2021年新冠疫情告一段落，半導(dǎo)體行業(yè)開(kāi)始陷入衰退。
NHK新聞報(bào)道稱(chēng)，豐田、電裝、索尼集團(tuán)、NTT、NEC、軟銀、鎧俠、三菱日聯(lián)銀行等八家公司成立了一家新的半導(dǎo)體公司“Rapidus”。據(jù)報(bào)道， 2027年，將在2nm工藝節(jié)點(diǎn)量產(chǎn)先進(jìn)邏輯半導(dǎo)體。
筆者聽(tīng)到這個(gè)消息后退縮了，心想這已經(jīng)不是什么令人憤慨的事了。因?yàn)檫@是一個(gè)“不可能完成的任務(wù)”。
第一，2nm邏輯半導(dǎo)體誰(shuí)設(shè)計(jì)，誰(shuí)開(kāi)發(fā)工藝，誰(shuí)量產(chǎn)？投資公司中有兩家半導(dǎo)體制造商。但是，生產(chǎn) CMOS 圖像傳感器的索尼將要附加到傳感器的邏輯半導(dǎo)體的生產(chǎn)外包給臺(tái)積電。此外，生產(chǎn)NAND閃存的鎧俠將SSD存儲(chǔ)設(shè)備所必需的控制器的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)外包。它仍然由臺(tái)積電生產(chǎn)。
也就是說(shuō)，聚集在Rapidus的8家公司中，并不包括有能力設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)邏輯半導(dǎo)體的半導(dǎo)體廠商。而在日本，九代以前只有40nm級(jí)別的工程師。Rapidus 打算在哪里以及如何聚集工程師來(lái)開(kāi)發(fā) 2nm？
01
難以部署和處理 EUV
決定性的問(wèn)題在于，2nm邏輯半導(dǎo)體量產(chǎn)所必需的尖端EUV（極紫外）曝光設(shè)備（以下簡(jiǎn)稱(chēng)EUV）無(wú)法立即獲得，即使獲得也非常困難。很難處理。EUV 只能由荷蘭的 ASML 生產(chǎn)，尖端半導(dǎo)體制造商的需求量很大，聽(tīng)說(shuō)目前有 100 臺(tái)的等待名單。Rapidus 還表示，EUV 將在兩年后，即 2024 年底上市。
此外，掌握EUV相當(dāng)困難。目前領(lǐng)先的臺(tái)積電在2018年實(shí)踐了100萬(wàn)張EUV曝光，2019年首次量產(chǎn)7nm＋孔EUV。之后，2020年推出了將EUV應(yīng)用于布線的5nm，但目前3nm的推出舉步維艱。
三星電子因?yàn)榫A代工廠規(guī)模小，所以租下了龐大的DRAM廠的一部分來(lái)練習(xí)EUV曝光30萬(wàn)到40萬(wàn)張，但似乎還不夠，7nm和5nm的良率也很低。更糟糕的是，它傳聞3nm這邊的尖端已經(jīng)無(wú)藥可救了，他們正在為2nm修煉。
2021年推出EUV的Intel，聽(tīng)說(shuō)計(jì)劃在2022年首次應(yīng)用EUV的技術(shù)節(jié)點(diǎn)“Intel 4”生產(chǎn)的處理器“Meteor Lake”開(kāi)局不佳，出貨量2023年也比較可疑。（此事與本文主題直接相關(guān)。）
就這樣，領(lǐng)先的半導(dǎo)體制造商都在努力推出使用 EUV 的尖端半導(dǎo)體。在這種情況下，無(wú)論怎么想，對(duì)于只有40nm水平能力的日本來(lái)說(shuō)，跨過(guò)32nm、28nm、22nm、16／14nm、10nm、7nm、5nm、3nm并開(kāi)始大量研制都是不合適的。
02
關(guān)于Rapidus筆者想說(shuō)的很多（比如2nm是干什么用的？），但是這篇文章的主題不是Rapidus。這不是一個(gè)夢(mèng)幻般的故事，而是要應(yīng)對(duì)擺在面前迫在眉睫的半導(dǎo)體衰退。
事實(shí)上，筆者淡淡地想到了最近半導(dǎo)體需求的下降，說(shuō)：“關(guān)于經(jīng)濟(jì)衰退，經(jīng)濟(jì)衰退有很多大驚小怪，但無(wú)論如何不會(huì)有什么大不了的，筆者相信它會(huì)很快恢復(fù)?！?然而，當(dāng)筆者分析 2022 年 11 月上旬到達(dá)的世界半導(dǎo)體市場(chǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) （WSTS） 的數(shù)據(jù)時(shí)，筆者的臉色變得蒼白。當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)衰退有可能與雷曼兄弟沖擊一樣嚴(yán)重，甚至更糟。在這篇文章中，筆者想討論細(xì)節(jié)。
03
全球半導(dǎo)體出貨量和出貨量
圖2顯示了世界半導(dǎo)體的季度出貨值和出貨數(shù)量，出貨金額和出貨數(shù)量將在2021年下半年達(dá)到峰值。
圖2：世界半導(dǎo)體季度出貨值和出貨量（至2022年Q3）
來(lái)源：作者根據(jù)WSTS數(shù)據(jù)制作
從2015年開(kāi)始的擴(kuò)張來(lái)看，可以看到出貨量將在2021年第三季度（Q3）達(dá)到峰值，出貨量將在同年第四季度達(dá)到峰值（圖3）。但此后的下跌似乎并沒(méi)有那么糟糕。
圖3：世界半導(dǎo)體季度出貨額和出貨量（2015－2022 Q3）
來(lái)源：作者根據(jù)WSTS數(shù)據(jù)制作
看圖4所示的3個(gè)月移動(dòng)平均同比增長(zhǎng)率，確實(shí)2022年9月的出貨數(shù)量為－5．8％，出貨金額為－2．8％，較之前有所下降年。它沒(méi)有像當(dāng)時(shí)那樣下跌超過(guò)負(fù) 30％。筆者認(rèn)為這沒(méi)什么大不了的。
05
按類(lèi)型分列的半導(dǎo)體季度出貨量
當(dāng)筆者繪制按類(lèi)型劃分的半導(dǎo)體季度出貨值圖表時(shí)，筆者感到非常驚訝（圖 5）。包括DRAM和NAND在內(nèi)的Mos Memory大跌。就Mos Memory而言，跌幅比雷曼沖擊還要慘。也可能比存儲(chǔ)器泡沫破滅時(shí)更糟糕。
回顧2015年之后的這段時(shí)間，內(nèi)存泡沫也被稱(chēng)為“超級(jí)周期”，從2016年Q2開(kāi)始，2018年Q3見(jiàn)頂，2019年Q1觸底（圖6）。不過(guò)，觸底的2019年Q1的Mos Memory出貨值并未跌至2016年Q2的水平。如紅色波浪線所示，Mos Memory有一定的增長(zhǎng)潛力，恰好落在了增長(zhǎng)潛力的延伸上。
在需求崩潰的情況下并非如此。由于新冠特殊需求，增長(zhǎng)從2020年Q4開(kāi)始，2021年Q3見(jiàn)頂，2022年Q2－Q3急劇回落。2022 年第三季度的出貨量下降到與新冠特殊需求開(kāi)始時(shí)的 2020 年第四季度幾乎相同的水平。就像內(nèi)存泡沫破滅的時(shí)候，不是在某個(gè)增長(zhǎng)率的延伸上，而是已經(jīng)跌破那個(gè)了。而在 2022 年第四季度之后，它可能會(huì)進(jìn)一步下降。
在 Mos Memory 之外，Mos Micro 分別在 2021 年第四季度和 Logic 在 2022 年第二季度達(dá)到頂峰。畢竟，在 2022 年第三季度，Analog 是唯一一家增長(zhǎng)的公司。
06
按類(lèi)型分列的半導(dǎo)體季度出貨量
接下來(lái)，按類(lèi)型查看半導(dǎo)體的季度出貨。雖然沒(méi)有出貨量那么多，但Mos Memory的跌幅似乎是最嚴(yán)重的。另外，Logic和Mos Micro都已經(jīng)見(jiàn)頂，和出貨量一樣，只有Analog在增長(zhǎng)。
看2015年以后的擴(kuò)張，Mos Memory在2021年Q3見(jiàn)頂，Mos Micro在同年Q4見(jiàn)頂，Logic在2022年Q2見(jiàn)頂，只有Analog在階梯式增長(zhǎng)。
據(jù)報(bào)道，許多半導(dǎo)體的短缺問(wèn)題已經(jīng)得到解決，導(dǎo)致供過(guò)于求，但只有車(chē)載半導(dǎo)體的短缺問(wèn)題沒(méi)有得到解決。缺失的車(chē)載半導(dǎo)體似乎是Analog，唯一繼續(xù)增長(zhǎng)的。該模擬包括傳感器和功率半導(dǎo)體。這些仍然短缺，人們認(rèn)為汽車(chē)的產(chǎn)量正在持續(xù)下降。
下面重點(diǎn)關(guān)注Mos Memory中的DRAM和NAND，出貨量和出貨數(shù)量都出現(xiàn)了暴跌。
圖 9 顯示了 DRAM 出貨價(jià)值和出貨量的季度趨勢(shì)。這張圖讓筆者思考。2022 年第三季度出貨量的急劇下降是可以理解的。但是，沒(méi)想到連出貨量都降得這么厲害。
DRAM的出貨量有以下歷史背景。首先，它從 1991 年到 2003 年左右略有增加。然而，從2003年到2011年，出貨量增長(zhǎng)迅速。這是因?yàn)橹袊?guó)等被稱(chēng)為金磚四國(guó)的發(fā)展中國(guó)家實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)發(fā)展，PC、手機(jī)和各種電子產(chǎn)品對(duì)DRAM的需求迅速擴(kuò)大。
不過(guò)，從2011年到2018年，每季度DRAM出貨量穩(wěn)定在40億顆左右。這是因?yàn)楹芏喱F(xiàn)有的DRAM廠商已經(jīng)被淘汰，而自從爾必達(dá)內(nèi)存在2012年破產(chǎn)被美國(guó)美光科技收購(gòu)后，DRAM廠商基本上就是三星、SK海力士和美光了。相信這是由于合并公司。筆者推測(cè)，這3家公司在合并的基礎(chǔ)上進(jìn)行了生產(chǎn)調(diào)整，導(dǎo)致DRAM出貨數(shù)量趨于平穩(wěn)。
不過(guò)，自2019年以來(lái)，DRAM出貨量逐年上升，達(dá)到約55億顆。直到 2014 年左右，DRAM 的主要用途是用于 PC。2015年后，手機(jī)（即智能手機(jī)）成為DRAM的主角。預(yù)計(jì)2022年后，服務(wù)器用DRAM將取代移動(dòng)設(shè)備，成為DRAM的主戰(zhàn)場(chǎng)。
事實(shí)上，根據(jù) Business Korea 于 2022 年11 月 2 日發(fā)布的“服務(wù)器 DRAM 成為三星電子和 SK 海力士的搖錢(qián)樹(shù)”，到 2022 年服務(wù)器 DRAM將達(dá)到 684．86 億千兆比特，而移動(dòng) DRAM 將達(dá)到 662．72 億千兆比特。據(jù)報(bào)道，已超出使用范圍。
隨著DRAM的主戰(zhàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)向服務(wù)器用，三星、SK海力士、美光放棄“暗中勾結(jié)”，開(kāi)始爭(zhēng)奪服務(wù)器用量霸主地位。因此，人們認(rèn)為2019年后DRAM的出貨量會(huì)有所增加。
作為這一點(diǎn)的證據(jù)，如圖 11所示，在內(nèi)存衰退期間或新冠風(fēng)暴期間，DRAM 出貨量并未顯著減少。但是，從2022年第二季度（53．35億件）到第三季度（44．84億件），在新冠特殊需求崩潰后，將減少8．51億件。這讓筆者很吃驚。正因?yàn)槿绱?，筆者開(kāi)始認(rèn)為當(dāng)前半導(dǎo)體行業(yè)的衰退可能與雷曼兄弟沖擊一樣嚴(yán)重，甚至更糟。
08
NAND 季度出貨量和單位
顯示了季度 NAND 出貨價(jià)值和出貨量。與 DRAM 一樣，2022 年 Q2 到 Q3 出貨量和出貨量都將大幅下降。然而，與 DRAM 不同的是，NAND 出貨量在 2021 年第三季度見(jiàn)頂，目前已經(jīng)開(kāi)始大幅下滑。
來(lái)看看從 1991 年第一季度到 2022 年第三季度的 NAND 出貨量。從 2003 年左右到 2016 年左右，NAND 出貨量幾乎呈線性增長(zhǎng)。這是因?yàn)镹AND這種非易失性存儲(chǔ)器相繼開(kāi)辟了新的市場(chǎng)，如數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)、音樂(lè)播放器“iPod”、PC用SSD等。
自2016年以來(lái)，NAND出貨量增長(zhǎng)停滯在30億片左右。筆者認(rèn)為這是因?yàn)?NAND 從這個(gè)時(shí)候開(kāi)始就已經(jīng)變成了 3D。2016年之前，二維微型化提高了存儲(chǔ)單元的集成度，縮小了NAND的芯片面積，增加了單晶圓可獲得的NAND數(shù)量。
不過(guò)，從2016年開(kāi)始，提高存儲(chǔ)單元集成度的方法已經(jīng)從二維小型化轉(zhuǎn)變?yōu)槿S堆疊。NAND層數(shù)因此增加到48、64、96（92）、128（112）、176（162）層，但NAND芯片面積變化不大。因此，自 2016 年以來(lái)，NAND 的出貨量并沒(méi)有太大的增長(zhǎng)。
細(xì)看2015年Q1至2022年Q3期間，NAND出貨量在2016年Q2至2018年Q3波動(dòng)中逐漸增加，隨著內(nèi)存衰退的到來(lái)將大幅減少。內(nèi)存衰退恢復(fù)期間，有新冠動(dòng)蕩，又會(huì)下降。這些下降的行為似乎比 DRAM 的波動(dòng)幅度更大。
2021年Q3，新冠特殊需求結(jié)束，NAND出貨量將見(jiàn)頂，從2022年Q2（30．18億顆）到Q3（23．04億顆）減少7．14億顆。
到目前為止，已經(jīng)分析了由于疫情導(dǎo)致的特殊需求結(jié)束后 DRAM 和 NAND 的行為，特別關(guān)注出貨量。對(duì)于這兩種內(nèi)存，2022 年 Q2 到 Q3 的出貨價(jià)值和出貨數(shù)量都在直線下降。那么 DRAM 和 NAND 的價(jià)格如何變化？
圖14顯示了各種類(lèi)型DRAM的合同價(jià)格變化。DDR4＿16G 的價(jià)格從 2021 年 9 月開(kāi)始出現(xiàn)在 DRAM 大宗交易價(jià)格數(shù)據(jù)中，2022 年 10 月從 8．45 美元暴跌至 4．55 美元。另外，2021年12月開(kāi)始貼牌的DDR5＿16G價(jià)格從10．24美元暴跌至5．06美元，跌幅不到一半。
DDR是Double－Data－Rate的縮寫(xiě)，DDR4的傳輸速度是DDR3的兩倍，最新的DDR5的傳輸速度是DDR4的兩倍。
當(dāng)存儲(chǔ)器泡沫破滅時(shí)，那肯定是可怕的。當(dāng)時(shí)作為指標(biāo)的DDR4＿8G（1G x 8）合同價(jià)從2018年8月的8．19美元跌至2019年10月的2．81美元。當(dāng)前新冠特殊需求結(jié)束時(shí)DRAM價(jià)格的下跌可能比內(nèi)存泡沫破滅時(shí)“好”一些，但仍然很糟糕。
10
NAND價(jià)格
圖 15A顯示了筆者可用的所有 NAND 的合同價(jià)格。在NAND合約價(jià)中，SLC的32G、16G不知何故高于MLC（Multi Level Cell）的128G、64G、32G。當(dāng)內(nèi)存泡沫破滅時(shí)，其 SLC 從 2017 年 11 月的 17．78 美元跌至 2019 年 5 月的 9．4 美元。在這次新冠特殊需求結(jié)束時(shí)，它從 2022 年 5 月的 13．15 美元跌至 2022 年 10 月的 11．83 美元。如此看來(lái)，新冠特殊需求的下降似乎沒(méi)有存儲(chǔ)器泡沫那么嚴(yán)重。不過(guò)目前NAND的主流并不是SLC。
因此，在圖 15B 中，筆者們排除了合同價(jià)格較高的 SLC＿32G 和 SLC＿16G。其中，MLC＿128G常用作NAND價(jià)格指標(biāo)。當(dāng)內(nèi)存泡沫破滅時(shí)，MLC＿128G 價(jià)格從 2018 年 5 月的 5．6 美元跌至 2019 年 6 月的 3．93 美元。另一方面，當(dāng)新冠特殊需求結(jié)束時(shí)，它從 2022 年 5 月的 4．81 美元跌至 2022 年 10 月的 4．14 美元。合同價(jià)格肯定會(huì)下降，但不會(huì)像崩盤(pán)那么糟糕。
不過(guò)目前NAND的主流是3D NAND的TLC（Triple Level Cell），而不是MLC＿128G。不幸的是，筆者不知道與 DRAMeXchange 有合同的白銀會(huì)員級(jí)別的 3D NAND 的 TLC 合同價(jià)格（每年仍然是 300，000 日元）。但是，以筆者的排名，筆者可以知道 3D NAND TLC （1 Terabit） 的 Spot 價(jià)格。
3D NAND 的 TLC （1Tb） 的現(xiàn)貨價(jià)格變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，2022 年 6 月 23 日為 19．4 美元的現(xiàn)貨價(jià)格在 2022 年 9 月 13 日暴跌至 12．83 美元?；蛟S3D NAND的TLC（1Tb）合約價(jià)也這么崩？
11
是什么導(dǎo)致存儲(chǔ)器需求下降？
迄今為止，Mos Memory的跌幅尤為嚴(yán)重，其主力內(nèi)存DRAM和NAND的出貨金額和出貨數(shù)量都出現(xiàn)了暴跌，而且這兩種內(nèi)存的價(jià)格也很可能出現(xiàn)暴跌。解釋說(shuō)（雖然它可能不充分，因?yàn)闆](méi)有 3D NAND 的合同價(jià)格數(shù)據(jù)）。
那么，為什么新冠特殊需求結(jié)束了，卻陷入了可怕的存儲(chǔ)器衰退？在世界范圍內(nèi)，對(duì)個(gè)人電腦、智能手機(jī)、數(shù)字家電和游戲機(jī)等消費(fèi)產(chǎn)品的需求迅速下降被認(rèn)為是原因。但是，筆者相信還有其他原因。那就是英特爾的低迷，其主要業(yè)務(wù)是用于 PC 和服務(wù)器的 MPU。不禁覺(jué)得類(lèi)似2019年內(nèi)存衰退的現(xiàn)象還在發(fā)生。
12 顯示了MPU、DRAM 和 NAND 的季度出貨量。英特爾在 2016 年未能推出 10nm MPU。因此，決定延長(zhǎng)14nm的壽命。另一家 MPU 廠商 AMD 從 2018 年開(kāi)始將生產(chǎn)外包給臺(tái)積電，并開(kāi)始使用臺(tái)積電的尖端工藝生產(chǎn) MPU。為了解決這個(gè)問(wèn)題，英特爾試圖通過(guò)增加處理器核心數(shù)量來(lái)提高性能，同時(shí)小型化保持在 14nm。但是，增加內(nèi)核數(shù)量會(huì)增加芯片尺寸。隨著芯片尺寸的增大，良率必然下降，單片晶圓可獲得的MPU數(shù)量也會(huì)減少。
受此影響，全球MPU出貨量在2016年Q3達(dá)到峰值1．36億片，隨后震蕩下降，2019年Q1達(dá)到8800萬(wàn)片，比峰值減少4800萬(wàn)片。這導(dǎo)致了全球 MPU 短缺。尤其是數(shù)據(jù)中心服務(wù)器用MPU嚴(yán)重短缺，市場(chǎng)上充斥著服務(wù)器用DRAM和NAND，導(dǎo)致價(jià)格暴跌。
這就是造成 2018－2019 年內(nèi)存衰退的原因。換句話(huà)說(shuō)，英特爾自2016年以來(lái)一直未能量產(chǎn)10nm MPU，導(dǎo)致了內(nèi)存衰退。
新冠特需結(jié)束后，現(xiàn)在不是同樣的事情發(fā)生了嗎？事實(shí)上，MPU 出貨量在 2021 年第四季度創(chuàng)下 1．4 億個(gè)的歷史新高，到 2022 年第三季度將降至 1．04 億個(gè)。這僅僅是因?yàn)?PC 需求萎縮嗎？
筆者懷疑英特爾的低迷可能是其背后的原因，盡管目前還沒(méi)有顯現(xiàn)出來(lái)。那是因?yàn)樵浦圃焐倘匀幌Ｍ麡?gòu)建數(shù)據(jù)中心，這需要大量高性能服務(wù)器，而這需要英特爾的高級(jí) MPU。供應(yīng)不足難道不是當(dāng)前內(nèi)存衰退的原因之一嗎？
13
英特爾能夠量產(chǎn)10nm和Intel 7嗎？
去年 2021 年 1 月接任英特爾第八任首席執(zhí)行官的 Pat Gelsinger 宣布了英特爾的新路線圖。近日聽(tīng)說(shuō)Intel首次量產(chǎn)EUV工藝節(jié)點(diǎn)“Intel 4”生產(chǎn)的MPU（如“Meteor Lake”），原計(jì)劃下半年出貨2022年，看來(lái)已經(jīng)無(wú)望了，2023年出貨也變得可疑?；蛟SIntel認(rèn)為EUV還沒(méi)有掌握。
圖 18：英特爾的新工藝節(jié)點(diǎn)路線圖
來(lái)源：Ben Sell（英特爾）
“10nm”、“10nm SuperFin”和“Intel 4”之前的“Intel 7”是否可以量產(chǎn)？所有這些基本上都是之前英特爾路線圖中的“10nm”。如果說(shuō)這三代“10nm”量產(chǎn)有問(wèn)題，全球MPU出貨量下降也就情有可原了。
考慮到首次應(yīng)用EUV的“Intel 4”出貨陷入絕境，全球MPU出貨量下滑，這可能是當(dāng)前內(nèi)存衰退的一個(gè)因素。
這次的存儲(chǔ)器衰退可能與雷曼兄弟沖擊一樣嚴(yán)重，甚至更糟。為了讓經(jīng)濟(jì)衰退不那么嚴(yán)重，只能讓英特爾全力以赴。這是另一個(gè) MPU 制造商 AMD 無(wú)法涵蓋的規(guī)模。如果沒(méi)有足夠的 MPU 出貨，內(nèi)存價(jià)格將進(jìn)一步暴跌。DRAM 和 NAND 內(nèi)存制造商的情況可能會(huì)變得更糟。
筆者不得不說(shuō)，“加油吧，英特爾?！?/p>
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