美國的芯片產能“危機”_風聞

來源：內容由半導體行業觀察（ID：icbank）原創，作者：李壽鵬，謝謝。

作為全球半導體業的霸主，同時也是古典的IDM龍頭，英特爾最近幾年遇到的麻煩和挑戰越來越多，而依然能夠保持行業第一的位置，還是很見功力的。

在各種挑戰中，產能不足無疑是一個非常令其頭疼的問題，特別是其最先進的量產製程工藝14nm，飽受產能不足的困擾，不僅給英特爾，還給其主要客户，如戴爾、惠普和聯想等帶來了不少麻煩，2019年，因為英特爾遲遲不能交貨，使得戴爾等PC廠商不得不改變事先制定好的產品上市策略和節奏。這對雙方來講都是件尷尬的事。

14nm產能不足的問題不僅僅出現在2019年，在更早的時間就有苗頭，只是問題在2018和2019年較為集中地爆發出來。之所以如此，一方面是因為英特爾對先進製程工藝的要求較為嚴苛，對“摩爾定律”高度摩拜，幾乎是一絲不苟地按照每18~24個月，將CPU的晶體管數量和性能提升一倍的規律進行，在很長一段時期內是不打折扣的，這種策略與晶圓代工廠還是有區別的。畢竟英特爾是傳統的IDM模式，芯片的生產製造是一個完全面向內部的閉環系統，不存在各種各樣的Fabless客户需求壓力，可以按照自己的節奏進行，這樣，先進製程的整體節奏就不會那麼快。

另外，在堅定不移地遵循“摩爾定律”的情況下，英特爾對先進製程（10nm及7nm）的研發困難程度預估不足，導致10nm製程經過5年多的攻關才進入初步量產階段。這也是導致其14nm產能不足的一個重要原因，因為該公司在10nm上投入了大量的資源，本來認為會按照事先制定的時間表量產，但事與願違，量產時間一拖再拖，這肯定會打亂其先進製程發展節奏，從而對14nm的推進產生了影響。因此，2018和2019年不斷傳出其14nm製程CPU要找外部晶圓代工廠代工生產的消息。

到了2019年11月，外媒終於確認，英特爾將部分CPU的生產訂單外包給了三星，這在很大程度上緩解了其14nm產能不足的問題。

實際上，最近這些年，英特爾將其芯片製造外包出去的案例越來越多，主要的承接方自然是台積電（強者更相信強者），例如，英特爾曾將採用16nm製程的Nervana NPP-T神經網絡加速器，以及7nm製程的Mobieye汽車芯片和Barefoot網絡芯片交由台積電代工。不過，從Nervana前不久黯然退出英特爾產品序列的情況來看，該公司交給台積電生產的芯片在其公司內部的權重不高。

除了CPU，看到英偉達和AMD在GPU市場如魚得水的表現之後，英特爾也開始了獨立顯卡的研發工作。2019年就有消息稱，英特爾會將其新研製的Xe架構GPU交由台積電生產。而隨着台積電5nm製程在全行業內率先實現量產，英特爾對台積電先進製程的生產能力似乎也越來越信服，最近又有消息稱，到了2021年，除了新研製的GPU之外，英特爾還打算將其部分CPU交給台積電生產，而且還是先進製程，但具體是7nm，還是5nm，現在還不得而知。而且需要的產能也不少，每月2萬片晶圓。

期待製造業迴歸

無論是歷史，還是當下，美國都是全球半導體業的霸主。不過，細分來看，情況就複雜得多，例如，美國的IDM和Fabless企業的行業影響力綜合水平很高，不過，其Foundry的綜合水平明顯弱於亞洲，而從2019全年和2020上半年全球半導體業的細分表現來看，Foundry是最為穩定，且營收表現總體向上，不像IDM和Fabless那樣動盪。

另外，從IDM來看，由於是傳統產業模式，而且美國又是半導體業的發源地，其技術和產線更新迭代的速度較之Foundry，在節奏上還是慢的，而Foundry應對市場需求變化的能力要好於IDM。在這種情況下，不少IDM，特別是美國企業，近些年越來越多地將芯片外包給Foundry，特別是中國台灣地區的企業。

再有，美國的Fabless企業都非常強悍，如高通、博通、英偉達、AMD、賽靈思，包括蘋果自研的手機AP，大都交由亞洲的Foundry，特別是台積電生產。在台積電的營收當中，有約60%來自於美國的Fabless客户，特別是上邊提到的那6家大企業。這一方面説明台積電的營收對美國客户的依賴程度很高，另一方面，客觀上也體現出美國的芯片生產能力已經是其半導體產業的短板了。如AMD，該公司芯片原本是由格芯代工的，但由於後者於2018年宣佈退出10nm及更先進製程的競爭，使得AMD的7nm芯片不得不選擇交給台積電代工。此消彼長，不進則退，美國芯片的先進製程工藝製造水平與亞洲的差距似乎在拉大。

這也符合美國整體製造業規模下降，競爭力不足的情勢。也正是因為如此，美國政府極力渴求台積電在美國建設先進製程產線。

更多的IDM產能問題

前文提到英特爾因產能不足，不得不將CPU外包生產，這主要涉及邏輯芯片，這在很大程度上是在新老技術和產線交替階段出現的產能問題。而除了邏輯芯片外，在模擬芯片領域似乎也存在類似的問題。

ROI愈加重要

以模擬芯片龍頭德州儀器（TI）為例，該公司的部分技術和產線也處在新老交替階段，同時也要優化產能和ROI（投資回報率）。

今年2月，在公司電話會議上，德州儀器表示，將在未來幾年內關閉其最後兩個150mm（6英寸）晶圓廠，同時，在其德克薩斯州Richardson工廠建造下一個300mm（12英寸）晶圓廠。德州儀器投資者關係主管Dave Pahl在電話會議上説：“這將是一項多年計劃，預計不遲於2023年至2025年完成。”

Pahl表示，每年在這兩個150mm晶圓廠生產約15億美元的產品，很大一部分將轉移到300mm晶圓廠，從而提高生產率和經濟效益。

該公司表示，建成後，這座新工廠將能提供具有競爭力的交貨時間和成本的產品，因為更大的300mm晶圓生產的模擬芯片數量是150mm晶圓的兩倍以上。選擇Richardson的原因之一是：與其現有的RFAB十分靠近，有助於運營效率提升。

在關閉落後產能方面，行業內主要的模擬和模數混合芯片IDM廠商都有着普遍的共識，除了TI之外，另一家大廠ADI也計劃在2021年關閉位於加利福尼亞州米爾皮塔斯的150mm晶圓廠。

在模擬芯片市場，像TI、ADI這樣的廠商，都有着高於行業平均水平的毛利率。以TI為例，在過去10年內，其利潤和利潤率保持上升態勢，並在2018年創造了新高。按照TI的説法，創造高利潤率與他們用12英寸晶圓廠生產模擬芯片、降低成本有關。數據顯示，TI的模擬芯片在2018年的運營利潤率高達46.7%。

近些年，TI一直在穩步提升其300mm晶圓模擬芯片的產量，以削減成本並提高生產效率。TI表示，300mm晶圓廠的產量比競爭對手使用的200mm工藝生產的芯片便宜40％。此外，對於模擬用途，300mm晶圓廠的投資回報率可能更高，因為它可以使用20到30年。

TI將很多邏輯和嵌入式IC生產外包給代工廠，但模擬芯片主要都是在其自家的工廠生產。該公司目前擁有兩個300mm晶圓廠，分別名為RFAB和DMO56。截至2017年，其300mm模擬芯片產量佔其整體模擬芯片產量的40％，而到了2018年，這一比例提升到了50％左右。考慮到5G，IoT、汽車和雲計算等應用的成熟和大規模擴展，會推動相關模擬芯片需求的增長，因此，該公司有充分的理由進行300mm晶圓廠擴展，以保持並進一步提升其高利潤率。

然而，這一過程是需要時間的，在新舊技術和產能更替這一段時間內，對其產能會是一個考驗，特別是競爭對手虎視眈眈的情況下，要想大幅度提升市場率，已經非常困難（TI目前在全球模擬芯片的市佔率達到18%左右，比排名第二的廠商高出一倍），這種情況下，該公司希望進一步提升ROI，以實現其不斷前進的目標。

不過，鑑於2019年低迷的半導體市場行情，以及不甚理想的營收狀況，TI在Richardson 投資建設300mm晶圓廠計劃並不如當初預想的那樣順利，可能要推遲兩年才能完成。

總之，無論是英特爾那種因產能不足，將芯片製造外包，還是像TI這種，建造300mm晶圓廠，淘汰落後的150mm晶圓廠，都是在技術和產線迭代更新階段，不得不面對產能問題。

化合物半導體代工需求旺

在化合物半導體板塊，美國也有優勢。不過，隨着技術的迭代和市場需求的發展，這方面芯片製造外包的需求量也不小。

當下，化合物半導體龍頭企業仍以IDM模式為主，如美國的Skyworks、Qorvo、Broadcom/Avago以及Cree。Avago和Skyworks除芯片設計業務外，也有自己的工廠，當自身產能不足時，會將部分訂單交給中國台灣代工廠，Avago的代工廠商是穩懋，Skyworks的代工廠商是宏捷科技。

與此同時，化合物半導體產業的代工模式也在不斷加強，相對於IDM，代工比例持續提升。2018年，Avago將其位於科羅拉多的工廠出售給了中國台灣的穩懋，Avago以1.85億美元入股穩懋，成為穩懋第三大股東，未來，Avago的HBT生產線產品將全部由穩懋代工。穩懋的客户還包括Murata、Skyworks、紫光展鋭和Anadgics等。

代工業務的發展，在很大程度上是因為GaAs技術和市場已經發展到了非常成熟的階段，特別是其襯底和器件技術不斷實現標準化，產品多樣化，相應的設計企業增加，使得代工的業務需求不斷增加。

這樣，在化合物半導體制造領域，美國對亞洲的依賴程度也在增加。

結語

美國是全球半導體業的霸主，但其芯片製造業危機四伏。在這樣的市場狀況，以及美國製造業政策的影響下，對於全球的半導體製造業來説，機遇和挑戰並存。