當(dāng)下，晶圓代工廠的日子過得非常舒服，而這種狀態(tài)還將持續(xù)下去，至少會延續(xù)到2025年。
本周，IC Insights發(fā)布了[敏感詞]市場研究報告，預(yù)計2021年晶圓代工市場總銷售額將首次突破1000億美元大關(guān)，達(dá)到1072億美元，增長23%，與2017年的創(chuàng)紀(jì)錄增長率相媲美（見圖1）。
圖1 預(yù)計到2025年，全球晶圓代工市場將以11.6%的年均增長率增長，屆時代工廠總銷售額將達(dá)到1512億美元。
預(yù)計今年的純晶圓代工市場將強(qiáng)勁增長24%，達(dá)到871億美元，超過2020年的23%。到2025年，純晶圓代工市場將增長到1251億美元，5年（2020-2025年）復(fù)合年均增長率為12.2%，占2025年晶圓代工廠總銷售額的82.7%，而2021年為81.2%。臺積電、聯(lián)電和多家專業(yè)晶圓代工廠預(yù)計今年銷售額將保持健康增長。這些供應(yīng)商也在大量投資新產(chǎn)能，以支持預(yù)測期內(nèi)對晶圓代工產(chǎn)能的預(yù)期需求。
三星的外部銷售主要受高通等客戶的推動，占IDM代工市場的大部分。IC Insights 預(yù)計 IDM晶圓代工市場今年將增長18%，達(dá)到 201 億美元。預(yù)計到 2025 年，IDM 代工市場將增至 261 億美元，5 年復(fù)合年均增長率為 9.0%。
無論是晶圓代工廠，還是IDM，從2020下半年開始，就進(jìn)入了瘋狂擴(kuò)產(chǎn)模式，而且是12英寸和8英寸齊頭并進(jìn)，一改早些年12英寸廠盛、8英寸廠衰的態(tài)勢，市場需求呈現(xiàn)全面旺盛的狀態(tài)。
在全球范圍內(nèi)，純晶圓代工廠的代表是臺積電、聯(lián)電、格芯和中芯國際，而做代工業(yè)務(wù)的IDM代表企業(yè)則是三星和英特爾。下面看一下這幾家的表現(xiàn)和動作。
臺積電
臺積電宣布2021年資本支出由之前預(yù)估的250-280億美元提升至300億美元，其中逾8成用于先進(jìn)制程投資，而7nm、5nm、3nm、2nm這些制程產(chǎn)線都采用12英寸晶圓。
不久前，臺積電還宣布3年投資1000億美元擴(kuò)建晶圓廠，并確認(rèn)將投資28.87億美元擴(kuò)充南京廠28nm制程工藝產(chǎn)能，每月增加4萬片晶圓產(chǎn)量，主要用于生產(chǎn)汽車芯片。
臺積電指出，目前臺灣地區(qū)的晶圓廠已經(jīng)沒有潔塵室空間，只有南京廠有現(xiàn)成空間可用，可以直接設(shè)置生產(chǎn)線，有利于快速形成產(chǎn)能。按照計劃，臺積電南京廠的28nm制程產(chǎn)能將于2022年下半年量產(chǎn)，2023年中達(dá)到4萬片晶圓/月的滿載產(chǎn)能目標(biāo)。目前，臺積電的南京工廠主要生產(chǎn)16nm芯片，月產(chǎn)能約為2萬片晶圓。
臺積電要在5nm及更先進(jìn)制程保持領(lǐng)先，EUV光刻機(jī)是重要一環(huán)，近年來，該公司不斷購入EUV設(shè)備，以維持先進(jìn)制程產(chǎn)能優(yōu)勢。臺積電于日前召開技術(shù)論壇，指出其EUV設(shè)備累計裝機(jī)數(shù)量到2020年已占全球總數(shù)的50％，到2020年為止，采用臺積電EUV技術(shù)生產(chǎn)的晶圓，占全球EUV光刻晶圓數(shù)的65％。而隨著制程推進(jìn)至5nm，每片晶圓采用EUV掩模層大幅拉升，臺積電預(yù)估2021年EUV掩模產(chǎn)能將是2019年的20倍。
3nm方面，將增加EUV的使用量，效能將比5nm提升10-15%，功耗減少25-30%，邏輯密度增加1.7倍，SRAM密度提升1.2倍、模擬密度則提升1.1倍。
隨著以上[敏感詞]制程晶圓廠在未來1～3年內(nèi)逐步完成建設(shè)并投入量產(chǎn)，以及美國亞利桑那州12英寸廠[敏感詞]期在2024年后進(jìn)入量產(chǎn)，采用臺積電EUV技術(shù)的晶圓數(shù)將快速增長，其在EUV設(shè)備上的投資將越來越大。
作為全球晶圓代工的龍頭，臺積電的營收水平處于[敏感詞]的優(yōu)勢地位。與此同時，臺積電的毛利率也長期處于高位（50%左右）。實際上，從2005年開始，該公司的平均毛利率就穩(wěn)定在45%以上，而且一直保持一定速度的增長，當(dāng)時，臺積電正處于90nm制程工藝營收高速增長的階段，也正是從那時起，相應(yīng)芯片制造開始從8英寸晶圓向12英寸轉(zhuǎn)變，到今天，這種轉(zhuǎn)變基本完成（這里當(dāng)然是指先進(jìn)制程，成熟制程芯片向12英寸晶圓轉(zhuǎn)變是從最近幾年開始的）。
聯(lián)電
就純晶圓代工廠商來看，聯(lián)電僅次于臺積電，排第二?？梢哉f，聯(lián)電近一年多以來的強(qiáng)勁表現(xiàn)，主要得益于這一波以CMOS圖像傳感器和TWS藍(lán)牙芯片為代表的“爆品”市場井噴，以及疫情引起的全球性芯片短缺。
2020下半年，聯(lián)電拿下了高通和英偉達(dá)的成熟制程大單，加上德州儀器、意法半導(dǎo)體及索尼等IDM巨頭持續(xù)擴(kuò)大下單，主要采用28nm、40nm或55nm等成熟制程，產(chǎn)品大多為模擬芯片。
另外，由于5G手機(jī)的電源管理IC用量增加3-4成，以及筆記本電腦對MOSFET及電源管理IC用量增加2-3成，加上大尺寸面板驅(qū)動IC及低像素監(jiān)控CMOS圖像傳感器供不應(yīng)求，包括臺積電、聯(lián)電及其他8英寸晶圓代工產(chǎn)能在2020下半年都供不應(yīng)求。
由于驅(qū)動IC、PMIC(電源管理IC)、RF、IoT應(yīng)用等代工訂單持續(xù)涌入，聯(lián)電8英寸晶圓產(chǎn)能滿載，加上28nm制程持續(xù)完成客戶的設(shè)計定案，后續(xù)穩(wěn)定下線生產(chǎn)，去年第四季度28nm及以下制程營收同比增長達(dá)60%，整體營收同比增長為13%。
這使得聯(lián)電產(chǎn)能處于滿負(fù)荷狀態(tài)，其2021上半年的產(chǎn)能也已經(jīng)全面滿載，實際上，聯(lián)電8英寸晶圓代工產(chǎn)能已滿載到2021年下半年。隨之而來的就是漲價。
為了調(diào)配產(chǎn)能，聯(lián)電宣布2020年第四季度起開始漲價，到目前為止，該公司已經(jīng)向大部分客戶提價兩次。據(jù)臺灣媒體報道，預(yù)計聯(lián)電將再次上調(diào)晶圓代工價格，包括8英寸和12英寸的，漲幅至少10%起。至于下半年的行情，雖然現(xiàn)在還沒有定論，但該公司的客戶大多預(yù)測聯(lián)電會逐季漲價。
聯(lián)電遇上了行業(yè)發(fā)展的巨大紅利期，市場和相關(guān)產(chǎn)品對成熟制程芯片的需求量暴增。而這種狀況還在持續(xù)，今后幾年，作為純晶圓代工業(yè)二哥的聯(lián)電，向上勢頭還將繼續(xù)。
聯(lián)電2021年第二季度財報顯示，營收為509.1億元新臺幣，較上季增長8.1%，同比增長幅度為14.7%，毛利率為31.3%。聯(lián)電毛利率突破30%，是一個很重要的指標(biāo)，因為該公司上一次逼近這一數(shù)字的時間點(diǎn)，要追溯到2011年第4季的29.16%，10年來，其毛利率多在15%～20%之間徘徊，2020全年達(dá)到22.1%。
解構(gòu)聯(lián)電產(chǎn)能策略，仍然是舊產(chǎn)線、新建廠，兩路分進(jìn)。舊產(chǎn)線透過去瓶頸化的積極動作，2021年產(chǎn)能可增加3%，2022年再增加6%，以28nm為主。聯(lián)電董事會同步通過的318.95億元新臺幣資本預(yù)算執(zhí)行案，都將用于增加產(chǎn)能，預(yù)計今年資本支出將維持調(diào)高后的23億美元。
新建廠部分，年初公告的1000億元新臺幣南科新建廠計劃，將布建28nm制程，月產(chǎn)能2.75萬片，預(yù)計2023年第二季生產(chǎn)，資本支出預(yù)估將落在明、后年。
格芯
近期，格芯動作頻頻。上周，格芯宣布，今年將提高車用芯片產(chǎn)量，并將斥資60億美元擴(kuò)產(chǎn)。
格芯車用事業(yè)部高級副總裁霍根（Mike Hogan）表示：“我們2021年在提高更多車用產(chǎn)能方面大有進(jìn)展，向汽車領(lǐng)域出貨的晶圓將比2020年增加逾一倍，預(yù)期2022年和之后將進(jìn)一步擴(kuò)大產(chǎn)能。格芯正在全球投資逾60億美元以提高產(chǎn)能，其中40億美元用于擴(kuò)展格芯在新加坡的工廠，10億美元則用于在美國和德國的擴(kuò)產(chǎn)。所有這些晶圓產(chǎn)能都可用于汽車。”
在各大客戶催貨之下，晶圓代工廠的擴(kuò)產(chǎn)大賽已從先進(jìn)制程一路蔓延至成熟制程，近期在車用電子大廠要求下各大廠都拉高擴(kuò)產(chǎn)幅度。
此外，格芯已經(jīng)根據(jù)歐洲共同利益重要項目（IPCEI）第二版申請了微電子項目的資金，希望從2024年起擴(kuò)大其本地生產(chǎn)能力。格芯首席執(zhí)行官湯姆·考菲爾德（Caulfiled）表示，該公司將在未來兩年內(nèi)在德累斯頓投資10億美元，以達(dá)到目前晶圓廠的[敏感詞]生產(chǎn)能力。制程工藝方面，涵蓋從55nm到22nm的FDSOI等。
中芯國際
一周前，中芯國際宣布于2021年9月2日和中國（上海）自由貿(mào)易試驗區(qū)臨港新片區(qū)管理委員會簽署了合作框架協(xié)議，共同成立合資公司，規(guī)劃建設(shè)產(chǎn)能為10萬片╱月的12英寸晶圓代工生產(chǎn)線項目，聚焦于提供28nm及以上技術(shù)節(jié)點(diǎn)的晶圓廠。該項目計劃投資約88.7億美元。
而在今年的3月17日，中芯國際公告稱，公司和深圳政府（透過深圳重投集團(tuán)）擬以建議出資的方式經(jīng)由中芯深圳進(jìn)行項目發(fā)展和營運(yùn)。依照計劃，中芯深圳將開展項目的發(fā)展和營運(yùn)，重點(diǎn)生產(chǎn)28nm及以上的集成電路并提供技術(shù)服務(wù)，旨在實現(xiàn)最終每月約40,000片12英寸晶圓的產(chǎn)能。預(yù)期將于2022年開始生產(chǎn)。
中芯國際還于2020年8月在北京成立了一家合資公司，專注于28nm，投資76億美元。
可見，中芯國際將大力拓展28nm制程相關(guān)產(chǎn)能。
營收方面，中芯國際2021年第二季毛利為405.0百萬美元，相較于2021年[敏感詞]季的250.1百萬美元增加61.9%，相較于2020年第二季的248.6百萬美元增加62.9%。2021年第二季毛利率為30.1%，2021年[敏感詞]季為22.7%，2020年第二季為26.5%。中芯國際的毛利率突破30%，也是一個歷史性時刻。
三星
三星一直在先進(jìn)制程方面追趕臺積電。7nm制程方面，有統(tǒng)計顯示，在2020年，三星每月的產(chǎn)能約為2.5萬片晶圓，5nm方面，三星每月約為5000片晶圓。
5nm方面，三星的低功耗版本5LPE性能比7nm的提升了10％，而在相同的時鐘和復(fù)雜度下，功耗可降低20％。據(jù)悉，5LPE在原始工藝中增加了幾個新模塊，包括具有智能擴(kuò)散中斷（Smart Diffusion Break：SDB）隔離結(jié)構(gòu)的FinFET，以提供額外的性能，[敏感詞]代靈活的觸點(diǎn)設(shè)置（三星的技術(shù)類似于英特爾的COAG，有源柵上的觸點(diǎn)），可用于低功耗的鰭式器件。
三星表示，5LPE在很大程度上與7LPP兼容，這樣，5LPE設(shè)計可以重新使用至少一些為原始工藝設(shè)計的IP，從而降低了成本并加快了上市時間。但是，對于可以充分利用SDB等優(yōu)勢的IP，三星建議重新設(shè)計。
另外，三星代工負(fù)責(zé)人表示，該公司已完成第二代5nm和[敏感詞]代4nm產(chǎn)品的設(shè)計。
客戶方面，2020年，三星將其晶圓代工廠產(chǎn)能的60％用于其公司內(nèi)部使用，主要用于智能手機(jī)的Exynos芯片。其余產(chǎn)能分給客戶，包括高通（20％），另外20％由英偉達(dá)、IBM和英特爾瓜分。而隨著三星在2021年增加7nm、5nm等制程的產(chǎn)能，其自用比例將會下降，可能降至50％，更多滿足客戶需求。
另外，三星也在韓國和美國積極投資建設(shè)新晶圓代工廠，主要用于5nm和3nm制程。
英特爾
本周，英特爾將開始在美國亞利桑那州新建兩座12英寸晶圓廠，主要用于將來的晶圓代工業(yè)務(wù)。
隨著英特爾新任CEO上任，點(diǎn)燃了該公司大規(guī)模擴(kuò)建晶圓廠的熱情，特別是在美國本土，由于其要大力發(fā)展晶圓代工業(yè)務(wù)，所以決定投資200億美元在亞利桑那州新建兩座晶圓廠，計劃于2024年投入生產(chǎn)，新晶圓廠將采用先進(jìn)制程工藝技術(shù)。增加的工廠將在該公司的Ocotillo園區(qū)（亞利桑那州，錢德勒），這樣，他們在當(dāng)?shù)氐墓S數(shù)量將從4個增加到6個。
另外，英特爾宣布計劃投資200億美元，在歐洲建設(shè)新的晶圓廠，并在多個歐盟成員國同時進(jìn)行投資。該公司表示希望能夠獲得歐盟更多資金和政策支持，還希望歐盟能夠提供一塊周邊基礎(chǔ)設(shè)施完備、占地超過4平方公里的土地，以便建設(shè)8座晶圓廠。英特爾與德國巴伐利亞州就慕尼黑附近可能建立一家晶圓廠進(jìn)行談判。巴伐利亞州已提議在慕尼黑以西，彭辛-蘭德斯貝格的一個廢棄空軍基地，作為該工廠的可能地點(diǎn)。
這些動作都是為了發(fā)展代工業(yè)務(wù)。
早些年，IDM產(chǎn)能有余量的時候，會向外提供晶圓代工服務(wù)，但最近這些年，隨著產(chǎn)能需求的大幅增長，以及創(chuàng)新應(yīng)用、芯片、工藝的涌現(xiàn)，傳統(tǒng)IDM產(chǎn)能外包服務(wù)幾乎無法滿足市場需求了，而專業(yè)的晶圓代工服務(wù)在市場上的地位愈加突出，這也是英特爾下定決心大舉進(jìn)攻Foundry業(yè)的根本原因。實際上，該公司多年前就開始涉足Foundry業(yè)務(wù)了，但一直沒有真正給予重視和投入，使其在市場上幾乎沒有競爭力。今年，IDM 2.0的推出，體現(xiàn)出了該公司發(fā)展代工業(yè)務(wù)的決心。
結(jié)語
晶圓代工的火熱局面還在延續(xù)，全球晶圓廠建設(shè)也是如火如荼，半導(dǎo)體業(yè)進(jìn)入了史上少有的瘋狂周期，產(chǎn)業(yè)人好好享受吧。
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