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預(yù)計(jì) 2018 年晶圓代工業(yè)務(wù)將實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定增長(zhǎng)，但增長(zhǎng)背后存在若干挑戰(zhàn)。
在全球晶圓代工巨頭方面，GlobalFoundries、Intel、Samsung 和 TSMC 正在從 16nm / 14nm 向 10nm / 7nm 節(jié)點(diǎn)遷移。分析師表示，英特爾已經(jīng)遇到了一些困難，因?yàn)檫@家芯片巨頭從 2017 年下半年至 2018 年上半年剛推出了新的 10nm 制程。此外時(shí)間也將會(huì)證明其他芯片制造商是否會(huì)在 10/7nm 節(jié)點(diǎn)下完成平穩(wěn)或粗糙的過(guò)渡。
不僅如此，另外幾家代工廠也正在抓緊推出 22nm 工藝，不過(guò)目前這種技術(shù)的需求前景不算很明朗。重要的是，代工廠商看到了 8 英寸晶圓的巨大需求，然而 2018 年，8 英寸晶圓的需求依舊很短缺。
盡管如此，這個(gè)行業(yè)也沒(méi)有想象的那么悲觀，據(jù) Semico Research 的分析師 Joanne Itow 透露，代工業(yè)務(wù)預(yù)計(jì)繼續(xù)保持穩(wěn)定增長(zhǎng)（2018 年將比 2017 年增長(zhǎng) 8％）。這與 2017 年的增長(zhǎng)預(yù)測(cè)完全一致。
“增長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)因素包括人工智能、汽車和傳感器，”分析師說(shuō)：“盡管智能手機(jī)銷量的增長(zhǎng)速度已經(jīng)放緩，但智能手機(jī)的 BOM 仍然是代工業(yè)務(wù)中最重要的部分。其中包括傳感器、處理器、圖像傳感器、無(wú)線和模擬射頻?！?/p>
代工廠也在關(guān)注高性能計(jì)算、電力電子甚至加密貨幣的增長(zhǎng)。中國(guó)市場(chǎng)是最值得關(guān)注的，許多代工廠都在擴(kuò)大或建造新的晶圓廠。
根據(jù)研究公司 TrendForce 的數(shù)據(jù)，在全球晶圓代工市場(chǎng)中，臺(tái)積電繼續(xù)占主導(dǎo)地位（2017 年占有 55.9％的份額）。根據(jù)該公司的數(shù)據(jù)，GlobalFoundries 排在第二位，聯(lián)電，三星，中芯，TowerJazz，力晶，先鋒，華虹和東部緊隨其后。
圖 1：按收入排名前十的代工廠商（三星，力晶的數(shù)據(jù)屬于預(yù)估）。來(lái)源：TrendForce
更多數(shù)據(jù)
世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計(jì)公司（WSTS）最近預(yù)測(cè)，2017 年半導(dǎo)體市場(chǎng)將達(dá)到 4090 億美元，比 2016 年增長(zhǎng) 20.6％。收入增長(zhǎng)是由于 DRAM 平均銷售價(jià)格的上漲。以及對(duì)于模擬，閃存和邏輯的強(qiáng)勁需求。
WSTS 預(yù)計(jì) 2018 年 IC 產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)將達(dá)到 4370 億美元，比 2017 年增長(zhǎng) 7％。根據(jù) VLSI Research 的統(tǒng)計(jì)，2018 年 IC 總體預(yù)計(jì)增長(zhǎng) 7.1％，而 2017 年為 12.8％。
多年來(lái)，IC 產(chǎn)業(yè)一直圍繞著摩爾定律（晶體管密度每 18 個(gè)月翻一番）處于不斷變化中。根據(jù)這個(gè)定律，芯片制造商每 18 個(gè)月就會(huì)推出一項(xiàng)新工藝，表面上是為了降低晶體管的成本。
目前來(lái)看，摩爾定律仍然是可行的，不過(guò)它正在經(jīng)歷新的發(fā)展。每經(jīng)歷一個(gè)新的節(jié)點(diǎn)，流程成本和復(fù)雜性都在急劇上升，因此，一個(gè)完全擴(kuò)展的節(jié)點(diǎn)節(jié)奏已經(jīng)從 18 個(gè)月延長(zhǎng)到 2.5 年或更長(zhǎng)的時(shí)間。此外，更少的代工業(yè)務(wù)客戶能負(fù)擔(dān)起往高級(jí)節(jié)點(diǎn)躍遷的能力。根據(jù) Gartner 的數(shù)據(jù)，一款 16nm/14nm 芯片的芯片設(shè)計(jì)成本約為 8000 萬(wàn)美元，28nm 芯片的芯片設(shè)計(jì)成本為 3000 萬(wàn)美元。相比之下，設(shè)計(jì)一個(gè) 7nm 芯片則要花費(fèi) 2.71 億美元。
和以往一樣，手機(jī)仍是芯片業(yè)的最大市場(chǎng)。根據(jù) IC Insights 的數(shù)據(jù)，手機(jī) IC 銷售占 IC 市場(chǎng)總收入的 25％，預(yù)計(jì) 2018 年將達(dá)到 973 億美元，比 2017 年增長(zhǎng) 8％。 該機(jī)構(gòu)還認(rèn)為，個(gè)人電腦相關(guān)芯片是第二大 IC 市場(chǎng)，預(yù)計(jì) 2018 年將增長(zhǎng) 5％，達(dá)到 726 億美元。
其他市場(chǎng)增速更為驚人。例如，汽車 IC 銷售額預(yù)計(jì)在 2018 年將增長(zhǎng) 16％，達(dá)到 324 億美元; 到 2018 年，與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的 IC 銷售額將增長(zhǎng) 16％，達(dá)到約 168 億美元。
圖 2：IC 領(lǐng)域的市場(chǎng)增長(zhǎng)情況（以十億美元計(jì)）。數(shù)據(jù)來(lái)源 IC Insights
“越來(lái)越多的客戶正在重新定義他們的產(chǎn)品組合，以適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)、汽車市場(chǎng)，”UMC 美國(guó)銷售副總裁 Walter Ng 說(shuō)：“就拿汽車領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，信息娛樂(lè)、數(shù)據(jù)安全和先進(jìn)操作功能的進(jìn)步，正在增加對(duì) MCUs 的需求，其集成了嵌入式非易失性存儲(chǔ)器、RF 元件和 MEMS 傳感器。
Walter Ng 還表示：“在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，我們看到了許多不同類型的設(shè)備，但主要關(guān)注的焦點(diǎn)似乎是將 MCU 與多協(xié)議通信集成在一起的 IC，包括 Wi-Fi，藍(lán)牙甚至 Zigbee。我們也看到了企業(yè)對(duì)家庭自動(dòng)化的巨大興趣?！?/p>
考慮到這些增長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)因素，代工廠商必須開發(fā)更多不同的工藝來(lái)滿足客戶日益增長(zhǎng)的需求。 GlobalFoundries 首席技術(shù)官 Gary Patton 表示：“一個(gè)技術(shù)平臺(tái)能滿足從高端 IBM z 系統(tǒng)（大型機(jī)）一直到電池供電的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，這顯然是不切實(shí)際的。”
為了滿足這些需求，晶圓廠必須每年增加他們的資本支出和研發(fā)支出。但是只有少數(shù)的晶圓廠有開發(fā)多種技術(shù)的資源。規(guī)模較小的公司當(dāng)然也是可行的，不過(guò)他們對(duì)市場(chǎng)必須更專一。
除了研發(fā)資本的支出，還有一些晶圓代工廠需要面對(duì)的挑戰(zhàn)：
?經(jīng)濟(jì)和政治問(wèn)題可能影響電子行業(yè)。
?低迷的需求和庫(kù)存問(wèn)題往往會(huì)在第一季度出現(xiàn)，這可能會(huì)在隨后的季度中持續(xù)存在。
?集成電路業(yè)務(wù)正在進(jìn)行一波并購(gòu)活動(dòng)。整合的結(jié)果則是代工廠商的客戶群縮減。
?硅片的可用性令人擔(dān)憂。在多年的供應(yīng)過(guò)剩之后，硅片供應(yīng)商看到了新的需求。但是，供應(yīng)商并沒(méi)有對(duì)新工廠進(jìn)行投資，許多公司已經(jīng)提高了價(jià)格。
?封裝測(cè)試供應(yīng)鏈?zhǔn)蔷A廠的另一個(gè)問(wèn)題。對(duì)芯片需求的上升導(dǎo)致了制造能力、各種封裝類型甚至一些設(shè)備的短缺。
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10nm/7nm，22nm 工藝技術(shù)的遷移
到 2018 年，英特爾預(yù)計(jì)將增長(zhǎng) 10 納米投入。此外，GlobalFoundries，三星和臺(tái)積電將開始出貨各自的 7nm finFET 工藝產(chǎn)品。 三星還宣布了各種半節(jié)點(diǎn)產(chǎn)品。
節(jié)點(diǎn)名稱很混亂。 簡(jiǎn)而言之，Intel 的 10nm 技術(shù)大致相當(dāng)于其他晶圓廠的 7nm 節(jié)點(diǎn)。
無(wú)論如何,節(jié)點(diǎn)遷移是具有挑戰(zhàn)性的。 例如，一些芯片制造商花費(fèi)比預(yù)期更長(zhǎng)的時(shí)間從平面節(jié)點(diǎn)遷移到 16nm/14nm。在 16nm/14nm 工藝中，許多供應(yīng)商轉(zhuǎn)向下一代稱為 FinFET 的晶體管類型。在 FinFET 中，對(duì)電流的控制是通過(guò)在鰭的三側(cè)面上的柵極來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
圖 3：FinFET 與平面。 來(lái)源：Lam Research
一般而言，F(xiàn)inFET 解決了短溝道效應(yīng)和其他縮放問(wèn)題，但是該技術(shù)制造起來(lái)更困難且成本更高。
舉個(gè)例子：英特爾本應(yīng)在 2017 年下半年發(fā)布 10 納米 FinFET 工藝，但最近的進(jìn)度有所下滑。投資銀行公司晨星（Morningstar）分析師 Abhinav Davuluri 在最近的一次采訪中表示：“英特爾 10nm FinFET 工藝看起來(lái)像是被推遲到了 18 年上半年。 “這可能是遭遇了一系列的問(wèn)題。但是，他們解決 14 納米工藝問(wèn)題的時(shí)間，在 10nm 工藝基本上是成倍增加。因?yàn)楝F(xiàn)在你正在做自對(duì)齊的四軸模式，而不是雙模式。它需要更多的步驟和更好的功能尺寸，顯然這兩個(gè)問(wèn)題是相互矛盾的?！?/p>
從時(shí)間上來(lái)看，GlobalFoundries，三星和臺(tái)積電在 7nm 將面臨類似的問(wèn)題。 Gartner 分析師 Samuel Wang 表示：“三家代工廠似乎都在取得良好的進(jìn)展。”
Samuel Wang 預(yù)計(jì)，在 2018 年 7nm 工藝將有一個(gè)較大的增長(zhǎng)，但在短期內(nèi)，根本不能與 10nm 抗衡。預(yù)計(jì)在 2017 年，10nm 將產(chǎn)生價(jià)值 50 億美元的業(yè)務(wù)。相比之下，預(yù)計(jì)到 2018 年，7nm 的銷售額將從 25 億美元增至 30 億美元。
那么隨著時(shí)間的推移，7nm 將如何發(fā)展呢？“這是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，”GlobalFoundries 的 Patton 說(shuō)。“有一些客戶在更積極地布局到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。其他人則會(huì)緩慢跟進(jìn)?！?/p>
根據(jù) Patton 的說(shuō)法，7nm 將會(huì)是一個(gè)長(zhǎng)壽的節(jié)點(diǎn)。FinFET 將會(huì)有很多延伸，有很大的擴(kuò)展空間。
臺(tái)積電表示，7nm 節(jié)點(diǎn)可能會(huì)達(dá)到 28nm 一樣的成就。 “7nm 的最初應(yīng)用是高端應(yīng)用處理器和高性能計(jì)算。我們預(yù)計(jì)到 2018 年底，將會(huì)有超過(guò) 50 次流片，“臺(tái)積電聯(lián)席首席執(zhí)行官兼總裁 C. C. Wei 在最近一次電話會(huì)議上表示。
然而，并非所有的代工廠客戶都是世界領(lǐng)先廠商。雖說(shuō)許多公司正在開發(fā)新的芯片，并正在探索遷移到 16nm/14nm 甚至更遠(yuǎn)的想法。但是許多公司都停留在 28 納米節(jié)點(diǎn)以上，因?yàn)樗麄儫o(wú)法承受先進(jìn)節(jié)點(diǎn)的高昂 IC 設(shè)計(jì)成本。
為填補(bǔ)市場(chǎng)空白，GlobalFoundries，英特爾，臺(tái)積電和聯(lián)電正在開發(fā)一種新的 22 納米工藝。 22 納米比 28 納米更快，芯片開發(fā)成本低于 16 納米 /14 納米。
然則并不是所有的 22nm 技術(shù)都一樣。例如，GlobalFoundries 正在準(zhǔn)備 22 納米 FD-SOI 技術(shù)。臺(tái)積電和聯(lián)電正在開發(fā) 22 納米大容量 CMOS 工藝。而 Intel 則采用了新的低功耗 22nm FinFET 技術(shù)。
從此以后，客戶必須權(quán)衡各種選項(xiàng)。 “這取決于你在什么空間，”GlobalFoundries 的 Patton 說(shuō):“如果你專注于高性能，并且正在嘗試制造大型芯片，那么你會(huì)選擇 FinFET。如果你期望芯片體積小，而且成本和功耗達(dá)到了平衡，那么你就可以沿著 FD-SOI 路徑走下去。
大容量 CMOS 工藝也是一種選擇，聯(lián)電正在開發(fā)一個(gè) 22nm 制程，用于 RF、毫米波和其他應(yīng)用。“這個(gè)工藝能提供性能和成本的最佳組合，”聯(lián)電的專業(yè)技術(shù)部門的副總裁 Raj Verma 說(shuō)。
盡管如此，在未來(lái)許多晶圓廠客戶仍將堅(jiān)持使用 28nm。Gartner 公司的 Wang 說(shuō)：“28 納米級(jí)技術(shù)提供了速度，功耗和成本的最佳組合，其將繼續(xù)保持良好的需求，28nm 晶圓代工年收入可達(dá) 100 億美元?！?/p>
那么，22nm 會(huì)起飛嗎？“是的，因?yàn)?22 納米是 28 納米的延伸，”Wang 說(shuō)。“它提供了更好的性能和密度?！?/p>
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8 英寸晶圓的熱潮
在過(guò)去兩年中，由于某些芯片的需求激增，集成電路產(chǎn)業(yè)在 8 英寸晶圓廠產(chǎn)能方面嚴(yán)重短缺。
2018 年，8 英寸供應(yīng)量仍將保持緊俏，12 英寸的供應(yīng)預(yù)計(jì)也將遵循類似的路徑?！?018 年將是 8 英寸技術(shù)供應(yīng)緊張的第三年，”聯(lián)電的 Ng 說(shuō)?！半S著 12 英寸技術(shù)能力開始跟進(jìn)，我們看到客戶采購(gòu)戰(zhàn)略開始變得更具戰(zhàn)略意義?！?/p>
一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)典型的 8 英寸晶圓廠每月生產(chǎn)大約 4 萬(wàn)片晶圓，生產(chǎn)的芯片從 6 微米到 65nm 不等。Ng 說(shuō):“傳統(tǒng)的 MCUs、功率分立器件、PMICs、指紋傳感器和顯示屏驅(qū)動(dòng)的晶片仍然比現(xiàn)有的需求更大?！?/p>
總而言之，8 英寸的需求將會(huì)持續(xù)一段時(shí)間，這促使芯片制造商尋找新的創(chuàng)造性的方法來(lái)應(yīng)對(duì)產(chǎn)能緊縮。例如，芯片制造商已經(jīng)將一些設(shè)備從 8 英寸轉(zhuǎn)移到 12 英寸廠。12 英寸晶圓廠已經(jīng)能生產(chǎn)出高端芯片。
Ng 表示：“12 英寸技術(shù)預(yù)計(jì)將會(huì)向更高的利用率邁進(jìn)。傳統(tǒng)的 12 英寸工藝主要由電源管理，指紋傳感器和顯示驅(qū)動(dòng) IC 等應(yīng)用驅(qū)動(dòng)，而更主流的 12 英寸需求則由 MCU，無(wú)線通信和存儲(chǔ)應(yīng)用驅(qū)動(dòng)?！?/p>
在成熟的節(jié)點(diǎn)上，晶圓廠能夠提供專業(yè)的工藝，如模擬、雙極性 CMOS-DMOS（BCD）、MEMS、混合信號(hào)、電源管理和 RF。
如今，由于 5G 和汽車的出現(xiàn)，專業(yè)代工業(yè)務(wù)正在復(fù)興。電力電子和無(wú)線仍然是增長(zhǎng)型市場(chǎng)。 Ng 表示：“聯(lián)電在 BCD 電源管理應(yīng)用方面正處于增長(zhǎng)階段，受全球新能源的驅(qū)動(dòng)，這將需要更完整，安全和可用的電源管理解決方案。
同時(shí)，汽車市場(chǎng)仍然是整體晶圓代工廠商的一小部分業(yè)務(wù)，但該領(lǐng)域正在快速增長(zhǎng)。因此，代工廠正爭(zhēng)相在競(jìng)技場(chǎng)上擴(kuò)大業(yè)務(wù)。
GlobalFoundries 汽車副總裁 Mark Granger 表示：“過(guò)去幾年，我們開始看到一個(gè)真正的拐點(diǎn)，你可以開始看到車輛中的半導(dǎo)體含量開始增長(zhǎng)。隨著 ADAS 的加入，這些增長(zhǎng)尤其明顯?！?/p>
一般來(lái)說(shuō)，該汽車領(lǐng)域分為五個(gè)主要領(lǐng)部分：車身，連接性，融合 / 安全性，信息娛樂(lè)和動(dòng)力傳動(dòng)系。
晶圓廠在所有領(lǐng)域都看到了芯片的需求。有些領(lǐng)域會(huì)發(fā)展更快?！霸谄?、安全系統(tǒng)和電力列車的電氣化方面，這些領(lǐng)域正在驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體發(fā)展?！?TowerJazz 射頻 / 高性能模擬部門高級(jí)副總裁兼總經(jīng)理 Marco Racanelli 如是說(shuō)。
代工廠商也在加緊推進(jìn)先進(jìn)的駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）和自動(dòng)駕駛技術(shù)。 ADAS 涉及汽車中的各種安全功能，如自動(dòng)緊急制動(dòng)和車道檢測(cè)。
豪華車已經(jīng)包含了許多 ADAS 功能。而現(xiàn)在的目標(biāo)是將這些安全功能納入中級(jí)和入門級(jí)車型。這而背后將與成本有關(guān)，需要一些時(shí)間來(lái)進(jìn)行推進(jìn)。盡管如此，全自動(dòng)駕駛的出現(xiàn)還是要等好幾個(gè)年頭，甚至幾十年。
除了汽車之外，5G 對(duì) OEM、設(shè)備制造商和代工廠來(lái)說(shuō)也是另一個(gè)潛在的大市場(chǎng)。 5G 是當(dāng)前 4G、LTE 的無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)的后續(xù)產(chǎn)品。它將使數(shù)據(jù)傳輸速率超過(guò) 10Gbps，或者說(shuō)是 LTE 的 100 倍吞吐量。
如果 5G 起飛，該技術(shù)將推動(dòng)基礎(chǔ)設(shè)施和手機(jī)新芯片的發(fā)展。TowerJazz 公司的 Racanelli 說(shuō)：“更快，更多的移動(dòng)數(shù)據(jù)需求正在推動(dòng)對(duì)超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心和云計(jì)算中心擴(kuò)展的迫切需求，并將為手機(jī) 5G 系統(tǒng)創(chuàng)造未來(lái)的機(jī)會(huì)。
Racanelli 說(shuō):“數(shù)據(jù)中心需要從電源管理到高速光纖前端的更專業(yè)級(jí)半導(dǎo)體，5G 系統(tǒng)將會(huì)讓射頻前端變得更加復(fù)雜，需要更多的 RF-soi 開關(guān)、過(guò)濾器和放大器。最后，5G 還包括一個(gè) 28GHz 的頻段，我們的客戶和合作伙伴已經(jīng)在先進(jìn)的 SiGe 中創(chuàng)建了 12Gb/s 的連接?！?/p>
然而，聯(lián)電的 Ng 表示：“短期內(nèi)，有關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施將如何發(fā)展，以支持目前定義的 Wi-Fi 和 6GHz 以下頻段的路由器和智能手機(jī)等產(chǎn)品的 5G 無(wú)線電頻率仍存在疑問(wèn)。 5G 基礎(chǔ)設(shè)施部署需要很長(zhǎng)時(shí)間才能為普通公眾使用?！?/p>
中國(guó)市場(chǎng)的機(jī)遇
中國(guó)市場(chǎng)對(duì)晶圓廠商來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的機(jī)遇，中芯國(guó)際和其他中國(guó)代工廠正繼續(xù)擴(kuò)張。國(guó)外廠商聯(lián)電已經(jīng)在中國(guó)建立了一個(gè)新的 12 英寸晶圓廠。 GlobalFoundries，TowerJazz 和臺(tái)積電正在中國(guó)建設(shè)新工廠。
晶圓代工業(yè)務(wù)不僅會(huì)為多國(guó) IC 制造商生產(chǎn)芯片，而且還會(huì)為越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)無(wú)晶圓廠設(shè)計(jì)公司提供芯片。 據(jù) TrendForce 統(tǒng)計(jì)，2017 年中國(guó) IC 設(shè)計(jì)行業(yè)收入預(yù)計(jì)將增長(zhǎng) 22％。 根據(jù)研究公司的數(shù)據(jù)，到 2018 年，增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)將維持在 20％左右。
TrendForce 研究總監(jiān) Jeter Teo 表示：“這一增長(zhǎng)將歸功于物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)，其中 AI 和 5G 解決方案也將推動(dòng)擴(kuò)張的勢(shì)頭?！捌渌麢C(jī)會(huì)將來(lái)自新興應(yīng)用，如用于指紋和面部識(shí)別的生物傳感器、雙攝和 AMOLED?！?/p>
圖 4：中國(guó) IC 設(shè)計(jì)行業(yè)的增長(zhǎng)情況 來(lái)源：TrendForce
圖 5：中國(guó)半導(dǎo)體 Fab 設(shè)計(jì)公司按營(yíng)收排名 來(lái)源：TrendForce
盡管業(yè)內(nèi)密切關(guān)注著中國(guó)的半導(dǎo)體行業(yè)，其實(shí)我們也應(yīng)該關(guān)注中國(guó)在應(yīng)用領(lǐng)域的努力。SEMI 中國(guó)公司總裁 Lung Chu 表示，中國(guó)正在追求 5G、工業(yè) 4.0、智能電網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展。在某些地區(qū)，中國(guó)的發(fā)展速度比世界其他地區(qū)都快。
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