半导体制程将迎来三分天下的格局

半导体商城 2020-11-27

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随着半导体材料技术朝着更好、更精细化管理的发展趋势,不同连接点和游戏玩家之间的界限越来越明显。其中,只有台积电、三星和英特尔是最好的工艺玩家,而十年前,他们中至少有七人致力于当时最好工艺的项目投资和产品研发。在完善流程方面,近几年才在业内特别谈及。前几年,特别是14nm批量生产之前,优秀工艺和完美工艺的区别没有今天这么大,相对游戏玩家也没有今天这么“断档”,尤其是在ADG509AKR逻辑芯片加工行业。如今,致力于完善工艺的制造商的特点更加突出。

上周,ICInsights发布了《全球晶圆产能2020-2024》报告,强调半导体材料行业对于不断降低的晶体管几何规格有着明显的主观因素,因为这样做有很多好处,比如更高的速度、更低的功能损耗、更低的企业总面积成本。然而,有时会出现利润下降的问题,这使得许多集成电路设计人员和公司越来越怀疑高资本投资是否非常值得,特别是与10纳米以下技术相关的机械和设备成本已经飙升到许多芯片处理无法承受的水平。此外,微电影的成本优势不再像以前那样显著。

此外,设计难点(例如再次减小DRAM和NAND闪存芯片模块的体积)阻碍了多年来在IC领域应用的小型化模式,以及更复杂的逻辑处理芯片(如微控制器、ASIC、FPGA等)。)在这些方面也遇到了很多挑战。

总之,icInsights认为,随着处理芯片特性和规格的微成型率的降低,IC设计人员发现越来越不可能证明更高的成本可以获得有效的收益。因此,优秀流程和完美流程之间的优劣更加确立,不同企业选择的流程更有目的性。这使得各种工艺品都有了各具优势的室内空间。

在这样的发展趋势下,根据ICInsights的统计分析和预测分析,各种半导体材料和工艺的市场份额趋于相对平衡。

今年,10纳米以下的优秀工艺市场份额仅为4.4%,到2024年,其份额将增至30%。在这个时间范围内,10纳米-20纳米工艺的市场份额将从38.8%降至26.2%;20纳米-40纳米工艺的市场份额将从13.4%降至6.7%;但从统计分析和预测分析来看,40nm以上完美过程的比例在这几年并没有显著变化。

总的来说,到2024年,10纳米以下、10纳米-20纳米、40纳米以上的工艺将各占销售市场的三分之一左右,然后布局显示世界的三分之一。

最好的技术是坚韧和改良的。

10纳米以下的优秀工艺呈现持续增长趋势。如下图所示,今年的市场份额为10%,2023年预计价值将超过20%,2024年将增加到全球产能的30%。销售市场的关键驱动力是7纳米,2020年刚量产的5纳米,2023年量产的3纳米(TSMC和三星都宣布2023年量产完成)。

在5nm级别,台积电是三星量产的,已经赢得了iPhone和HiSilicon两个客户。2020年原产能着急。但TrendForce吉邦咨询认为,由于华为限制带来的危害,今年年初批量生产的5nm工艺只有一个iPhone客户。即使iPhone积极导入自主研发的MacCPU,其总投资量仍无法完全填补华为海思的产能缺口,造成 5nm但是到2021年,除了iPhone持续生产5nm+的a15仿生之外,少量AMD5nmZen4架构的产品将刚刚开始试生产,届时TSMC5nm的产量预计仍将保持在85~90%。

此外,趋势科技表示,MTK、英伟达显卡和高通芯片都有一个从2021年底到2023年的5纳米/4纳米商品批量生产计划。此外,AMDZen4架构的体积不断增大,其intelCPU委托制造有望在2023年选择5nm工艺。巨大的需求促使台积电开始提高5纳米的产量。另外,iPhone在2023年继续选择4nm制造A16CPU的可能性非常大。如果台积电不清理,5纳米的产能将进一步扩大。

在三星层面,NVIDIA显卡Hopper框架Geforce服务平台GPU将持续接受三星委托进行OEM生产。加上高通芯片Snapdragon885和三星Exynos旗舰系列产品,可以支持三星5nm在2021年进一步增产。虽然与台积电相比,三星处于劣势,因为只有这两家厂商有5nm量产的能力,#三星在未来两年仍将为卓越流程销售市场的发展趋势做出巨大贡献。

在7纳米工艺水平上,台积电已经大规模生产了2年多,并严格控制了这些销售市场。虽然5nm的产能非常引人注目,但目前台积电的运营收入主要是7nm工艺。不久前,该公司宣布,截至10月,其7纳米古德迪芯片的总销售额已超过10亿美元。此外,台积电在升级7纳米工艺后发布的6纳米刚刚开始进入制造工艺,选择EUV技术替代部分浸没式光刻掩膜版。IPhone、海思芯片、高通芯片、MTK、AMD、Xilinx、NVIDIA显卡、博通等。都是tsmc7nm的客户,而且客户还在不断扩大。例如,英特尔和特斯拉汽车公司都是台积电7纳米工艺的潜在客户。

现阶段,绝大多数客户已经大幅增加了第四季度7纳米的订单信息,促使TSMC7纳米产能满负荷。

10纳米-20纳米的市场份额降低。

10纳米-20纳米工艺销售的市场份额本来就很大,今年接近40%,如下图所示。但是随着10纳米以下优秀工艺的崛起,10纳米-20纳米的市场份额已经慢慢被吞噬。

这一类的主要工艺有16nm(台积电提供的关键)、14nm(三星、英特尔和GridCore提供的关键)、12nm(台积电和GridCore提供的关键)和10nm(台积电和三星提供的关键)。处理芯片的类型主要是性能优异的逻辑处理芯片和数据存储器。

逻辑处理芯片的关键是手机CPU及其intelCPU,这意味着这部分的销售市场是比较完善的。

而选择10纳米-20纳米工艺制造数据存储器的主要是该领域的前三名:三星、SKHynix、美光,这些销售市场都处于发展阶段。日本有66%的生产能力,加工技术不到20纳米。与其他地区或中国相比,日本的领先优势还是要显著得多,这主要得益于三星和SKHynix对高密度DRAM和3DNAND闪存芯片的高度重视。

美国只是除了日本双熊的存储之外的另一个强大能源,公司一直在积极投资10纳米-20纳米工艺DRAM。2020年5月,美光半导体材料国际存储国际研讨会(IMW2020)召开,美光发布了批量生产优秀DRAM的路线图。相关数据资料显示,美国只用今年的1Z,今年的1α,2021的1β,2023的1γ,2023的1δ(1Z,1α,1β,长期以来,美光和三星都是以“两年一代”的方式批量生产出优秀的DRAM。众所周知,今年之后,美光将战略方针改为“一年一代”。这也从一个侧面反映出,虽然10纳米以下的优秀工艺降低了市场份额,但10纳米-20纳米工艺仍然具有强大的生命力和发展前景。

冷门20纳米-40纳米销售市场。

可以看出,20纳米-40纳米工艺的市场份额一直比较低,随着时间的变化会从13.4%下降到6.7%,在几大板块下降比较大。

在20纳米到40纳米范围内,重点是20纳米、22纳米、28纳米和32纳米。从性价比高的角度来说,28nm无疑是最好的,其他种类工艺连接点的应用相对有限。前段时间28nm的市场份额还是比较高的。但随着优秀工艺的不断创新,大部分逻辑处理芯片工艺都在20nm以下,存储巨头也会向10nm+行业扩张。另外,很多模拟和输出功率处理芯片并不需要优秀的技术,可见40nm以上完美技术的市场份额已经比较稳定。这使得原本处于最具性价比的连接流程连接点的细分市场的28nm竞争力逐渐减弱,市场份额将继续萎缩。

流程流畅完善。

40纳米以上的完美技术,无论是180纳米以下还是180纳米以上,都有稳定的市场份额。这也是很多晶圆代工厂长期致力于提高加工工艺的信心,而不是把太少的资产和活力投入到优秀的工艺资金上。此外,这也是辛格和联电放弃最佳工艺的关键原因。无论优秀技术的发展趋势如何,未来提高加工技术的市场仍然非常广阔,仍然具有很好的投资价值。

总结。

综上所述,四大加工技术板块的市场份额和转型状况从侧面说明:为什么近年来,除了行业内12寸芯片加工的持续建设,5.5寸产能一直处于高需求状态,一直没有很好的解决方案。绝大部分资产投资在20纳米以下(以12英寸圆晶为主)的优秀工艺上,而40纳米以上(以5.5英寸圆晶为主)的完美加工工艺在很大程度上被忽略,这些行业的市场需求和市场份额总是很高。在这样一个庞大的销售市场中处理供需问题,短期内可能无法找到立竿见影的解决办法,因为芯片加工、机械设备相关的项目投资巨大,必须长期培育。在未来两年,对加工技术和加工芯片的改进要求很高的情况很可能会继续下去。

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