体市场整体实力。从这一角度来说,这场席卷全球的8英寸晶圆代工产能短缺之风,或将成为中国增强芯片产业链地位的一场“东风”。

文章来源: 芯东西

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