(2022.12.5)半导体周要闻-莫大康

求是缘半导体联盟 2022-12-05 09:23


半导体周要闻


2022.11.28- 2022.12.2



1. 中国台湾的芯片制造究竟什么水平?

根据TendForce的调查,2021年中国台湾半导体市值在全球排名第二,晶圆代工以64%的市占率高居全球第一;2022年中国台湾12英寸的约当产能大约占据全球晶圆代工的48%。

那么中国台湾到底有哪些半导体制造企业呢?我们统计了中国台湾主要的11家半导体制造企业,如下图所示,其中台积电、联电、力积电、世界先进、稳懋、茂硅及元隆等7家企业是专业晶圆代工企业,升阳半导体是非典型专业代工厂,其余4家是兼做晶圆代工生意。据我们的不完全统计,整个中国台湾的半导体晶圆厂的产能高达210万片多,而且还在不断扩产中,足见中国台湾半导体产业的重要性。

 

台积电目前在中国台湾拥有四座12英寸超大晶圆厂、四座8英寸晶圆厂和一座6英寸晶圆厂,还有一座台积电(南京)有限公司的12英寸晶圆厂,同时,还有2家100%持股的WaferTech美国子公司、台积电(中国)有限公司的8英寸晶圆厂产能支援。2021年,台积电及其子公司所拥有及管理的年产能超过1,300万片十二英寸晶圆约当量。

联电在亚洲拥有12家晶圆厂。其中包括4家12英寸晶圆厂,分别是Fab 12A、Fab 12i、Fab 12X、Fab 12M;7家8英寸晶圆厂,Fab 8A、Fab 8C、Fab 8D、Fab 8E、Fab 8F、Fab 8S、Fab 8N;1座6英寸晶圆厂,子公司联颖光电(Wavetek)六英寸砷化镓晶圆厂。

12英寸晶圆厂的分布情况为:位于中国台湾台南Fab 12A目前正在生产0.13μm- 14nm的产品,月产能为87,000片。Fab 12i位于新加坡,该工厂是公司的专业技术中心,生产工艺在0.13μm-40nm,月产能45,000片。Fab 12X 位于厦门,是华南地区第一家12英寸晶圆代工厂,于2016年开始量产,主要生产工艺为40nm - 22nm的晶圆,月产能5万片。Fab 12M位于日本,是联电从日本富士通半导体公司收购而来,2019年10月被联电完全收购,生产0.13μm-40nm的产品,月产能33,000片。

8英寸晶圆厂的分布情况:Fab 8A位于中国台湾新竹,生产工艺为0.6μm - 0.18μm,月产能为7万片。Fab 8C的生产工艺为0.35μm-0.11μm,月产能29,000片。Fab 8D主要生产工艺0.18μm - 90nm,月产能32,000片。Fab 8E为0.6μm-0.15μm,月产能35,000片。Fab 8F生产工艺为0.18μm - 0.11μm,月产能32,000片。Fab 8S的生产工艺为0.25μm - 0.11μm,月产能25,000片。Fab 8N是联电旗下子公司苏州和舰的厂区,工艺为0.5μm - 0.11μm,月产能5万片。

联电子公司联颖光电座落于中国台湾新竹科学园区,是一座六英寸砷化镓纯晶圆代工服务公司。提供III-V族及CMOS specialty业界最完整广泛产品组合的6英寸晶圆代工服务,月产能5万片,生产工艺为5μm - 0.25μm。

2. 明年的半导体将下滑多少?

据ICinsights最新报告,包括IC、光电子、传感器和执行器以及分立(OSD)组件的半导体总销售额在2021年飙升25%至6147亿美元之后,全球半导体销售额预计将在2022年增长3%,并在今年创下6360亿美元的销售额新纪录。

在经历了 2023 年的周期性下滑之后,IC Insights 预测半导体销售额将出现反弹,并在未来三年实现更强劲的增长。到 2026 年预测期结束时,半导体销售额预计将攀升至 8436 亿美元,复合年增长率为 6.5%。

根据 Gartner, Inc. 的最新预测,2023 年全球半导体收入预计将下降 3.6%。到而在2022 年,该市场有望增长 4%,总额达到 6180 亿美元。 

据 WSTS 的数据,与 2022 年第二季度相比,2022 年第三季度半导体市场下降了 6.3%。基于对2022年第四季度的展望,2022年下半年将比2022年上半年下降10%以上。由此可见,2022下半年的下降将是自2009年上半年下降21%以来的最大半年下降。

  WSTS 预测

 

3. 中芯集成拟上市募资125亿元,预计2026年实现盈利

11月25日,绍兴中芯集成电路制造股份有限公司(中芯集成,SMEC)首发通过上交所科创板上市委会议。中芯集成离资本市场又更近一步了。

据悉,此次IPO的保荐人为海通证券,拟募资125亿元。其中,其中,15亿元用于MEMS和功率器件芯片制造及封装测试生产基地技术改造项目,66.6亿元用于二期晶圆制造项目,43.4亿元用于补充流动资金。

4. 在美国芯片禁令下,全球半导体产业寒意更浓

2022年初以来,美国加大了对华半导体领域的出口限制,特别是10月7日推出的新的对华出口管制措施的持续发酵,其也试图说服和敦促盟国跟进相关的管制措施。针对中国,美国计划与盟国“合作”,加强限制性措施的效果,从而让中国难以获得或生产高端半导体。

据彭博社报道,数据显示10月中国大陆购买的半导体制造设备金额降至了24亿美元,相比去年同期大幅下滑了27%,创两年多最低点。即便是相比其他月份,10月的进口额也明显较低,从今年前10个月来看,国内半导体设备进口额有7个月呈现下滑趋势。

尽管如此,彭博社认为即使有限令,美国芯片制造设备的中国出货量不太可能降至零,因目前是先进设备受限,成熟制程设备仍可出货到中国大陆,美国也替部分在中国设厂的外国制造商提供了为期一年的豁免期。

相对美国对华强硬态度,其盟友并非跟其一条心,主要原因在于:一是“美国优先”政策除了利于美国自身,对其盟友也是无情掠夺,比如在俄乌战争背景下四倍高价出售天然气给欧洲盟国;二是跟随美国禁令对其半导体产业链“百害无一利”。

伴随美国芯片禁令升级,美芯片企业逐渐开始与中国市场脱钩,而逐渐失去了中国市场的美芯片巨头,也遭遇资本市场反噬。根据最新的公开数据,英伟达、AMD、英特尔以及美光等美芯片巨头企业总市值已经蒸发了1.5万亿美元。

据悉,在美国政府宣布对中国进口美国半导体技术的新限制后,美国半导体设备企业泛林集团(又称拉姆研究)10月19日公布的财报显示,受有关禁令影响,该集团2023年的营收或将锐减20亿至25亿美元。

5. 存储芯片同比下滑17%?明年半导体市场规模或萎缩4.1%至5570亿美元

根据WSTS的数据,2021年全球半导体市场规模暴涨26.2%,而今年的增速则显著放缓至4.4%,不过诸如模拟芯片、传感器和逻辑芯片的规模增速仍能保持两位数百分比。在另一方面,WSTS预期今年存储芯片的市场规模将萎缩12.6%。

6. 如果Chiplet不带中国玩了

2019年邬江兴院士基于系统工程论,融合体系结构和集成工艺创新,带领团队提出“可基于落后一至两代的材料与工艺实现一流系统”的软件定义晶上系统(Software Defined System on Wafer,SDSoW),为我国芯片破解“卡脖子”困局并实现“换道超车”提供了战略支撑,并有望走出一条与封锁工艺弱相关的中国芯片自主创新、换道超车与战略突围之路。

熟悉Chiplet技术的人士都懂得,该技术是将大型单芯片划分为多个相同或者不同的小芯片,这些小芯片可以使用相同或者不同的工艺节点制造,再基于传统的PCB封装技术或者硅基板实现跨芯片互连和封装级别集成。那么,它和SDSoW系统之间存在哪些异同?

资料显示,SDSoW采用了Wafer(晶圆)级的硅基板和封装技术,可以将不同构造、不同功能、不同工艺的芯粒(Dielet)像拼积木—样组装或集成到晶圆上,通过复用芯粒可快速组装成异构、异质、异工艺的晶圆级复杂系统,并能极大的缩小信息系统的体积与功耗,指数量级的提升系统性能。

在邬江兴院士看来,Chiplet是面向后摩尔时代的微电子技术,SDSoW是面向信息基础设施与信息物理系统所面临的瓶颈问题与发展方向提出的系统级技术体系,两者之间并没有对立之处,只是技术思想提出的“原点”不一样。换句话说,SDSoW融合了结构创新与工艺创新,集成规模更大,集成资源更多,是一条包含Chiplet,又可以超越Chiplet的具有中国创新内涵的自主发展路线。

在回答“为什么中国需要SDSoW技术”时,邬江兴院士说,美国发展Chiplet,中国同样发展Chiplet,但我们仍然面临材料、工艺和工具的落后,一样处于在同一赛道上、同一游戏规则下的追赶囧境,因此仅靠Chiplet不能救中国,也不能支撑伟大复兴战略。

根据规划,SDSoW将经历三个发展阶段:阶段一:做出来,破解卡脖子急需,保证指标不倒退、核心不被卡死;阶段二:做得好,在规模性、经济性、敏捷性和生态完备性等方面取得突破,扩大应用场景,形成巨大的新兴产业规模;阶段三:智能晶上系统,软件定义互连(Software Defined Interconnection,SDI)升级为神经网络,晶上系统演化为智能系统,为智能时代提供物理底座。

如何把SDSoW的技术优势转化为市场优势?”,也考验着中方。邬江兴院士指出,首先,要坚持开放共赢,吸引现有的各个方向技术优势单位参与进来,进行技术合作;其次,守正创新,软件定义晶上系统的关键技术包括预制件设计、软硬件协同架构设计、晶圆级互连网络设计、晶圆基板集成设计、供电散热设计等,要有打破藩篱的创新思维,不断进行技术迭代优化;第三,要通过高效合作形成共识创建中国自己的行业标准,利于后续软件定义晶上系统方向的发展;最后,对当前的卡脖子、痛点领域进行突破,优先考虑该类领域的产品研制和应用推广。

7. 台积电的野心撑起美国重建供应链的决心

亚利桑那州晶圆厂已经部分完工,接下来将迁入第一批用于半导体制造的尖端设备做准备。在人员方面,大批台积电工程师已经拖家带口陆陆续续搭乘飞机前往,目前预计超1000名工程师已到达美国。台积电自2021年动工至今约18个月,耗资120亿美元。

此前消息是,台积电在美国亚利桑那晶圆厂第一阶段是生成5nm工艺,第二阶段计划生成3nm工艺。

沸沸扬扬的台积电美国亚利桑那州晶圆厂即将于12月6日迎来首批机台移机典礼。白宫证实,美国总统拜登(Joe Biden)当日亲自出席赴亚利桑那州凤凰城,参观台积电晶圆厂,并探讨他的计划将重建美国供应链,引领其制造业兴盛的景象。

根据美国半导体行业协会(SIA) 和波士顿咨询集团共同进行研究的报告中显示,近年来美国在芯片设计产业的营收占比持续下滑,下滑幅度从2015 年约50% 到2021 年的46%。未来如果没有政府的持续支援,到2030 年之际,这一比例可能会再下降到36 %。美国在芯片制造的全球占比,从1990 年代的37%下降到2022 年仅剩下12%。

8. 面对竞争美国本土晶圆代工厂另辟蹊径

作为土生土长的美国晶圆代工厂,SkyWater面对强大的英特尔和台积电,调整了竞争策略。

SkyWater是100%美国资本企业,私募股权基金牛津工业公司收购了前Cypress的子公司Cypress基金会解决方案,并任命前AMD高管桑德曼为首席执行官,并推出了新公司SkyWater。

Sonderman在接受美国《EE时报》独家专访时说:“通过构建技术模型,我们瞄准了定制和批量生产之间存在的差距,这些差距需要大量创新。作为一个不同于一般晶圆代工厂的企业,我们能够增加市场价值。”

SkyWater 于 2021 年在明尼苏达州收购了前Cypress工厂,并增加了该公司在佛罗里达州拥有的现有设施。2022年,公司宣布将在印第安纳州新建一座价值18亿美元的工厂。前两家工厂加工200mm晶圆,而印第安纳州的工厂可能同时加工200mm和300mm晶圆。

Sonderman说:“我们的目标是首先利用200mm平台,将最先进的异构集成技术带到美国,我们正在努力开发FOWLP。” 我们还拥有与混合粘接技术相结合的晶圆粘接技术,并获得许可。

Sonderman说,“具有讽刺意味的是,美国政府仍然主要关注90nm,”他提到,SkyWater正在生产世界上最先进的抗辐射ASIC,采用90nm制程。

SkyWater 将与以色列的TOWER竞争与国防部相关的业务(即与收购TOWER的英特尔IFS竞争)。Sonderman预计,IFS将开始从国防部承包45nm订单。我们还认为,另一个竞争对手格芯将在28nm节点上竞争。

SkyWater 目前正在与美国麻省理工学院(MIT)和国防部国防高级研究局(DARPA)合作,开展3D系统启动计划。SkyWater 表示,通过在 90nm CMOS 工艺中添加碳纳米管层(CNT),可以集成 FET 和 ReRAM(电阻变化存储器)。

Sonderman说:“通过进一步提高功能和互连性,90nm器件可以在低于10nm节点的功耗水平下运行,最终无需成本即可获得性能优势。这实际上就像在CMOS 器件上建造摩天大楼一样,因此它是一种异构集成解决方案。”

9. 晶圆代工厂再掀争夺战

三星预测,到2027年,半导体行业将以9%的复合年增长率接近8000亿美元,代工行业将经历12%的复合年增长率。三星代工预测,先进节点(<7nm)在未来五年将以21%的复合增长率超过代工行业,并预测其业务将在2027年以20%的复合增长率增长到约260亿美元。

看看台积电在2022年第四季度财报电话会议上对2023年的指导将会很有趣。有什么猜测吗?我猜是两位数(10-20%)的增长。N3将全面投产,我认为它将是台积电历史上最大的节点。

台积电仍预计在2022年有35%的增长,根据他们的月度数据,这听起来很合理。

三星再次回到了竞争桌上。三星14nm仍然是一个较强的节点,但8/7nm表现非常好。这可以从目前台积电7nm芯片的暴跌中看出,三星是一个更便宜的选择。不幸的是,三星5/4nm有严重的PDK和产量问题,所以我认为领先的FinFET市场的大部分份额回到了台积电,并将保持在那里。

所有三家代工厂都在谈论GAA,三星甚至在3纳米GAA上的产量非常有限,但我个人认为FinFET时代将继续几年,因为我们得到了GAA的各种问题。

根据生态系统内部的讨论,三星8nm RF是台积电N6F的一个更便宜的非EUV版本,它似乎正在经历人气飙升。

三星和英特尔似乎在遵循“梦想之地”的战略,即“建造它,他们就会来”。我也不担心。如果我看到的所有工厂扩张和建设计划都真的实现了,我们将在未来5年出现供应过剩,这对生态系统和客户都是一件好事。台积电、三星和IFS肯定能经受住价格风暴,但第二、第三和第四线代工厂可能会经历更艰难的时期。

10. 收购onsemi Niigata工厂完成日本正式进入代工行业

Onsemi 于 2022 年 12 月 2 日宣布已完成将其新泻工厂(新泻县 Ojiya 市)出售给 JS Foundary。作为日本第一家独立代工厂,JS代工厂将加工制造模拟/功率半导体预处理、背面处理、EPI层压和芯片尺寸封装。

Onsemi 的新泻工厂是 2011 年通过收购三洋半导体而获得的制造基地。收购完成后,公司扩大制造能力,开始生产除原三洋半导体集团以外的半导体产品,如onsemi产品,2014年宣布考虑出售工厂。收购协议于2022年11月公布,股权转让于2022年12月1日完成。

JS Foundry是与日本开发银行、伊藤忠商事投资的投资基金、摩科瑞控股的核心子公司摩科瑞投资、Industry Creation Advisory合作成立的专业代工公司。JS Foundry 首席执行官 Noriaki Okada 先生表示:“我们不仅仅从事代工业务。我们旨在通过支持机构中模拟/功率半导体的研发,为日本半导体的发展做出贡献。”

新泻工厂占地面积约160,000m2 ,建筑面积约102,000m2,无尘室约20,000m2 。根据 JS foundry 的网站,该公司处理模拟/功率半导体预处理、背面处理、EPI 层压、芯片尺寸封装等的加工/制造。

11. 锁死半导体发展的也许不是光刻机而是电费

据统计,2021年深圳全社会用电量达1103.4亿千瓦时,其中居民用电约15%,即165.5亿度左右。而台积电2021年耗电191.9亿度,足够深圳约1800万常住人口一年所需。

据台湾科技媒体《数位时代》报道,目前台积电EUV设备已超过80台,预估到2022年底可达到84台。这一数量,还是遥遥领先于紧随其后的三星——三星电子预估到今

年底可望达到51台EUV,不过其中很大比例的EUV必须供DRAM厂使用,且三星在3纳米制程市占率较低,EUV的产能利用率也不如台积电。

今年9月台积电3纳米步入量产阶段后,在全球3纳米制程已经获得将近98%的市占率。台积电“吃干抹净”之后,三星的3纳米制程才吃下剩余的2%市场。

据统计,一台EUV一年耗电量可达到1000万千瓦时,那么单84台EUV设备就是8.4。

而EUV光刻机之所以耗电,主要是由于EUV光源的能源转换效率只有 0.02% 左右。输出功率250瓦的EUV光刻机,需要输入0.125万千瓦的电力,耗电量是传统ArF光刻机的10倍。那些没被转换成极紫外光的99.98%电能,大都会转换成热量耗散而去,这又需要耗费大量电力去散热。

据统计,一台EUV一年耗电量可达到1000万千瓦时。

据台积电社会企业责任报告书,2016年,台积电用电量还只是93.58亿度,2020年耗电量就已突破160亿度(也有媒体推算为169亿度,本文以台积电公布数据为准),占据整个台湾5.9%的用电总量;2021年能源消耗量为191.9亿度,约占台湾的7.2%。预计2025年占比会升至12.5%,也就是约八分之一。高耗能之下,2020年台积电的碳排放总量已经接近1500万吨。

但也有台湾媒体批评台湾“独宠半导体产业”,因为台积电外资持股高达约73%,更多获利还是外资,且即使工资再高,台积电5万多员工也仅占台湾就业人口1146万人的0.4%。《新新闻》2022年5月报道直接批评其高耗电:

如果拿台积电营收对比台湾地区GDP,其2021年营收568亿美元,当年台湾地区GDP约7727亿美元,台积电营收约占台湾GDP的7.35%。但这仅是营收,还有考虑其带动影响。台积电就统计,其上下游供应链、客户数百家,带动产值倍数达2.89倍;创造就业倍数达8.12倍。

12. 专家全球汽车芯片短缺状况估计会持续到2024年

芝加哥联邦储备银行政策顾问Kristin Dziczek对汽车芯片产能问题撰写了一份报告,报告认为,汽车芯片短缺的状况仍在持续,估计会延续到2024年。

她将持续存在的问题归因于几个因素,包括去年初得克萨斯州的寒流导致该州部分地区停电、日本地震引发汽车芯片供应商起火、以及俄乌冲突等等。所有这些问题导致全球估计芯片交货时间比疫情之前长四倍。

Dziczek认为汽车MCU的短缺将持续到2024年,这契合了业内人士的其他预测,典型代表是英特尔首席执行官Pat Gelsinger。短缺可能会持续到 2024 年以后。


莫大康:浙江大学校友,求是缘半导体联盟顾问。亲历50年中国半导体产业发展历程的著名学者、行业评论家。

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