机会|全球晶圆代工收入创十年来新高,国内晶圆厂也有新机会?

尽管COVID-19大流行对全球经济产生了负面影响,但是远程教育和5G手机渗透率不断提高以及电信基础设施建设带来的强劲的零件需求,以及一些新兴行业出现让半导体市场经济表现良好。根据TrendForce最新调查研究,预计2020年全球晶圆代工收入将同比增长23.8%,为十年来最高。
机会|全球晶圆代工收入创十年来新高,国内晶圆厂也有新机会?
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具体是什么因素刺激了晶圆代工的经济增长?国产晶圆代工表现如何?
5nm产能扩张,28nm订单爆满
在芯片制造领域,消费电子对性能和功耗的追求让先进制程备受关注,目前最先进的节点5nm工艺制程于2020年初开始量产,10nm以下先进工艺成为今年拉动全球晶圆代工收入增长的原因之一。
根据TrendForce的研究,在低于10nm节点的先进工艺上,目前台积电和三星的晶圆产能已将近满载。
最先进的5nm制程,由于台积电无法为海思半导体继续供货,苹果成为台积电5nm制程的唯一客户,使得台积电2020年第2季度的5nm产能利用率约在85%-90%范围内。
但随着5G的到来,智能手机和基站的电源管理芯片(PMIC)需求已呈指数级增长,同时近些年UMC和Global Foundries已逐步退出先进工艺的竞争,台积电依然在积极扩张5nm产能。TrendForce 预计台积电5nm产能扩张能使该公司在2021年底之前占领将近60%的先进工艺市场份额。
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预计在2021年,台积电除了苹果公司用于A15 Bionic SoC的5nm+晶圆外,还将为一小批AMD 5nm Zen4 CPU 进行试生产。而从2021年末到2022年,联发科、英伟达和高通都将开始5nm或4nm量产,英特尔的首批外包5nm CPU将有望在2020年投入生产,各方面的需求正促使台积电扩大5nm产能。
与此同时,三星也计划在2021年扩大其5nm产能,除了满足高通骁龙885和三星自己的Exynos旗舰SoC需求之外,还将持续为英伟达的GeForce GPU提供支持。不过,5nm产能三星依然将落后台积电20%。
晶圆代工经济增长的另一个原因是AIoT的发展,28nm及以上制程的产品线更加广泛,包括CMOS图像传感器、小尺寸面板驱动IC、射频元件、电视系统单芯片、WiFi及蓝牙芯片等众多需求增长,28nm订单持续爆满。
收入增长背后是8英寸晶圆产能吃紧
不过,在全球晶圆代工收入破纪录的背后,却是8英寸晶圆产能吃紧。这一情况已经从2019年第二季度持续到现在,不但未见缓解迹象,反而越来越严峻,成为收入增长下半导体行业的隐忧。
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图片源自报告《Changing Wafer Size and the Move to 300mm》
在摩尔定律的驱动下,芯片晶圆尺寸从6英寸(150mm)发展到8英寸(200mm)再到12英寸(300mm),晶圆尺寸越大,意味着在同一块晶圆能生产的芯片越多,能够在降低成本的同时,提高良率。
从晶圆尺寸的发展历程就能看出,相比于12英寸,8英寸产线更为陈旧落后。在良率相同的情况下,一片12英寸的晶圆生产的IC数量约为200颗,是一片8英寸晶圆的两倍,前者有更高的成本效益。
不过,8英寸晶圆也有着自己的优势,首先是拥有特殊的晶圆工艺,其次大部分折旧的固定资产成本较低,最重要的是对于产能要求不高的厂商而言更加经济。
如果要从产品上将8英寸晶圆和12英寸晶圆区分开来,8英寸晶圆主要用于需要特征技术或差异化技术的产品,包括功率芯片、图像传感器芯片、指纹识别芯片、MCU、无线通信芯片等,涵盖消费电子、通信、计算、工业、汽车等领域。12英寸晶圆则主要用于制造CPU、逻辑IC和存储器等高性能芯片,在PC、平板电脑和移动电话等领域使用较多。
因此,在传统的IC市场上,8英寸和12英寸晶圆优势互补,长期共存。
近几年来,一方面由于8英寸晶圆厂设备老化,维修难度大且无新设备来补充,很多厂商陆续关闭8英寸晶圆厂。根据SEMI报告数据,全球8英寸晶圆产线数量在2007年达到最多200条,随后开始下降,到2016年减少到188条。另一方面由于5G应用拉动8英寸需求爆发,例如一部5G手机的电源芯片就比一部4G手机的电源芯片多,导致目前8英寸晶圆市场受惠于强劲的电源芯片和显示驱动芯片需求,产能长期供不应求,甚至出现涨价的情况。
大陆晶圆代工厂表现如何?
TrendForce表示,先进节点和8英寸产能是晶圆代工行业竞争力的关键。那么大陆代工厂的实力表现如何?
在先进制程方面,纯晶圆代工厂中芯国际是领头羊,提供0.35μm到14nm各节点的晶圆代工和技术服务,包括逻辑电路、混合信号/CMOS射频电路、高压电路、系统级芯片、闪存内存、EEPROM、影像传感器,以及硅上液晶微显示技术。