近些年,全球半導(dǎo)體業(yè)都在興建12英寸晶圓廠,新項(xiàng)目不斷涌現(xiàn),這使得8英寸晶圓產(chǎn)線的比重不斷降低。然而,這并沒有削弱8英寸的存在感,相反,在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi),全球8英寸晶圓產(chǎn)能都處于短缺狀態(tài),且很難找到解決辦法。
遠(yuǎn)的不說(shuō),就從2017年談起吧。
彼時(shí),全球8英寸晶圓代工產(chǎn)能利用率逼近100%,而產(chǎn)能拓展?jié)摿τ邢蓿艽擞绊懀c2017年相比,2018年同期主要元器件的交貨時(shí)間明顯延長(zhǎng),模擬器件、傳感器、分立器件和32位MCU等交貨時(shí)間均增加,最緊張的交貨時(shí)間延長(zhǎng)至40~50周。
digitimes的數(shù)據(jù)顯示,中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)主要晶圓代工產(chǎn)能利用率不斷增長(zhǎng),截至2018年6月,產(chǎn)能利用率為94.7%,同比增長(zhǎng)了1.3%。當(dāng)時(shí),臺(tái)灣地區(qū)主要晶圓代工廠8英寸線產(chǎn)能約為1100~1200 千片/月。
大部分模擬、分立器件市場(chǎng)由IDM大廠把持,如英飛凌、德州儀器(TI)等,部分IDM的產(chǎn)能擴(kuò)充專注于12英寸線,沒有額外增添8英寸線,這樣就不得不將 8英寸產(chǎn)品外包。因此,大部分IDM擴(kuò)產(chǎn)幅度比需求增長(zhǎng)幅度低,外包的比例就越來(lái)越高,這樣就加劇了晶圓代工廠訂單供不應(yīng)求的局面。
據(jù)統(tǒng)計(jì),在2017 年,8英寸晶圓代工主力華虹半導(dǎo)體的8英寸晶圓產(chǎn)能為168K/月,中芯國(guó)際的產(chǎn)能為234K/月,占總產(chǎn)能的比例超過(guò)40%。
而臺(tái)積電的8英寸晶圓代工產(chǎn)能占其總產(chǎn)能的比例約為14%;聯(lián)電的8英寸晶圓代工產(chǎn)能同樣供不應(yīng)求,并開啟了一次性漲價(jià)。此外,聯(lián)電在中國(guó)大陸的8英寸廠——和艦——也啟動(dòng)了大規(guī)模擴(kuò)產(chǎn),幅度達(dá)15%。
2017和2018年,全球呈現(xiàn)缺貨潮,特別是存儲(chǔ)器,與此同時(shí),8英寸晶圓廠產(chǎn)能總體供不應(yīng)求。
進(jìn)入2019年以后,全產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)供過(guò)于求,特別是存儲(chǔ)器,同時(shí),8英寸晶圓產(chǎn)能供不應(yīng)求的局面也得到了一定程度的緩解。
在經(jīng)歷了2019上半年全行業(yè)的低迷之后,全球半導(dǎo)體在2019下半年開始回暖,而8英寸晶圓產(chǎn)能利用率也逐漸提升。進(jìn)入2020年以后,雖然有疫情的影響,但未能阻擋市場(chǎng)對(duì)8英寸晶圓產(chǎn)能需求的提升,再一次出現(xiàn)全球性產(chǎn)能緊張狀況。
而促使這一局面出現(xiàn)的首要原因是相關(guān)“爆款”芯片需求量暴漲。2018年那一波的典型代表是功率器件,而2020年那一波爆款芯片則是CIS,以及ToF和TWS芯片。這幾種芯片在2019年就已經(jīng)非常火爆,市場(chǎng)需求量大增,而這一發(fā)展態(tài)勢(shì)也延續(xù)到了2020年。
CIS的爆發(fā)主要得益于多攝像頭手機(jī)的涌現(xiàn)。2019年,隨著上游晶圓產(chǎn)能愈發(fā)緊張,CIS芯片的供貨缺口進(jìn)一步加大,分辨率5M及以下的CIS出現(xiàn)了兩次大規(guī)模漲價(jià),漲價(jià)的廠商大都分布在中國(guó)大陸地區(qū)。同時(shí),全球三大CIS廠商索尼、三星和北京豪威(OmniVision)的供貨一直都非常緊張,索尼不得不將部分訂單交由臺(tái)積電生產(chǎn),這種形勢(shì)給晶圓代工廠帶來(lái)了更多商機(jī),臺(tái)積電相當(dāng)一部分8英寸晶圓代工產(chǎn)能都給了豪威,而為了接單索尼,臺(tái)積電還在增加投資建廠、采購(gòu)設(shè)備,專門用于應(yīng)對(duì)索尼的CIS訂單。此外,中芯國(guó)際和華力微電子也收獲不少,特別是來(lái)自豪威的訂單。
與此同時(shí),手機(jī)開始搭配3D感測(cè)功能ToF,而CIS是ToF的必需元器件,導(dǎo)致市場(chǎng)對(duì)CIS的需求量大漲。
除了CIS,市場(chǎng)對(duì)TWS芯片的需求也非常強(qiáng)勁,與此同時(shí),在顯示面板方面,AMOLED和TDDI的普及,催生了市場(chǎng)對(duì)NOR Flash需求的提升。這樣,TWS、AMOLED驅(qū)動(dòng)、TDDI芯片,以及NOR Flash存儲(chǔ)器在同一時(shí)間段內(nèi)爆發(fā),這些都給8英寸晶圓產(chǎn)能帶來(lái)了極大的壓力。
進(jìn)入2021年以后,市場(chǎng)對(duì)8英寸晶圓產(chǎn)能的需求量又出現(xiàn)了跳躍式的提升,使得各大廠商產(chǎn)能的擴(kuò)充速度遠(yuǎn)低于市場(chǎng)需求的增長(zhǎng)速度。在這種情況下,市場(chǎng)全面開啟漲價(jià)模式。
早在2020年,為了確保拿到足夠的產(chǎn)能,不少IC設(shè)計(jì)廠商積極預(yù)定2021年的產(chǎn)能,有的長(zhǎng)單甚至下到了2021年第二季度。
當(dāng)時(shí),有IC設(shè)計(jì)廠商表示,晶圓代工產(chǎn)能非常緊張,交期延長(zhǎng)了很多,以往的交期大概是兩個(gè)月,而那個(gè)階段達(dá)到了四個(gè)月。即使是這樣的交期,依然在被瘋搶,不搶的話,會(huì)有交不出貨的巨大風(fēng)險(xiǎn)。這其中,以8英寸晶圓產(chǎn)能最為火爆,特別是在中國(guó)大陸市場(chǎng),由于這里的IC設(shè)計(jì)企業(yè)數(shù)量眾多,而大多數(shù)都是以90nm及以上的成熟制程工藝芯片為主,這些芯片主要采用8英寸晶圓代工生產(chǎn),雖然這些IC設(shè)計(jì)廠商個(gè)體體量不大,但由于總數(shù)量可觀,因此形成了巨大的代工需求,為了搶到產(chǎn)能,上演著多種激烈、甚至是慘烈的競(jìng)爭(zhēng)故事。
8英寸晶圓產(chǎn)能供不應(yīng)求的局面一直持續(xù)到2022下半年。
8英寸晶圓產(chǎn)能吃緊的原因
在過(guò)去幾年里,8英寸晶圓產(chǎn)能吃緊,主要有以下幾個(gè)原因。
一、應(yīng)用需求驅(qū)動(dòng)。在應(yīng)用端,對(duì)8英寸晶圓代工的強(qiáng)勁需求主要來(lái)源于功率器件、電源管理IC、影像傳感器、指紋識(shí)別芯片和顯示驅(qū)動(dòng)IC等。由于模擬/分立器件擁有成熟制程+特種工藝的特性,因此,這些產(chǎn)品絕大多數(shù)會(huì)采用8英寸或6英寸線生產(chǎn)。
特別是功率器件,近些年,市場(chǎng)對(duì)它的需求相當(dāng)強(qiáng)勁,這給8英寸晶圓產(chǎn)線帶來(lái)了更多商業(yè)機(jī)遇。
據(jù)IC insights統(tǒng)計(jì),在功率器件年出貨量方面,2016~2021的年復(fù)合增長(zhǎng)率為5.2%。2017年,功率分立器件銷售額同比增長(zhǎng)10.4%。受益于汽車和工業(yè)應(yīng)用驅(qū)動(dòng),當(dāng)時(shí)預(yù)計(jì)未來(lái)3年功率分立器件市場(chǎng)將保持5%左右的增速。
汽車電子和工業(yè)應(yīng)用對(duì)功率器件的需求大于供給導(dǎo)致漲價(jià),而功率器件對(duì)8英寸晶圓產(chǎn)能的需求大于供給,導(dǎo)致8英寸晶圓漲價(jià)。
二、設(shè)備供給不足。市場(chǎng)對(duì)8英寸晶圓廠使用的設(shè)備供應(yīng)不足,也是導(dǎo)致產(chǎn)能吃緊的一個(gè)重要原因。
由于多數(shù)8英寸晶圓代工建廠時(shí)間較早,運(yùn)行時(shí)間大多長(zhǎng)達(dá)10年以上,部分設(shè)備太老舊或難以修復(fù),同時(shí),由于當(dāng)前12英寸晶圓代工廠資本支出規(guī)模巨大,部分廠商停止了8英寸晶圓產(chǎn)線,使得相關(guān)設(shè)備供應(yīng)商缺乏研發(fā)和生產(chǎn)相關(guān)設(shè)備的積極性。
近幾年,8英寸晶圓代工產(chǎn)能擴(kuò)充所需要的設(shè)備主要來(lái)自二手市場(chǎng),其中,蝕刻機(jī)、***、測(cè)量設(shè)備最為搶手,從8英寸向12英寸升級(jí)的存儲(chǔ)器廠商為這一市場(chǎng)貢獻(xiàn)了很多,如三星和海力士。不過(guò),總體來(lái)看,二手設(shè)備市場(chǎng)資源有限,呈現(xiàn)出逐漸枯竭的態(tài)勢(shì)。
這一點(diǎn)在中國(guó)大陸市場(chǎng)體現(xiàn)得尤為突出,二手設(shè)備非常強(qiáng)手,已經(jīng)形成了一條產(chǎn)業(yè)鏈,近幾年,多家晶圓廠都想盡辦法通過(guò)各種渠道引進(jìn)8英寸晶圓加工設(shè)備,這其中比較有代表性的是青島芯恩,引進(jìn)了一大批來(lái)自日本的二手設(shè)備,并請(qǐng)到日本的頂級(jí)設(shè)備專家進(jìn)行修復(fù)和指導(dǎo)使用。?
三、8英寸晶圓代工產(chǎn)線減少。據(jù)統(tǒng)計(jì),從2008到2016年,有37座8英寸晶圓代工廠關(guān)閉,同時(shí)有15座廠從8英寸轉(zhuǎn)換為12英寸,截至2016年,全球8英寸晶圓代工廠已減少至180座。不過(guò),從2016年開始,8英寸晶圓廠關(guān)閉的速度開始減緩,但減少的趨勢(shì)沒有變。
傳統(tǒng)IDM正在縮減8英寸晶圓產(chǎn)線規(guī)模,將更多資源投入到12英寸產(chǎn)線的建設(shè)和完善上面,這主要是因?yàn)槭袌?chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越加激烈,而對(duì)于IDM來(lái)說(shuō),8英寸產(chǎn)線的投入產(chǎn)出比越來(lái)越低,大規(guī)模運(yùn)營(yíng)這些產(chǎn)線的積極性已經(jīng)不高了,除了保留一部分必需的8英寸晶圓產(chǎn)線外,像TI和ADI這樣的老牌模擬芯片巨頭,可以將越來(lái)越多的8英寸晶圓加工任務(wù)外包給代工廠,而它們自己主攻12英寸產(chǎn)線。這樣,客觀上減少了8英寸晶圓產(chǎn)能。
晶圓尺寸越大,可利用效率越高。12英寸晶圓擁有較大的使用面積,得以達(dá)到效率優(yōu)化,相對(duì)于8英寸晶圓而言,12英寸的可使用面積超過(guò)兩倍。
近些年,TI一直在穩(wěn)步提升其12英寸晶圓模擬芯片的產(chǎn)量,以削減成本并提高生產(chǎn)效率。TI表示,12英寸晶圓廠的產(chǎn)量比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手使用的8英寸晶圓生產(chǎn)的芯片便宜40%。此外,對(duì)于模擬用途,12英寸晶圓廠的投資回報(bào)率可能更高,因?yàn)樗梢允褂?0-30年。
當(dāng)然,8英寸晶圓產(chǎn)能吃緊的原因不止以上這三點(diǎn),其它就不在此贅述了。
產(chǎn)能過(guò)剩時(shí)刻到來(lái)
半導(dǎo)體行業(yè)存在明顯的周期性,不可能永遠(yuǎn)興盛,也不可能永遠(yuǎn)衰弱。8英寸晶圓產(chǎn)能不足的局面已經(jīng)持續(xù)多年,但不可能永遠(yuǎn)持續(xù)下去。
2020年,SEMI就曾示警,在各大廠商積極擴(kuò)產(chǎn)的情況下,8英寸晶圓產(chǎn)能可能會(huì)出現(xiàn)過(guò)剩的局面,尤其是在中國(guó)大陸地區(qū),日本市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)野村也給出了類似的意見,他們認(rèn)為當(dāng)時(shí)功率器件等模擬芯片的市場(chǎng)需求正在放緩,再加上庫(kù)存的調(diào)整,8英寸晶圓產(chǎn)能需求正在下降。
從2022年第四季度開始,8英寸晶圓產(chǎn)能需求就出現(xiàn)松動(dòng)跡象。進(jìn)入2023年以后,隨著芯片在全球范圍內(nèi)供過(guò)于求,各種成熟制程模擬芯片也未能幸免,導(dǎo)致8英寸晶圓產(chǎn)能出現(xiàn)過(guò)剩局面。
2月,業(yè)界傳出消息,三星電子舍棄了部分8英寸晶圓產(chǎn)線的成熟制程產(chǎn)能,以將更多資源用在以3nm為代表的先進(jìn)制程產(chǎn)線上,不過(guò),三星表示此消息為謠傳,不過(guò),三星8英寸晶圓產(chǎn)能利用率大幅下滑是不可辯駁的,同時(shí),三星電子12英寸晶圓代工平均開工率也下降到了70%左右。
東部高科(DB HiTek)的8英寸晶圓代工平均開工率下降到60%-70%,部分8英寸產(chǎn)線開工率跌至50%,與2022上半年接近滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的情形形成鮮明對(duì)比。
終端市場(chǎng)需求疲軟導(dǎo)致全球晶圓代工產(chǎn)能利用率普遍下滑,這一波沖擊對(duì)格芯、DB HiTek、Key Foundry、SK Hynix IC、力積電等8英寸晶圓代工廠影響較大,一些廠商的開工率已經(jīng)跌至50%。
隨著產(chǎn)能利用率下降,為保證訂單量,降價(jià)是必然的選擇,上述的這些廠商紛紛開始降價(jià)。?
在這種情況下,成熟制程大廠聯(lián)電也快要降價(jià)了。
不過(guò),業(yè)界普遍認(rèn)為,這一波下行周期不會(huì)持續(xù)太長(zhǎng)時(shí)間,樂觀的認(rèn)為2023下半年,謹(jǐn)慎一些的認(rèn)為2024年開始,全球芯片市場(chǎng)需求將會(huì)復(fù)蘇。到那時(shí),8英寸晶圓產(chǎn)能利用率會(huì)逐步恢復(fù)。只是不知道,2019-2021年那一波成熟制程芯片需求爆發(fā)式增長(zhǎng)的輝煌能否重現(xiàn)。
編輯:黃飛
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