近來(lái)，多家媒體報(bào)道，晶圓代工產(chǎn)能供不應(yīng)求，以臺(tái)積電為首的代工廠(chǎng)第四季訂單全滿(mǎn)，然而車(chē)用芯片訂單近期大幅釋出并尋求晶圓代工廠(chǎng)支援，導(dǎo)致產(chǎn)能吃緊情況更為嚴(yán)重，后段封測(cè)廠(chǎng)同樣出現(xiàn)訂單塞車(chē)排隊(duì)情況。

　　尤其是8（200mm）英寸晶圓，受新冠疫情影響，全球在家辦公、在線(xiàn)教育增多，筆記本電腦、平板類(lèi)產(chǎn)品需求增長(zhǎng)，從而拉動(dòng)驅(qū)動(dòng)IC及其他半導(dǎo)體產(chǎn)品需求增長(zhǎng)，再加上華為在禁令生效前大舉拉貨，代工廠(chǎng)協(xié)商產(chǎn)能，中小企業(yè)訂單延后。在多重因素疊加的形勢(shì)下，全球8英寸晶圓產(chǎn)能十分緊張。

　　然而與這種火熱程度不匹配的是，近年來(lái)，8英寸晶圓廠(chǎng)和產(chǎn)線(xiàn)數(shù)量的正在逐漸下滑，看起來(lái)像是要慢慢凋零，12英寸（300mm）晶圓廠(chǎng)的擴(kuò)張及高端工藝制程的突破更是為此提供了強(qiáng)有力的佐證。

　　12英寸晶圓廠(chǎng)擴(kuò)張情況 （左軸：設(shè)備支出；2020~2023 為預(yù)測(cè)值）

　　資料來(lái)源：AnySilicon，國(guó)盛證券研究所

　　這其中涉及到哪些因素？30年來(lái)，8英寸晶圓廠(chǎng)到底經(jīng)歷了怎樣的變化？都值得我們深究。

　　8英寸晶圓的30年

　　眾所周知，在摩爾定律驅(qū)動(dòng)下，芯片晶圓尺寸由 6英寸→8英寸→12英寸演變。晶圓面積越大，所能生產(chǎn)的芯片就越多，即降低成本又提高良率。但相比于12英寸晶圓，8 英寸固定成本低、達(dá)到成本效益生產(chǎn)量要求較低、技術(shù)成熟等特點(diǎn)被應(yīng)用于功率器件、MEMS、電源管理芯片等特色工藝芯片的制作，與 12英寸形成互補(bǔ)。

　　晶圓尺寸發(fā)展歷史  來(lái)源：《矽龍：臺(tái)灣半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的傳奇》

　　8英寸的生產(chǎn)業(yè)者通常為IDM和Foundry。傳統(tǒng)IC市場(chǎng)可以分成領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)和成熟產(chǎn)品兩類(lèi)，對(duì)應(yīng)12英寸與8英寸生產(chǎn)線(xiàn)各占半壁江山。在前者，芯片制造商通常以16nm/14nm制程標(biāo)準(zhǔn)，在12英寸晶圓廠(chǎng)生產(chǎn)芯片，但并非所有芯片都需求高級(jí)節(jié)點(diǎn)，模擬芯片、MEMS傳感器、MCU等芯片可以在8英寸及以下更小晶圓廠(chǎng)所生產(chǎn)。

　　1990年IBM聯(lián)合西門(mén)子建立第一個(gè)8寸晶圓廠(chǎng)之后，一度成為業(yè)內(nèi)先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，8寸晶圓廠(chǎng)迅速增加，1995 年即達(dá)到70座，在2007年達(dá)到頂峰——200座，產(chǎn)能也達(dá)到560萬(wàn)片/月的歷史高點(diǎn)。之后全球金融危機(jī)爆發(fā)，全球8英寸產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)能的持續(xù)擴(kuò)充才告一段落。

　　全球8寸晶圓廠(chǎng)產(chǎn)能合計(jì)及晶圓廠(chǎng)數(shù)目 數(shù)據(jù)來(lái)源：SEMI

　　金融危機(jī)來(lái)臨后，8英寸晶圓廠(chǎng)數(shù)目及產(chǎn)能快速收縮，雖然2009年整體產(chǎn)能有所恢復(fù)，但受12英寸晶圓廠(chǎng)產(chǎn)能快速釋放的擠壓，8英寸產(chǎn)能并未恢復(fù)到前期高點(diǎn)且在2010-2014年整體產(chǎn)能也未發(fā)生明顯改變。到2015年時(shí)僅剩 178 條。

　　2015年是8英寸晶圓廠(chǎng)重新爆發(fā)的元年。隨著物聯(lián)網(wǎng)體系逐漸成熟鋪開(kāi)，隨處可見(jiàn)的智能產(chǎn)品不僅帶來(lái)了MCU的需求，而且?guī)?lái)了電源芯片、指紋識(shí)別產(chǎn)品的增長(zhǎng)，同時(shí)工業(yè)、汽車(chē)電子應(yīng)用需求也大幅攀升，這些產(chǎn)品恰好也對(duì)應(yīng)8英寸晶圓廠(chǎng)做對(duì)應(yīng)的領(lǐng)域，8英寸產(chǎn)品線(xiàn)供需出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)。

　　根據(jù)Semico Research的數(shù)據(jù)觀點(diǎn)，這一供求現(xiàn)象在2015年底出現(xiàn)顯著變化，在以往被認(rèn)為成熟和落后制程的8英寸晶圓線(xiàn)產(chǎn)品的訂單需求不斷增加，這些芯片可以在較舊的8英寸晶圓廠(chǎng)中生產(chǎn)，但因?yàn)闆](méi)有對(duì)8英寸晶圓廠(chǎng)的持續(xù)投資，芯片制造商的產(chǎn)能已經(jīng)不能滿(mǎn)足需求。于是，從2016年到2018年，8英寸晶圓廠(chǎng)產(chǎn)能已售罄。

　　另外，在2010~2016年間，約超過(guò)20座6英寸晶圓廠(chǎng)關(guān)閉，如分立器件、功率器件、MEMS、模擬芯片等產(chǎn)品需求切換至8英寸晶圓，額外的加重了8英寸產(chǎn)能的負(fù)擔(dān)。

　　饒是如此，鑒于8 寸晶圓廠(chǎng)由于運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，設(shè)備老舊，同時(shí)12寸晶圓廠(chǎng)資本支出規(guī)模巨大，部分廠(chǎng)商仍然在這些年中逐漸關(guān)閉了8寸晶圓廠(chǎng)，設(shè)備廠(chǎng)商也停止生產(chǎn)8寸設(shè)備。目前 8 寸設(shè)備主要來(lái)自二手市場(chǎng)，多來(lái)來(lái)自從8英寸向12英寸升級(jí)的內(nèi)存廠(chǎng)商，如三星和海力士，目前舊設(shè)備市場(chǎng)資源逐漸枯竭，因此2014年后8寸晶圓設(shè)備較為緊缺，其中蝕刻機(jī)、光刻機(jī)、測(cè)量設(shè)備最難獲得。

　　全球晶圓制造設(shè)備資本支出 數(shù)據(jù)來(lái)源：SEMI

　　根據(jù)智研咨詢(xún)發(fā)布的資料顯示，以中國(guó)半導(dǎo)體市場(chǎng)為例，除了中芯國(guó)際，華虹在起步階段購(gòu)買(mǎi)不少新設(shè)備之外，其余的大部分廠(chǎng)都是以二手設(shè)備為主。如和艦在建造第一條生產(chǎn)線(xiàn)時(shí)除了光刻機(jī)從Nikon購(gòu)買(mǎi)有限幾臺(tái)之外，其余設(shè)備包括CMP、刻蝕及測(cè)量設(shè)備大部分從美國(guó)LSILogic購(gòu)買(mǎi)。臺(tái)積電松江廠(chǎng)也是首先從臺(tái)灣轉(zhuǎn)移舊設(shè)備至大陸，然后適當(dāng)補(bǔ)充部分設(shè)備，包括新及舊設(shè)備。

　　以2013年為例，當(dāng)時(shí)全球半導(dǎo)體二手設(shè)備市場(chǎng)占整個(gè)設(shè)備市場(chǎng)的比例約為6%左右。具體從二手設(shè)備的構(gòu)成來(lái)看，8英寸晶圓廠(chǎng)是二手設(shè)備需求的主要來(lái)源，8英寸晶圓廠(chǎng)占整個(gè)二手設(shè)備采購(gòu)比例約為53%，該數(shù)值在2014年達(dá)到81%。

　　二手設(shè)備是8寸晶圓廠(chǎng)設(shè)備投資中的主力 數(shù)據(jù)來(lái)源：SEMI

　　面對(duì)中下游旺盛的需求，盡管各8英寸晶圓廠(chǎng)商擴(kuò)產(chǎn)意愿較為強(qiáng)烈，但由于市場(chǎng)中新關(guān)閉的8英寸晶圓廠(chǎng)十分有限，因此二手設(shè)備市場(chǎng)供給量下滑態(tài)勢(shì)并未得到改觀，根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前二手設(shè)備市場(chǎng)庫(kù)存量較2017年并未有明顯變化。

　　因此，2018、2019年開(kāi)始出現(xiàn)8英寸晶圓產(chǎn)能緊缺的情況，主要是手機(jī)多攝像頭、指紋等帶動(dòng)CMOS圖像傳感器、指紋識(shí)別芯片等需求提升。到2020年，5G手機(jī)、汽車(chē)、物聯(lián)網(wǎng)等滲透率快速提升，使得功率、電源管理、功率器件等需求大增，再加上“疫情”驅(qū)動(dòng)在家辦公、在線(xiàn)教育等需求增加，使得筆記本、平板等電子產(chǎn)品需求增長(zhǎng)，從而拉動(dòng)驅(qū)動(dòng)IC芯片、分離式元件及其他半導(dǎo)體元件需求增長(zhǎng)。

　　當(dāng)然更深入的原因是，8英寸轉(zhuǎn)向12英寸生產(chǎn)線(xiàn)并不容易。12英寸晶圓廠(chǎng)進(jìn)入門(mén)檻高，參與廠(chǎng)家數(shù)量較少，此前中芯國(guó)際建立上海12英寸晶圓廠(chǎng)投資金額數(shù)量可知，12英寸晶圓廠(chǎng)要求代工企業(yè)廠(chǎng)房潔凈室清潔度及設(shè)備的設(shè)計(jì)精密度要求很高，初期投資及后續(xù)研發(fā)投入巨大，百億美元方能達(dá)到有效競(jìng)爭(zhēng)水平，因此，盡管12英寸晶圓市場(chǎng)高速增長(zhǎng)，但直接參與競(jìng)爭(zhēng)的企業(yè)數(shù)量少。

　　代表先進(jìn)制程的12英寸晶圓廠(chǎng)主要面對(duì)產(chǎn)品是精密制程的電子產(chǎn)品，留給65nm及以上制程的空間并不多，因?yàn)?2英寸廠(chǎng)的投資金額巨大也導(dǎo)致同樣產(chǎn)品代工費(fèi)用的高昂，而成本的大幅提升，這是對(duì)價(jià)格敏感的成熟制程產(chǎn)品所不希望看到的。同時(shí)，產(chǎn)品制程尺寸的減少，會(huì)導(dǎo)致漏電量的增加，因此電源電池類(lèi)應(yīng)用制程通常會(huì)選擇8英寸產(chǎn)品，其他例如MEMS感應(yīng)器、LED照明等產(chǎn)品線(xiàn)上，8英寸的相對(duì)優(yōu)勢(shì)也較大。

　　8英寸晶圓強(qiáng)勢(shì)回歸

　　然而，對(duì)晶圓廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，擴(kuò)建或者新建8英寸晶圓廠(chǎng)也非易事。

　　首先是設(shè)備難尋，正如前文所言，大部分8英寸設(shè)備通過(guò)二手購(gòu)入，如今越來(lái)越稀少。此外，8英寸設(shè)備的工藝分界線(xiàn)原來(lái)在90nm，現(xiàn)階段已經(jīng)上移至65nm等，導(dǎo)致8英寸生產(chǎn)線(xiàn)的投資金額大幅上升。

　　瑕不掩瑜，8英寸晶圓產(chǎn)業(yè)鏈的上中下游都呈現(xiàn)出滿(mǎn)載狀態(tài)。有限的供給和旺盛的多元化需求，大大提高行業(yè)的價(jià)值鏈變化，讓市場(chǎng)開(kāi)始重新審視8英寸晶圓線(xiàn)的投資與價(jià)值。

　　目前已有不少?gòu)S商開(kāi)始擴(kuò)建8英寸晶圓廠(chǎng)或擴(kuò)充產(chǎn)能。

　　具體到今年來(lái)看，不久前，外媒報(bào)道，針對(duì)8英寸產(chǎn)能供不應(yīng)求的局面，全球排名第二的晶圓代工廠(chǎng)三星電子正考慮針對(duì)旗下的8英寸晶圓廠(chǎng)進(jìn)行自動(dòng)化擴(kuò)建投資，以提高生產(chǎn)效率。

　　三星不是個(gè)例，近幾年，包括臺(tái)積電、聯(lián)電、世界先進(jìn)、中芯國(guó)際和華虹半導(dǎo)體在內(nèi)的廠(chǎng)商，都在想各種辦法擴(kuò)充8英寸晶圓代工產(chǎn)能。

　　臺(tái)積電于2018年12月宣布在臺(tái)南廠(chǎng)區(qū)新建8英寸晶圓廠(chǎng)。這是2003年在上海松江8英寸廠(chǎng)成立后，臺(tái)積電15年來(lái)第一次新建8英寸廠(chǎng)。一直以來(lái)，臺(tái)積電將一些8英寸產(chǎn)能外包給了世界先進(jìn)。

　　在2019年，格羅方德宣布將購(gòu)買(mǎi)紐約州馬爾他鎮(zhèn)的一處土地用作建設(shè)先進(jìn)的8英寸晶圓廠(chǎng)，以應(yīng)未來(lái)成長(zhǎng)需求。

　　最近幾年，聯(lián)電在大陸的產(chǎn)能擴(kuò)充動(dòng)作頻頻，特別是位于蘇州的8英寸廠(chǎng)和艦，接單越來(lái)越多，據(jù)悉，和艦月產(chǎn)能已從前年的6.4萬(wàn)片，去年底達(dá)到7.7萬(wàn)片。日前，外媒指出，援引市場(chǎng)消息人士的透露報(bào)道稱(chēng)，聯(lián)電在考慮收購(gòu)閑置且成熟的8英寸晶圓廠(chǎng)。在報(bào)道中，外媒提到的聯(lián)華電子高管，現(xiàn)任聯(lián)席總裁簡(jiǎn)山傑透露聯(lián)華電子正在尋求收購(gòu)閑置且成熟的8英寸晶圓廠(chǎng)。

　　看向國(guó)內(nèi)大陸地區(qū)，中芯國(guó)際也表示，受惠于訂單強(qiáng)勁，預(yù)計(jì)在今年內(nèi)于天津、上海、深圳三個(gè)8英寸晶圓生產(chǎn)基地增加3萬(wàn)片/月的產(chǎn)能。在12寸晶圓方面，中芯國(guó)際預(yù)計(jì)增加2萬(wàn)片/月產(chǎn)能。

　　華虹半導(dǎo)體擁有3座8英寸晶圓廠(chǎng)，2019年月產(chǎn)能由17.4萬(wàn)片增至20.1萬(wàn)片8英寸等值晶圓，產(chǎn)能利用率為91.2%。2020年市場(chǎng)需求好于預(yù)期，華虹半導(dǎo)體8英寸產(chǎn)能利用率已到達(dá)100%，12英寸產(chǎn)能利用率不斷上升。

　　SEMI報(bào)告稱(chēng)，新工廠(chǎng)8英寸的產(chǎn)能中，37%將專(zhuān)用于替換工廠(chǎng)，24%專(zhuān)用于內(nèi)存，17%專(zhuān)用于微處理器。物聯(lián)網(wǎng)是未來(lái)的8英寸容量需求市場(chǎng)。

　　除了物聯(lián)網(wǎng)，自動(dòng)駕駛也將是傳感器的一個(gè)重要應(yīng)用。自驅(qū)動(dòng)不僅推動(dòng)了對(duì)傳感器的需求，也推動(dòng)了對(duì)功率半導(dǎo)體的需求，這將推動(dòng)8英寸晶圓產(chǎn)能的消耗。

　　未來(lái)，包括IGBT和場(chǎng)效應(yīng)晶體管在內(nèi)的功率半導(dǎo)體的使用將大大增加。這將推動(dòng)8英寸晶圓的市場(chǎng)需求。此外，NOR Flash存儲(chǔ)器也是消耗8英寸生產(chǎn)能力的方向之一。目前大部分內(nèi)存市場(chǎng)具有12英寸芯片生產(chǎn)能力，部分NOR Flash主要使用8英寸芯片。

　　18英寸晶圓去哪了？

　　在30 年后的今天，8英寸晶圓市場(chǎng)展現(xiàn)出越來(lái)越火熱的趨勢(shì)，這與不斷追求先進(jìn)工藝的半導(dǎo)體市場(chǎng)似乎不太符合。按照一貫的流程，目前早已是12英寸晶圓的天下，而18（450mm）英寸晶圓也應(yīng)該開(kāi)始量產(chǎn)了。

　　畢竟在幾年前，包括 G450C（英特爾、臺(tái)積電、Globalfoundries、IBM、三星以及美國(guó)紐約州立大學(xué)理工學(xué)院的研發(fā)專(zhuān)案 Global 450 Consortium ）成員在內(nèi)的主要芯片廠(chǎng)商都積極推動(dòng) 18英寸晶圓設(shè)備能最快在2018年就能于晶圓廠(chǎng)裝機(jī)。

　　但事實(shí)上，該組織已經(jīng)在2016年底悄悄地逐漸停止運(yùn)作，成員廠(chǎng)商的結(jié)論是目前的時(shí)機(jī)不適合邁入可選擇的第二階段計(jì)劃。短短幾年前還在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)界被熱烈討論的 18 英寸晶圓，目前似乎已經(jīng)失去了背后的推動(dòng)力，至少在目前看來(lái)如此。

　　“18英寸晶圓議題可能會(huì)繼續(xù)沉寂 5~10 年；”市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu) VLSI Research 的執(zhí)行長(zhǎng)暨資深半導(dǎo)體設(shè)備分析師 G. Dan Hutcheson 表示：“也許它會(huì)起死回生，端看半導(dǎo)體設(shè)備業(yè)者是否會(huì)達(dá)成共識(shí)。”

　　有從業(yè)者認(rèn)為，這是18英寸晶圓產(chǎn)線(xiàn)發(fā)展上遇到了資金和技術(shù)的雙重壓力，導(dǎo)致晶圓廠(chǎng)向18英寸產(chǎn)線(xiàn)轉(zhuǎn)進(jìn)的速度急劇放緩，半導(dǎo)體公司紛紛轉(zhuǎn)向努力增加12英寸和8英寸晶圓線(xiàn)的利用率。

　　雖然18 寸晶圓世代是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)一定要驅(qū)動(dòng)的方向，但當(dāng)中面臨的技術(shù)障礙比預(yù)期高，可能導(dǎo)致量產(chǎn)時(shí)程延后，目前全球有能力進(jìn)入 18英寸晶圓世代的半導(dǎo)體廠(chǎng)很少。

　　同時(shí)，半導(dǎo)體廠(chǎng)要降低生產(chǎn)成本可透過(guò)制程微縮或增加晶圓尺寸，由于制程微縮已見(jiàn)瓶頸，尤其10納米以下難度大增，目前似乎只有增加晶圓尺寸來(lái)擴(kuò)大產(chǎn)出，進(jìn)而降低成本，盡管從12英寸轉(zhuǎn)至18英寸晶圓面積可多出 1.25 倍，但因?yàn)橥度胙邪l(fā)和蓋廠(chǎng)費(fèi)用飆升，估計(jì)一座12英寸廠(chǎng)成本約 25 億美元，但 18英寸廠(chǎng)要 100 億美元起跳，讓廠(chǎng)商躊躇不前。

　　當(dāng)然，一些半導(dǎo)體大廠(chǎng)如英特爾曾宣布投資 41 億美元，入股最關(guān)鍵的微影設(shè)備大廠(chǎng) ASML ，第一階段的研發(fā)重點(diǎn)是 450mm Lithography 技術(shù)，將分 5 年投入 6.8 億美元，加上普通股投資約 21 億美元取得 10%股權(quán)，而第二階段則是 EUV Lithography 技術(shù)開(kāi)發(fā)，同樣也分為 5 年，約投入 10.2 億美元做技術(shù)研發(fā)，另外投資 10 億美元取得 5%股權(quán)。臺(tái)積電、三星電子對(duì) ASML 也有類(lèi)似的策略性投資。

　　總結(jié)

　　8英寸晶圓的再度火熱似乎給半導(dǎo)體行業(yè)帶來(lái)了一個(gè)重新審視工藝的機(jī)會(huì)，畢竟靠此賺的盆滿(mǎn)缽滿(mǎn)的聯(lián)電在成熟制程方面賭贏了一把。

　　總體來(lái)說(shuō)，雖然追逐先進(jìn)制程是永恒的主題，但是老瓶裝新酒的8英寸晶圓廠(chǎng)依然有巨大的潛力可挖。