2022年上半年的半導(dǎo)體行業(yè)有許多值得注意的主題或關(guān)鍵詞。從這些主題中,我們梳理出五個(gè)重要的內(nèi)容,其將圍繞半導(dǎo)體市場(chǎng)環(huán)境、晶圓廠的狀況、半導(dǎo)體產(chǎn)能和制造工藝來(lái)進(jìn)行闡述。

1、Fab廠建設(shè)創(chuàng)歷史新高

半導(dǎo)體制造業(yè)的變化,離不開市場(chǎng)需求、晶圓廠資產(chǎn)狀況、半導(dǎo)體產(chǎn)能及產(chǎn)品設(shè)計(jì)尺寸。根據(jù)近期ICInsight、SEMI分析機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)顯示,今年的全球半導(dǎo)體總銷售額可能達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的6807億美元,并預(yù)計(jì)至2030年,這一數(shù)字有望突破萬(wàn)億美元關(guān)口。

受半導(dǎo)體強(qiáng)大增長(zhǎng)動(dòng)能驅(qū)動(dòng),晶圓代工擴(kuò)產(chǎn)充能。SEMI數(shù)據(jù)顯示,2021年至2023年的Fab建設(shè)投資達(dá)到歷史新高,僅2022年支出就增長(zhǎng)14%,達(dá)到近260億美元。28家新的量產(chǎn)晶圓廠將于今年(2022年)開始建設(shè),其中包括23家300毫米晶圓廠和5家專用于200毫米及以下的晶圓廠。

表1:全球半導(dǎo)體晶圓代工Foundry工廠數(shù)量。(數(shù)據(jù)來(lái)源/SEMI)

圖1數(shù)據(jù)顯示,全球運(yùn)營(yíng)中的晶圓廠主要分布:美國(guó)有70家,中國(guó)有66家,歐洲和中東有61家,日本有63家,韓國(guó)27家,東南亞地區(qū)21家,中國(guó)臺(tái)灣65家。由于臺(tái)積電、英特爾、三星和Globalfoundries之間的軍備競(jìng)賽,這個(gè)數(shù)字在未來(lái)幾年還會(huì)增加。

2、汽車缺IC何時(shí)解？

自2020年下半年以來(lái),半導(dǎo)體短缺問(wèn)題變得十分嚴(yán)重,至今仍未完全解決。到2022年,芯片短缺仍然很復(fù)雜。用于生產(chǎn)汽車和醫(yī)療設(shè)備的芯片還是比較稀缺。最大的汽車半導(dǎo)體供應(yīng)商之一英飛凌表示,其核心產(chǎn)品的短缺問(wèn)題將在2023年才能結(jié)束。

英飛凌新上任的首席運(yùn)營(yíng)官Rutger Wijburg就曾表示,為了應(yīng)對(duì)工業(yè)細(xì)分市場(chǎng)半導(dǎo)體的短缺,其已經(jīng)計(jì)劃將加速擴(kuò)大產(chǎn)能,并現(xiàn)在只接受交貨時(shí)間長(zhǎng)的訂單。就目前而言,12個(gè)月的交貨時(shí)間都很正常,18個(gè)月或更長(zhǎng)時(shí)間也不罕見。

另?yè)?jù)臺(tái)媒最新報(bào)道,用于服務(wù)器的電源管理IC的供應(yīng)仍然緊張。受今年晚些時(shí)候新處理器的推出推動(dòng),部分電源管理IC供應(yīng)商都在為預(yù)計(jì)的服務(wù)器需求激增做好準(zhǔn)備。業(yè)內(nèi)人士指出,服務(wù)器需求沒有放緩的跡象。PMIC是除MCU之外最緊缺的芯片品類之一,有關(guān)數(shù)據(jù)顯示,國(guó)際半導(dǎo)體廠商的交期已經(jīng)高達(dá)20-24周,個(gè)別廠商交期已高達(dá)40-52周。

3、三星Intel結(jié)盟PK臺(tái)積電

全球半導(dǎo)體企業(yè)營(yíng)收排名第一的英特爾和排名第二的三星要合作了,其他半導(dǎo)體廠商會(huì)怎么看或怎么應(yīng)對(duì)該聯(lián)盟呢?據(jù)5月30日韓聯(lián)社消息稱,三星計(jì)劃與英特爾在下一代存儲(chǔ)IC、邏輯IC、晶圓代工以及消費(fèi)電子應(yīng)用等領(lǐng)域進(jìn)行深度合作。

其中涉及的晶圓代工合作就比較有深意。在該領(lǐng)域,盡管三星代工作為一個(gè)完全獨(dú)立的業(yè)務(wù)部門僅處于第六個(gè)年頭,但就所服務(wù)的客戶而言,它們并不落后于TSMC。盡管專家可能仍然認(rèn)為三星的產(chǎn)量低于其臺(tái)灣競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手,但這家韓國(guó)企業(yè)集團(tuán)正在不斷投資和改善其生產(chǎn)線,明確的目標(biāo)是到2030年超越TSMC。

毫無(wú)疑問(wèn),TSMC也一直在與三星電子激烈競(jìng)爭(zhēng)5納米及以下產(chǎn)品,英特爾也參與了這場(chǎng)戰(zhàn)斗。TrendForce的數(shù)據(jù)顯示,TSMC以去年第四季度確立的52.1%的市場(chǎng)份額(基于銷售額)排名第一,三星電子以18.3%的份額緊隨其后,位居第二。

4、3D NAND競(jìng)爭(zhēng)白熱化

當(dāng)前,各大廠商在NAND層數(shù)堆疊上的競(jìng)爭(zhēng)日趨白熱化。美光、SK海力士、三星等頭部廠商都已突破176層3D NAND技術(shù),進(jìn)入200層以上的堆疊層數(shù)比拼。根據(jù)TrendForce集邦咨詢數(shù)據(jù),隨著110+層閃存芯片的推出,2023年市場(chǎng)總產(chǎn)出的72.5%會(huì)被110+層3D NAND閃存占據(jù)。

1)三星正在加快200層以上NAND閃存的量產(chǎn)步伐,韓國(guó)媒體《Business Korea》曾報(bào)道,三星將在今年底明年初推出200層以上的NAND產(chǎn)品,并計(jì)劃在2023年上半年開始量產(chǎn)。

2)美光科技(Micron Technology)將于今年晚些時(shí)候開始推出下一代3D NAND產(chǎn)品,這是一種232層的工藝,芯片上的密度高達(dá)1tb。Micron負(fù)責(zé)技術(shù)和產(chǎn)品的執(zhí)行副總裁Scott DeBoer透露了未來(lái)十年3D NAND的路線圖,該路線圖顯示將超過(guò)400層。

3)西部數(shù)據(jù)在近期公布的閃存技術(shù)路線圖顯示,其計(jì)劃與合作伙伴鎧俠于2022年底前開始量產(chǎn)162層NAND產(chǎn)品。西數(shù)還透露,2032年之前將陸續(xù)推出300層以上、400層以上與500層以上閃存技術(shù)。

4)SK海力士最新的3D NAND層數(shù)是176層,但其前CEO李錫熙在去年的IEEE國(guó)際可靠性物理研討會(huì)(IRPS)上展望SK海力士產(chǎn)品的未來(lái)計(jì)劃時(shí)曾預(yù)測(cè),未來(lái)有可能實(shí)現(xiàn)600層以上的NAND產(chǎn)品。

5、3nm芯片即將上市

截至2022年3月,量產(chǎn)最先進(jìn)的制造工藝是5nm。據(jù)最新報(bào)道,三星將會(huì)在近幾周內(nèi)啟動(dòng)全球首款基于3納米工藝的大規(guī)模生產(chǎn)。TSMC也表示,其3納米FinFET架構(gòu)將在今年下半年進(jìn)入大規(guī)模生產(chǎn)。在銷售額方面,韓國(guó)三星代工一直落后于全球最大的半導(dǎo)體芯片代工制造商臺(tái)積電。筆者認(rèn)為,三星是想在征服3nm工藝技術(shù)方面超過(guò)TSMC。

通常,工藝節(jié)點(diǎn)數(shù)量越少,晶體管數(shù)量越多。這一點(diǎn)很重要,因?yàn)榫w管數(shù)量越多,芯片就越強(qiáng)大,越節(jié)能。目前,業(yè)界主流工藝技術(shù)是5nm,用于三星Galaxy S22和蘋果iPhone13之類的產(chǎn)品。

因此,隨著晶體管尺寸不斷縮小,預(yù)計(jì)三星將在未來(lái)幾周成為首家推出3nm芯片的代工廠。除了轉(zhuǎn)向下一個(gè)工藝節(jié)點(diǎn),三星還將使用其最新的晶體管設(shè)計(jì),稱為GAA,而預(yù)計(jì)將于2022年下半年開始量產(chǎn)3nm的TSMC仍將使用舊的FinFET設(shè)計(jì)。與FinFET相比,GAA工藝使得芯片功耗降低近一半,同時(shí)性能提高多達(dá)35%,性能提升多達(dá)30%。