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芯片不缺了?MCU、模擬芯片代工費用罕見停漲

2022-04-23
來源:芯世相
關(guān)鍵詞: 芯片 MCU 蘋果

自缺芯潮爆發(fā)以來,成熟制程芯片的需求不斷飆升,導致供需嚴重失衡。MCU、模擬芯片(包括電源管理芯片、驅(qū)動芯片等)、高壓MOS、IGBT等一眾芯片均處于缺貨狀態(tài)。尤其是車用芯片,更是缺貨的重災區(qū),力積電董事長曾發(fā)表“車用電子供應鏈恐慌斷鏈,引發(fā)囤貨,已經(jīng)加劇成熟制程芯片的供需失衡壓力”的言論,蘋果也曾表示“短缺的芯片主要是成熟制程芯片,而非先進制程芯片”。

晶圓代工成熟制程產(chǎn)能大缺,報價也水漲船高,以成熟制程芯片常用的8英寸晶圓為例,2021年,8英寸晶圓代工產(chǎn)能價格調(diào)漲20-40%,業(yè)內(nèi)甚至傳出,IC設計廠商以競標的形式加價,以求得成熟制程的代工產(chǎn)能。

但前段時間,業(yè)內(nèi)傳來消息,稱晶圓代工企業(yè)陸續(xù)通知IC設計客戶,不會再調(diào)升成熟制程的代工價格,這意味著自2020年年底以來,連續(xù)6個季度的成熟制程晶圓代工價格上揚走勢將宣告終結(jié)。有業(yè)內(nèi)人士認為,此舉并不意味著成熟制程晶圓代工產(chǎn)能過剩,緊缺的現(xiàn)象依然持續(xù),如車用相關(guān)的28nm、40nm等成熟制程工藝供給仍十分緊張。那么成熟制程究竟是什么?成熟制程工藝主要制造哪些芯片?這些芯片的市場表現(xiàn)又是怎樣的呢?閱讀本文你將了解:

1.什么是成熟制程?

2.成熟制程制造哪些芯片?

3.成熟制程芯片表現(xiàn)如何?

什么是成熟制程?

提到制程,可能很多半導體小白都是云里霧里,但28nm、7nm這些詞你一定很熟悉,其實這些詞匯說的就是半導體的芯片制程。那么這些數(shù)字到底是什么呢?

在了解這個問題之前,我們要先知道芯片的組成單位是什么?沒錯,就是晶體管,無數(shù)的晶體管組成了我們常見的芯片,而晶體管可以簡單分為源極、柵極、漏級等部分,其中柵極相當于一個通道,主要負責控制兩端源極和漏級的通斷。寬度越窄,意味著功耗也就越低,寬泛的來講,柵極的寬度也就是我們常說的多少納米工藝中的數(shù)值,它決定著晶體管的大小,以及電流通過時的損耗。

其實可以簡單類比一下我們因為疫情居家去小區(qū)口取菜的場景,源極就是你的家,漏級就是你的小區(qū)口,而柵極就是你家到小區(qū)口的距離。因疫情封閉在家的你就相當于電流,當你去小區(qū)口取菜時,電流就會從源極走向漏級,而你家到小區(qū)口這段路就是柵極的寬度,也就是制程節(jié)點。

但晶體管中的柵極寬度顯然沒有家到小區(qū)口這么長,它的距離非常小,通常是以nm為單位,在數(shù)學上,1nm等于0.000000001m,相當于把1米的長度縮小10億倍,看到這里,你是不是對前面的28nm、7nm、5nm等詞匯大概有個概念了。

而半導體制造業(yè)普遍認為,28nm是成熟制程與先進制程的分界線,28nm及以上的制程工藝被稱為成熟制程,28nm以下的制程工藝被稱為先進制程。成熟制程芯片很大部分在8英寸晶圓上生產(chǎn)。

1965年4月,英特爾的創(chuàng)始人之一戈登·摩爾提出了一條定律,既集成電路上可以容納的晶體管數(shù)目,在大約每經(jīng)過18個月便會增加一倍,同時性能也會提升一倍。這就是半導體業(yè)常說的摩爾定律。

根據(jù)英特爾的數(shù)據(jù)統(tǒng)計,1971年的4004處理器上有2300個晶體管,但到了1997年時,公司的Pentiumll處理器上已經(jīng)有750萬個晶體管,26年的時間內(nèi)足足增加了3200倍。而到了現(xiàn)在,蘋果手機所采用的A15芯片的晶體管數(shù)量已經(jīng)達到了150億個,同時性能也越來越強大。根據(jù)晶圓代工龍頭企業(yè)臺積電的制程數(shù)據(jù),可以看出,隨著時間的增加,其制程工藝越來越先進,芯片上容納的晶體管數(shù)量也越來越多。

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來源:臺積電

或許會有很多人認為,隨著先進制程的發(fā)展,成熟制程早晚是要被淘汰的,這么說確實有一定的道理,但卻并不正確,因為先進制程發(fā)展到現(xiàn)在,成熟制程依然有著無法替代的價值。對于很多半導體企業(yè)來說,并不需要7nm、5nm、3nm這樣的先進制程,很多時候28nm的成熟制程就已經(jīng)夠用了,工藝更加成熟,成本也更低。

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上圖是2021年IC Insights給出的數(shù)據(jù),可以看出在2021年里,28nm及以上的成熟制程工藝所制造的芯片,在芯片市場中仍然占有接近50%的份額,即使是到了2024年,其所占份額依然十分巨大。這波“缺芯潮”中缺貨的主要芯片,例如筆電、平板、電視的顯示芯片,或者是汽車、家電里面的電源芯片等等,大多都是使用成熟制程制造的。

據(jù)IHS Markit預測,2025年全球晶圓代工市場規(guī)模將達861億美元,其中成熟制程市場規(guī)模將達431億美元。而近年來,臺積電、三星等多家芯片制造廠商也將成熟制程芯片作為主戰(zhàn)場,紛紛擴產(chǎn),可見成熟制程的市場占比十分巨大,仍有較大發(fā)展空間。

成熟制程里有哪些芯片?

市場表現(xiàn)如何?

成熟制程主要用于制造模擬芯片、MCU、電源管理、數(shù)?;旌稀鞲衅?、射頻芯片、中小容量的存儲芯片等。芯世相整理了部分成熟制程工藝芯片的市場表現(xiàn),如交期、價格、缺貨情況等。

MCU

MCU,即微控制單元,又稱單片微型計算機(單片機),是把CPU的頻率與規(guī)格做適當縮減,并將內(nèi)存、計數(shù)器、USB、A/D轉(zhuǎn)換、PLC等周邊接口整合在單一芯片上,形成的芯片級計算機,為不同的應用場合做不同的組合控制。常用于手機、PC、遙控器、汽車電子、工業(yè)上的馬達、機械手臂的控制等。

從市場份額來看,2021年,MCU的整體銷售額達196億美元,同比增長23%,銷售達309億顆,創(chuàng)歷史新高。IC Insights預測,2022年全球MCU銷售額將繼續(xù)增長10%,達到215億美元,其中,汽車MCU增速將遠超其他應用領(lǐng)域。從價格來看,2021年,受缺芯潮影響,MCU平均售價較2020年上漲了10%,達到了近25年來最大漲幅。

從交期來看,今年2月份MCU的平均交期拉長至35.7周,供應依然十分緊張,短缺程度最為嚴重。其中車用MCU更是供應重災區(qū),資料顯示,2022年Q1僅有瑞薩和賽普拉斯有貨可供,貨期為32-45周,其余如ST、英飛凌、NXP等品牌的汽車MCU均為配貨狀態(tài)。整體來看,無論是交期還是官方價格,均呈現(xiàn)上升趨勢。

但在芯片現(xiàn)貨市場,卻出現(xiàn)了MCU價格回落的現(xiàn)象,如NXP的FS32K144HAT0MLHT已經(jīng)平穩(wěn)降價數(shù)月,3月份市場反映70元左右價格就可以拿到,要知道這顆芯片在去年曾經(jīng)被現(xiàn)貨市場炒到了三四百左右。

自缺芯潮爆發(fā)以來,全球各地疫情、火災、寒潮等天災人禍對MCU的產(chǎn)能造成了嚴重的影響,市場上的缺貨愈演愈烈,價格也開始暴漲。暴漲的拐點出現(xiàn)在2021年四五月份左右,隨著各大廠將產(chǎn)能開始向緊缺的汽車料轉(zhuǎn)移,NXP等品牌的汽車MCU的產(chǎn)能開始逐步緩解,現(xiàn)貨市場上的價格也與去年4月份左右逐步開始降價。

但2022年,ST、NXP、瑞薩等MCU大廠卻集體發(fā)布漲價函,下游的緊張情緒也隨之增加,使2022年的MCU市場更加耐人尋味。Quiksol顯示,近期市場上ST的部分MCU價格仍居高不下,英飛凌的汽車料及MCU的需求也在近期逐步增加,缺貨也更加明顯,NXP的MK系列缺貨也一直沒有得到緩解,如MK10、MK60、MK64更是一貨難求。建議下游可以抓緊備貨,以免再次被缺貨打的措手不及。

模擬IC

模擬IC主要是指由電容、電阻、晶體管等組成的電路集成在一起,用來處理模擬信號的集成電路,包括放大器、接口、射頻芯片、電源管理芯片等。

按照定制化程度劃分,模擬芯片可以分為通用和專用模擬芯片,兩者市場占比接近。從應用角度來看,模擬芯片可以分為兩大類:電源鏈產(chǎn)品和信號鏈產(chǎn)品,具體產(chǎn)品如下:

從市場規(guī)模來看,2021年模擬芯片市場規(guī)模為741億美元,創(chuàng)歷史新高,而據(jù)IC Insights數(shù)據(jù)顯示,2022年模擬電路總銷售額將達832億美元,單位出貨量為2387億顆,同時芯片平均銷售價格將提升1%。根據(jù)Oppenheimer統(tǒng)計,2020年全部模擬IC市場中,電源鏈產(chǎn)品占比最大,為53%,信號鏈產(chǎn)品占比為47%。其代表廠商有TI、ADI、Skyworks、英飛凌、ST、NXP等。

電源管理芯片方面交期最長,如英飛凌、Microchip、NXP、ST、MPS等廠商的部分電源管理芯片在2022年Q1交期高達52周,其中MPS的開關(guān)穩(wěn)壓器已達58周,成為第一季度交期最長的電源管理芯片,瑞薩的部分電源管理芯片交期也已高達50周。此前,國際電子商情Q1采購報告中也顯示,電源管理芯片為2022年Q1緊缺元器件中的主要品類,占Q1緊缺元器件的18%。

信號鏈芯片方面,屬傳感器交期最長,Bosch、英飛凌、Melexis、NXP、安森美、ROHM、Vishay的傳感器交期均高達52周。接口芯片緊隨其后,NXP的接口芯片交期最高達52周,瑞薩的接口芯片交期為50周。

整體來看,除TE Connectivity、ams(艾邁斯)外,其余廠商的模擬芯片產(chǎn)品交期均為上漲狀態(tài),整體價格也呈現(xiàn)上漲趨勢,可見今年首個季度,模擬芯片供應仍無明顯改善。

存儲芯片

存儲芯片,是嵌入式系統(tǒng)芯片的概念在存儲行業(yè)的具體應用,通過在單一芯片中嵌入軟件,實現(xiàn)多功能和高性能,以及對多種協(xié)議、多種硬件和不同應用的支持。

存儲芯片的制程工藝較為特殊,除了中小容量的存儲芯片,其余存儲芯片主要用先進制程工藝制造,幾年前開始,內(nèi)存行業(yè)的制程不再使用確切的數(shù)字,而是用1x、1y、1z表示,存儲芯片制程發(fā)展到1xnm,1ynm,1znm(1x相當于16-19nm,1y相當于14-16nm,1z相當于12-14nm)階段,很難在再進一步縮小,因為隨著制程工藝的提高,到達一定水平后,存儲芯片的穩(wěn)定性會下降,但后續(xù)各廠商又提出了1αnm,1βnm,1γnm等制程工藝,據(jù)美光科技表示,1αnm相當于10nm級別的制程,業(yè)內(nèi)一般認為10nm制程工藝是一個臨界點。如NAND FLASH的制程發(fā)展已經(jīng)達到極限,開始另辟蹊徑從2D轉(zhuǎn)向3D發(fā)展。

存儲芯片可以細分為DRAM、NAND FLASH、NOR FLASH等三大類產(chǎn)品。DRAM早先使用成熟制程制造,但隨著時間發(fā)展,其制程工藝越來越先進,三星、SK海力士、美光等巨頭均進入先進制程制造階段;NAND FLASH方面,16nm先進制程以上的閃存(如28nm)多屬于平面閃存,也被成為“2D NAND FLASH”,巨大的需求推動下,2D NAND FLASH的制程越來越先進,已經(jīng)逼近極限,開始另辟蹊徑從2D轉(zhuǎn)向3D發(fā)展;NOR FLASH的制程工藝則主要集中在成熟制程。而存儲芯片中其余產(chǎn)品占比較小,市占率約為1%,具體分類如下:

從市場規(guī)模來看,2021年,全球存儲芯片的市場達1580億美元,其中市場規(guī)模占比最大的是DRAM(約占56%),其次是NAND FLASH (約占41%)和NOR FLASH(約占2%),其余存儲芯片合計占比為1%。目前全球存儲芯片市場高度集中,代表企業(yè)如韓國的三星、SK海力士,美國的美光、西部數(shù)據(jù),日本的東芝,以及我國的長江存儲、長鑫存儲等企業(yè)。

從交期來看,17個存儲器品牌的交期情況來看中,多數(shù)產(chǎn)品的交期和價格趨勢趨于穩(wěn)定,其中Microchip的EPROM交期最長,達99周,供應相當緊張。其次是三星、Macronix的eMMC,三星的存儲器模塊、PC(商用)DRAM、存儲器模塊、固態(tài)驅(qū)動器(SSD),ST的EEPROM等產(chǎn)品交期,最高達54周。整體來看,存儲器價格和交期較上季度相對穩(wěn)定,部分產(chǎn)品交期,甚至出現(xiàn)回落現(xiàn)象。

閃存市場消息顯示,目前,宏觀經(jīng)濟低迷,全球消費力下滑,低迷的市場需求成為存儲廠商不得不面對的殘酷現(xiàn)實,因此,Q2的存儲市場產(chǎn)品報價將有所下降,業(yè)界紛紛寄希望于Q3恢復成長。

總結(jié)

近年來,為應對成熟制程晶圓產(chǎn)能緊張現(xiàn)象,各大晶圓代工廠均加大對成熟制程產(chǎn)能的投入力度。如臺積電擴建南京廠28nm成熟制程工藝產(chǎn)線,2021年10月,臺積電還宣布在日本熊本縣投資22/28nm制程的晶圓廠;聯(lián)電此前也擴產(chǎn)了廈門、新加坡等地的成熟制程產(chǎn)能;中芯國際也在上海、深圳等地增設了新產(chǎn)線。

據(jù)悉,成熟制程擴產(chǎn)周期一般需要3-6個月左右的時間,屆時,各代工廠的成熟制程產(chǎn)能將陸續(xù)提升?!峨娮訒r報》報道稱,有業(yè)內(nèi)人士預測隨著終端市場需求放緩,成熟制衡產(chǎn)能的短缺將會在2022年下半年緩解,這表明之后代工廠可能面臨成熟制程產(chǎn)能過剩的危機,部分芯片也會過剩。

當然也有人對此提出了疑問,業(yè)界有聲音認為,成熟制程仍呈現(xiàn)供應較為緊張的態(tài)勢,凍漲并不代表產(chǎn)能過剩。雖然近期手機、PC等傳統(tǒng)消費電子市場疲軟,但工控、汽車電子,以及高性能計算、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域,卻恰恰相反,而這些領(lǐng)域也離不開成熟制程制造的芯片。

另外,數(shù)據(jù)顯示,8英寸設備價格一直一路高漲,要知道成熟制程芯片大部分都在8英寸晶圓上生產(chǎn),再聯(lián)想前文中提到的各大代工廠積極擴產(chǎn)成熟制程產(chǎn)能,說不定成熟制程未來仍有調(diào)漲可能,屆時,芯片過剩的情況還可能發(fā)生嗎?




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