晶圆厂大跃进
最新更新时间：2021-05-08
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最近，晶圆代工大厂台积电和联电都有大动作。台积电核准预算28.87亿美元，用以在南京12英寸晶圆厂新增一条28nm制程生产线，预计扩增月产能达4万片。联电董事会则通过了一项1000亿元新台币投资案，将与多家客户共同携手，透过全新的双赢合作模式，扩充在南科的12英寸Fab 12A P6厂区的产能。
不只是台积电和联电，近期，多家晶圆代工厂以及IDM都有大动作。4月，DRAM厂南亚科宣布，将斥资新台币3000亿元新台币，在台湾地区新北市泰山南林科技园区投资兴建12英寸先进晶圆新厂。据悉，该厂房将采用南亚科技自主研发的10nm级制程技术生产DRAM芯片，并规划建置EUV生产技术，月产能约为45,000片晶圆。
3月，有多家厂商宣布扩产：力积电举行了铜锣12英寸晶圆厂动土典礼，总投资额达新台币2780亿元，总产能每月10万片，将从2023年起分期投产，满载年产值超过600亿元；华邦电子董事会决议通过了12英寸晶圆厂资本支出预算案，核准资本预算约新台币131亿2,700万元。华邦表示，该资本支出预算案主要用于高雄新厂，预计于2021年3月起陆续投资，并于2022年试营运。高雄厂作为华邦第二座12英寸晶圆厂，期望能以充沛产能满足客户的多样需求；中芯国际发布公告，公司和深圳政府（透过深圳重投集团）拟以建议出资的方式经由中芯深圳进行项目发展和营运。依照计划，中芯深圳将开展项目的发展和营运，重点生产28nm及以上的集成电路并提供技术服务，旨在实现最终每月约40,000片12英寸晶圆的产能。预期将于2022年开始生产。
1月，中国本土的闻泰科技12英寸车用级半导体晶圆制造中心项目于上海临港新片区开工，该项目总投资达120亿元人民币。对于这个项目，闻泰科技董事长张学政表示，基于汽车半导体，特别是中国汽车市场的巨大需求，该公司决定在临港新片区建设12英寸车规级半导体晶圆制造中心。该项目计划20个月建成投产，以帮助安世半导体快速扩充产能，满足市场需求。据悉，该项目预计年产晶圆40万片，经封装、测试后的功率器件产品，可广泛应用于汽车电子、计算和通信设备等领域，产值达33亿元/年。张学政表示，还将继续加大对安世半导体的投资，帮助其扩大研发、晶圆、封测规模，计划通过10年时间推动安世半导体产值超过100亿美金，进一步强化其全球竞争力。
同样是在上海临港新片区，另一个重要的项目，即总投资46亿元的新升半导体公司新增30万片/月12英寸高端硅片研发与制造项目也开工了。目前，新升半导体一期项目已经建设完成，可实现15万片/月产能目标，据悉，该公司累计销售硅片已经超过170万片。此次，开始建设的二期项目将于2021年底完成，基于此，新升的目标是实现100万片/月的大硅片产能。
以上项目，特别是中国大陆地区的，无论是12英寸晶圆厂，还是12英寸大硅片，从一个侧面体现出了最近中国大陆晶圆厂及与之密切相关的产业链上游的材料和设备项目的火热。
在过去的几个月里，以台积电为代表的7nm和5nm制程晶圆代工芯片产能同时成为了业界关注的焦点，原因在于：不仅刚刚实现大规模量产的5nm产能供不应求，且已经处于成熟阶段且平稳输出产能的7nm业务也愈发紧张，台积电的多家老客户纷纷加码7nm订单量，使得这家晶圆代工龙头显得有些应接不暇。
无独有偶，近两年都处于紧俏状态的8英寸晶圆代工产能，相关芯片交期已从过去的2至3个月，延长到4个月，且价格在2020年第四季度再上涨10%。而在去年8月，以中国台湾地区为代表的晶圆代工厂部分产线已经提高过一次报价。
扩充产能
芯片订单应接不暇，价格一涨再涨，在这种情况下，扩产成为了全球芯片制造业的主旋律。
在12英寸晶圆先进制程产能方面，台积电一家独大，而近一年，对其产能需求增长最快的非AMD莫属了，特别是7nm订单，由于AMD的ZEN 2 和即将推出的ZEN 3架构CPU都是基于7nm制程的，而该公司在CPU市场的增长势头非常猛。另外，AMD的GPU也由台积电代工生产，且依然是以7nm制程为主。这些使得台积电相关产能越发吃紧。
由于AMD的CPU和GPU在索尼和微软新一代游戏机中占有非常重要的位置，而疫情使得市场对这些新游戏机的需求量大涨，这为AMD提供了绝佳的商机。
据悉，无论是索尼的PlayStation 5，还是微软的XBOX Series X，都采用了AMD定制的8核Zen 2架构CPU，GPU则采用了AMD的RDNA 2架构产品。
另外，由于联发科无法继续给华为供货手机芯片，前者原本12月要在台积电投片的7nm制程芯片已暂停，这样就释放了约1.3万片的12英寸晶圆代工产能，而这部分缺口很可能由AMD填补上。市场预期，索尼和微软的新一代游戏机会缺货到2021年中旬，这样，AMD为这两大客户定制的CPU和GPU“钱”景乐观。据悉，今年下半年游戏机相关处理器在台积电7nm制程产线的投片量高达10.2万片，这从一个侧面反应出12英寸晶圆代工产能的紧俏程度。
下面具体来看8英寸晶圆代工产能，由于市场对电源管理芯片、功率器件、显示面板驱动IC，以及CMOS图像传感器（CIS）等需求愈加强劲，再加上新增产能有限，使得全球市场的8英寸晶圆代工产能更加吃紧，在这种情况下，8英寸晶圆代工龙头企业联电和世界先进的相关产能都已满载。
这种情势使代工厂进一步增强了定价话语权，以8英寸晶圆代工产能主要来源地中国台湾为例，相关厂商都表示，目前产能确实很满，在与客户洽谈新的代工订单与价格时，情势对于晶圆代工厂较为有利。而相关IC设计厂商则表示，现在想新增投片量非常难。一般来说，长期合作且投片量大的客户，会被代工厂列为优先照顾对象。而投片量小、价格相对低，或合作关系较普通的IC设计厂，面临产能不足时，加价换产能是一种方式，但就算加价，也不一定会拿到足够的产能。
在具体制程方面，55nm的产能最为强手，因为相关芯片几乎都是市场迫切需求的，如高端的CMOS图像传感器，NOR Flash，以及AMOLED驱动芯片等。这些芯片的应用范围越来越广泛，包括家电、车用、安全监控等。
此外，8英寸晶圆代工产能的很大一部分用量都给了功率器件，其在2018年就呈现出了快速增长的态势，当时就是使8英寸晶圆代工产能不足的主要力量。如今，这种供需矛盾更加突出。以MOSFET为例，相关芯片需求方即使主动加价，也难以获得产能，即便加价后顺利投片，也难以在下游客户那里拿回增加的成本，这种现象越来越普遍。
为了寻求产能支持，有些MOSFET厂商在考虑从8英寸晶圆升级到12英寸晶圆生产，不过，这种想法的可操作性不强，主要原因在于，用12英寸晶圆生产MOSFET在技术层面没有问题，但就目前的产业情况来看，成本难以接受，要想实现这种规划，恐怕还需要一些年头。
厂商方面，8英寸晶圆的典型代表企业则是联电，而且，2020年是该公司长期以来少有的丰收年，不仅8英寸，联电的12英寸晶圆代工业务表现也非常抢眼。例如，该公司12英寸厂订单大增，其中，联发科因物联网应用需求强，紧急增加了联电22nm制程下单量，加上瑞昱主动式降噪无线蓝牙耳机、扩充底座控制IC订单涌入，都是主要订单来源。另外，三星发布新机，其ISP影像处理器从去年9月开始追加联电12英寸晶圆投片量，估计总量将达1万片，而且，三星28nm制程的OLED驱动芯片需求增加，订单也交给了联电12英寸产线。同时，联电80nm、90nm制程受惠TDDI芯片订单量增加，在三星、联发科、瑞昱等大客户订单带动下，使得联电12英寸产能利用率同步满载。
8英寸晶圆代工代表企业世界先进产能吃紧状况将延续到2021年，且近期也在酝酿涨价。由于世界先进早就看准8英寸需求只增不减，2019年初宣布买下GlobalFoundries位于新加坡Tampines的8英寸晶圆厂，成功抓住了这一波8英寸晶圆代工需求窗口期。
台积电方面，其每年在先进制程产能（12英寸晶圆）扩充上的投资都不低于100亿美元，现已确定的是南科F18厂1~3期为5nm生产基地，1、2期已量产，3期正在装机，预估至2022年，其5nm产能较2020年将增加3倍。而Fab18厂4~6期为3nm基地，目前正在建设中。同时，南科还会建设特殊制程与先进封装厂。
在中国大陆晶圆代工厂商中，中芯国际目前的产能利用率也在高位，去年达到了98.6%，在去年年底前，中芯国际8英寸产能每月会增加3万片，12英寸每月会增加2万片。
在IDM领域，无论是8英寸厂，还是12英寸厂，整体上也都呈现出产能扩充的态势。据IC Insights统计和预测，2020年全球将有10座新的12英寸晶圆厂进入量产阶段，全球晶圆产能将新增1790万片8英寸约当晶圆，2021年新增产能将创历史新高，达到2080万片8英寸约当晶圆。新增产能主要来自于韩国大厂三星及SK海力士，还有中国的长江储存、武汉新芯，以及华虹宏力等。
结语
SEMI发布的报告指出，2020年全球12英寸晶圆厂投资较去年增长13%，超越2018年创下的历史新高，在新冠病毒疫情加速全球数字转型的推动下，这种增长态势有望一路持续到2022年。预计在2023年将再创高峰。
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