來自SEMI的統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，今年，全球用于12吋晶圓廠的投資額有望同比增長13%，創(chuàng)造歷史新紀(jì)錄。而且，由于疫情影響，全球數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)程將加速，這樣，2021年在12吋晶圓廠上的投資將在今年的基礎(chǔ)上再創(chuàng)新高，預(yù)計(jì)同比增長4%，之后的2022 年稍微放緩后，2023年將再創(chuàng)新高，達(dá)到700億美元的規(guī)模。如果市場(chǎng)真如SEMI預(yù)測(cè)那樣發(fā)展的話，那么在接下來的三年里，全球半導(dǎo)體制造市場(chǎng)將迎來一個(gè)新的發(fā)展高潮。
圖：2013至2024 年12吋晶圓廠設(shè)備支出走勢(shì)（圖源：SEMI）
在晶圓廠數(shù)量方面，SEMI表示，排除低可能性或謠傳的晶圓廠建設(shè)，保守估計(jì)，2020年至 2024年至少新增38座12吋晶圓廠，其中，中國臺(tái)灣增加11座，中國大陸增加8座，兩地區(qū)合計(jì)占總數(shù)的一半。預(yù)計(jì)2024年12吋晶圓廠總數(shù)將達(dá)到161座，晶圓廠月產(chǎn)能有望增長180萬片（wpm），達(dá)到700萬片以上。
近幾年，雖然中國大陸在12吋晶圓廠建設(shè)方面出現(xiàn)了不少泡沫，但總體增長的勢(shì)頭，特別是市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)能的需求量一直是剛性增長。在這種情況下，中國大陸產(chǎn)能占全球比重將快速增長，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年的市占率僅為8%，而到2024年將增至20%，月產(chǎn)能也將達(dá)150萬片。SEMI認(rèn)為，盡管非中國公司在這一波增長中占很大一部分，不過中國企業(yè)組織也正加速投資，相關(guān)企業(yè)今年占中國大陸產(chǎn)能約43%，2022年將達(dá)到50%，2024則有望升至60%。
與中國大陸相比，日本在全球12吋晶圓產(chǎn)能比重持續(xù)下降，2015年約占19%，2024年將跌至12%；美洲也將從2015年的13%，跌至2024年的10%。SEMI認(rèn)為，韓國將成為最具發(fā)展?jié)摿Φ氖袌?chǎng)，投資額在150億至190億美元之間，緊隨其后的中國臺(tái)灣投資額約為140億至170億美元，中國大陸為110億至130億美元。
涉及到具體的芯片產(chǎn)品，12吋晶圓廠最大資本支出依然會(huì)用在存儲(chǔ)芯片（DRAM和3D NAND）上，預(yù)計(jì)2020到2023年的實(shí)際和預(yù)測(cè)投資額每年都將以高個(gè)位數(shù)穩(wěn)健增長，2024年幅度有望進(jìn)一步擴(kuò)大到10%。另外，用于邏輯芯片/MPU和MCU的投資在2021到2023年也將穩(wěn)步提高，特別值得關(guān)注的是功率器件，用在該類產(chǎn)品的投資增長幅度在2021年有望超過200%，而2022和2023年也將保持兩位數(shù)的增長率。
以上談的是全球12吋晶圓廠及其產(chǎn)能的市場(chǎng)狀況和發(fā)展態(tài)勢(shì)。當(dāng)下，不只是12吋，8吋晶圓廠和產(chǎn)能狀況也非常惹人關(guān)注，因?yàn)槭袌?chǎng)需求出現(xiàn)了前所未有的高漲，一點(diǎn)兒不遜于12吋的行情。
以往，8吋晶圓被認(rèn)為是落后產(chǎn)線，更關(guān)注12吋晶圓產(chǎn)線的建設(shè)和量產(chǎn)。然而，就是這一比12吋晶圓“古老”多年的產(chǎn)品，8吋晶圓芯片產(chǎn)能從2018年起，就處于明顯不足的狀況，而從2019年和即將過去的2020年來看，8吋晶圓產(chǎn)能依然很緊張，特別是在中國大陸地區(qū)，在多條12吋產(chǎn)線上馬的情況下，似乎有些忽視了8吋晶圓產(chǎn)能問題。總體來看，無論是IDM，還是晶圓代工廠，8吋晶圓產(chǎn)能在我國大陸地區(qū)一直都很緊俏，產(chǎn)能利用率相當(dāng)高。
出現(xiàn)這種狀況的原因主要是市場(chǎng)對(duì)模擬芯片的需求量一直在提升，電源管理、功率器件、CMOS圖像傳感器、MEMS傳感器、RF收發(fā)器、PA、濾波器，ADC、DAC等等，大都投產(chǎn)在8吋晶圓產(chǎn)線里。
SEMI預(yù)計(jì)，2019~2022年，全球8吋晶圓產(chǎn)量將增加70萬片，增加幅度為14%，其中，MEMS和傳感器相關(guān)產(chǎn)能約增加25%，功率器件產(chǎn)能預(yù)估將提高23%。據(jù)SEMI統(tǒng)計(jì)，2019年的15個(gè)新晶圓廠建設(shè)計(jì)劃中，約有一半是8吋的。
圖：全球8吋（200mm）晶圓廠產(chǎn)能預(yù)估（來源：SEMI）
正因?yàn)槭袌?chǎng)需求如此強(qiáng)勁，未來幾年對(duì)8吋晶圓產(chǎn)能的需求不斷提升，為了滿足需求，新的產(chǎn)線建設(shè)陸續(xù)上馬，這說明目前的產(chǎn)能無法完全滿足供給需求。那么，8吋晶圓產(chǎn)能為何仍滿足不了應(yīng)用需求呢？原因是多方面的。
首先，當(dāng)然是模擬芯片應(yīng)用需求強(qiáng)勁，特別是隨著物聯(lián)網(wǎng)、5G及新能源汽車的逐步落地，對(duì)功率器件（以IGBT和MOSFET為主）的需求相當(dāng)強(qiáng)勁，而這也給了8吋晶圓更多的商業(yè)機(jī)遇。
其次，8吋晶圓代工產(chǎn)能與交期一直都比較緊張。主要晶圓代工廠的8吋線產(chǎn)能普遍緊張，而且，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，但因產(chǎn)能有限，這些IDM通常會(huì)將訂單外包給晶圓代工廠代工，同時(shí)，在從6吋轉(zhuǎn)向8吋過程中，部分IDM的主要產(chǎn)能專注于12吋線，沒有額外增添8吋線，這樣就不得不將8吋產(chǎn)品外包。因此，大部分IDM擴(kuò)產(chǎn)幅度比需求增長幅度低，外包的比例會(huì)越來越高，這樣就加劇了晶圓代工廠訂單供不應(yīng)求的局面。
再有，相關(guān)設(shè)備供給不足（很多設(shè)備廠都已經(jīng)不再出產(chǎn)8吋晶圓加工設(shè)備了，因此，這些年全球、特別是中國大陸地區(qū)的二手8吋晶圓設(shè)備很受歡迎）、8吋硅片產(chǎn)量受限等，也都是形成整體市場(chǎng)產(chǎn)能吃緊的原因。
12吋與8吋晶圓，到底誰更香？
目前，硅晶圓的主力是8吋和12吋的，然而，早些年，6吋（150mm）晶圓曾一度統(tǒng)治市場(chǎng)，6吋廠于1980年開始生產(chǎn)，當(dāng)時(shí)主要是英特爾在推動(dòng)其發(fā)展，在那之前，4吋還是市場(chǎng)主力軍。8吋晶圓廠在1990年開始快速增長，當(dāng)時(shí)是以IBM與西門子合作生產(chǎn)64位DRAM為代表，而12吋晶圓廠從2000年后開始穩(wěn)定增長。
產(chǎn)能方面，8吋晶圓在1998年超過6吋晶圓產(chǎn)能并在2007年達(dá)到頂峰，2008年，12吋晶圓產(chǎn)能超過8吋的，8吋晶圓產(chǎn)能在2008年到2009年間下降，但仍為增長趨勢(shì)。
1995年，全球8吋晶圓廠的數(shù)量為70個(gè)，到2007年達(dá)到歷史最高峰的200個(gè)，到2015年底又降至180個(gè)，1999到2018年間，全球總共關(guān)閉了76家8吋晶圓廠，在2008-2009年金融危機(jī)期間，多數(shù)8吋晶圓廠關(guān)閉或轉(zhuǎn)型到12吋晶圓廠。這主要是因?yàn)榫A尺寸越大，可利用效率越高。12吋晶圓擁有較大的晶方使用面積，得以達(dá)到效率最佳化，相對(duì)于8吋晶圓而言，12吋的可使用面積超過兩倍，具有更好的成本效益。
除了前文給出的SEMI統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)之外，下面再來看另一組數(shù)據(jù)，來自IC Insights的統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)顯示，2018-2021年間，全球范圍內(nèi)可量產(chǎn)的12吋晶圓廠每年都會(huì)增加，到2021年，將達(dá)到123家，而這一數(shù)字在2016年為98家，基本上所有新建設(shè)的晶圓廠都將用來生產(chǎn)目前急缺的DRAM、閃存，或者增強(qiáng)現(xiàn)有的代工能力。截至2016年底，12吋晶圓貢獻(xiàn)了全球IC晶圓廠產(chǎn)能的63.6%，預(yù)計(jì)到2021年底這一數(shù)字將達(dá)到71.2%，在這5年內(nèi)，以硅片面積計(jì)算的年復(fù)合平均增長率達(dá)到8.1%。
2008到2016年期間，總共有15座晶圓廠從8吋轉(zhuǎn)型為12吋的。與8吋晶圓相比，12吋的本來已經(jīng)體現(xiàn)出了明顯優(yōu)勢(shì)。然而，從2016年開始，8吋晶圓廠關(guān)閉的速度開始減緩，而近兩年的市況似乎進(jìn)一步拉近了它們之間的距離。無論是產(chǎn)能需求，還是新廠建設(shè)，或是舊廠拆除、改造等，8吋線似乎煥發(fā)了第二春。
總體來看，無論從總體表面積，還是實(shí)際晶圓出貨量來看，12吋晶圓都是現(xiàn)在使用的主力晶圓尺寸。盡管如此，8吋晶圓廠仍然具備相當(dāng)長的生命力。到2021年，8吋晶圓的IC生產(chǎn)能力預(yù)計(jì)仍將保持增長態(tài)勢(shì)，以可用硅片總面積計(jì)算，年均復(fù)合增長率預(yù)計(jì)為1.1%。