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,我們梳理出五個重要的內(nèi)容,其將圍繞半導(dǎo)體市場環(huán)境、晶圓廠的狀況、半導(dǎo)體產(chǎn)能和制造工藝來進行闡述。

1、Fab廠建設(shè)創(chuàng)歷史新高

半導(dǎo)體制造業(yè)的變化,離不開市場需求、晶圓廠資產(chǎn)狀況、半導(dǎo)體產(chǎn)能及產(chǎn)品設(shè)計尺寸。根據(jù)近期ICInsight、SEMI分析機構(gòu)數(shù)據(jù)顯示,今年的全球半導(dǎo)體總銷售額可能達到創(chuàng)紀錄的6807億美元,并預(yù)計至2030年,這一數(shù)字有望突破萬億美元關(guān)口。

受半導(dǎo)體強大增長動能驅(qū)動,晶圓代工擴產(chǎn)充能。SEMI數(shù)據(jù)顯示,2021年至2023年的Fab建設(shè)投資達到歷史新高,僅2022年支出就增長14%,達到近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)來源/SEMI)

圖1數(shù)據(jù)顯示,全球運營中的晶圓廠主要分布:美國有70家,中國有66家,歐洲和中東有61家,日本有63家,韓國27家,東南亞地區(qū)21家,中國臺灣65家。由于臺積電、英特爾、三星和Globalfoundries之間的軍備競賽,這個數(shù)字在未來幾年還會增加。

2、汽車缺IC何時解？

自2020年下半年以來,半導(dǎo)體短缺問題變得十分嚴重,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)品的短缺問題將在2023年才能結(jié)束。

英飛凌新上任的首席運營官Rutger Wijburg就曾表示,為了應(yīng)對工業(yè)細分市場半導(dǎo)體的短缺,其已經(jīng)計劃將加速擴大產(chǎn)能,并現(xiàn)在只接受交貨時間長的訂單。就目前而言,12個月的交貨時間都很正常,18個月或更長時間也不罕見。

另據(jù)臺媒最新報道,用于服務(wù)器的電源管理IC的供應(yīng)仍然緊張。受今年晚些時候新處理器的推出推動,部分電源管理IC供應(yīng)商都在為預(yù)計的服務(wù)器需求激增做好準備。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,國際半導(dǎo)體廠商的交期已經(jīng)高達20-24周,個別廠商交期已高達40-52周。

3、三星Intel結(jié)盟PK臺積電

全球半導(dǎo)體企業(yè)營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)體廠商會怎么看或怎么應(yīng)對該聯(lián)盟呢?據(jù)5月30日韓聯(lián)社消息稱,三星計劃與英特爾在下一代存儲IC、邏輯IC、晶圓代工以及消費電子應(yīng)用等領(lǐng)域進行深度合作。

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完全獨立的業(yè)務(wù)部門僅處于第六個年頭,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為三星的產(chǎn)量低于其臺灣競爭對手,但這家韓國企業(yè)集團正在不斷投資和改善其生產(chǎn)線,明確的目標是到2030年超越TSMC。

毫無疑問,TSMC也一直在與三星電子激烈競爭5納米及以下產(chǎn)品,英特爾也參與了這場戰(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競爭白熱化

當前,各大廠商在NAND層數(shù)堆疊上的競爭日趨白熱化。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年市場總產(chǎn)出的72.5%會被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,韓國媒體《Business Korea》曾報道,三星將在今年底明年初推出200層以上的NAND產(chǎn)品,并計劃在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1tb。Micron負責技術(shù)和產(chǎn)品的執(zhí)行副總裁Scott DeBoer透露了未來十年3D NAND的路線圖,該路線圖顯示將超過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國際可靠性物理研討會(IRPS)上展望SK海力士產(chǎn)品的未來計劃時曾預(yù)測,未來有可能實現(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)最先進的制造工藝是5nm。據(jù)最新報道,三星將會在近幾周內(nèi)啟動全球首款基于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)將在今年下半年進入大規(guī)模生產(chǎn)。在銷售額方面,韓國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積電。筆者認為,三星是想在征服3nm工藝技術(shù)方面超過TSMC。

通常,工藝節(jié)點數(shù)量越少,晶體管數(shù)量越多。這一點很重要,因為晶體管數(shù)量越多,芯片就越強大,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)計三星將在未來幾周成為首家推出3nm芯片的代工廠。除了轉(zhuǎn)向下一個工藝節(jié)點,三星還將使用其最新的晶體管設(shè)計,稱為GAA,而預(yù)計將于2022年下半年開始量產(chǎn)3nm的TSMC仍將使用舊的FinFET設(shè)計。與FinFET相比,GAA工藝使得芯片功耗降低近一半,同時性能提高多達35%,性能提升多達30%。