12吋和8吋晶圓增量市場誰將更勝一籌？_風聞
半导体行业观察-半导体行业观察官方账号-专注观察全球半导体最新资讯、技术前沿、发展趋势。2020-11-05 15:16
來源：內容來自半導體行業觀察（ID：icbank），作者：觀芯，謝謝。來自SEMI的統計和預測數據顯示，今年，全球用於12吋晶圓廠的投資額有望同比增長13%，創造歷史新紀錄。而且，由於疫情影響，全球數字化轉型進程將加速，這樣，2021年在12吋晶圓廠上的投資將在今年的基礎上再創新高，預計同比增長4%，之後的2022 年稍微放緩後，2023年將再創新高，達到700億美元的規模。如果市場真如SEMI預測那樣發展的話，那麼在接下來的三年裏，全球半導體制造市場將迎來一個新的發展高潮。
在晶圓廠數量方面，SEMI表示，排除低可能性或謠傳的晶圓廠建設，保守估計，2020年至 2024年至少新增38座12吋晶圓廠，其中，中國台灣增加11座，中國大陸增加8座，兩地區合計佔總數的一半。預計2024年12吋晶圓廠總數將達到161座，晶圓廠月產能有望增長180萬片(wpm)，達到700萬片以上。
近幾年，雖然中國大陸在12吋晶圓廠建設方面出現了不少泡沫，但總體增長的勢頭，特別是市場對產能的需求量一直是剛性增長。在這種情況下，中國大陸產能佔全球比重將快速增長，據統計，2015年的市佔率僅為8%，而到2024年將增至20%，月產能也將達150萬片。SEMI認為，儘管非中國公司在這一波增長中佔很大一部分，不過中國企業組織也正加速投資，相關企業今年佔中國大陸產能約43%，2022年將達到50%，2024則有望升至60%。
與中國大陸相比，日本在全球12吋晶圓產能比重持續下降，2015年約佔19%，2024年將跌至12%；美洲也將從2015年的13%，跌至2024年的10%。SEMI認為，韓國將成為最具發展潛力的市場，投資額在150億至190億美元之間，緊隨其後的中國台灣投資額約為140億至170億美元，中國大陸為110億至130億美元。
涉及到具體的芯片產品，12吋晶圓廠最大資本支出依然會用在存儲芯片（DRAM和3D NAND）上，預計2020到2023年的實際和預測投資額每年都將以高個位數穩健增長，2024年幅度有望進一步擴大到10%。另外，用於邏輯芯片/MPU和MCU的投資在2021到2023年也將穩步提高，特別值得關注的是功率器件，用在該類產品的投資增長幅度在2021年有望超過200%，而2022和2023年也將保持兩位數的增長率。
以上談的是全球12吋晶圓廠及其產能的市場狀況和發展態勢。當下，不只是12吋，8吋晶圓廠和產能狀況也非常惹人關注，因為市場需求出現了前所未有的高漲，一點兒不遜於12吋的行情。
以往，8吋晶圓被認為是落後產線，更關注12吋晶圓產線的建設和量產。然而，就是這一比12吋晶圓“古老”多年的產品，8吋晶圓芯片產能從2018年起，就處於明顯不足的狀況，而從2019年和即將過去的2020年來看，8吋晶圓產能依然很緊張，特別是在中國大陸地區，在多條12吋產線上馬的情況下，似乎有些忽視了8吋晶圓產能問題。總體來看，無論是IDM，還是晶圓代工廠，8吋晶圓產能在我國大陸地區一直都很緊俏，產能利用率相當高。
出現這種狀況的原因主要是市場對模擬芯片的需求量一直在提升，電源管理、功率器件、CMOS圖像傳感器、MEMS傳感器、RF收發器、PA、濾波器，ADC、DAC等等，大都投產在8吋晶圓產線裏。
SEMI預計，2019~2022年，全球8吋晶圓產量將增加70萬片，增加幅度為14%，其中，MEMS和傳感器相關產能約增加25%，功率器件產能預估將提高23%。據SEMI統計，2019年的15個新晶圓廠建設計劃中，約有一半是8吋的。
正因為市場需求如此強勁，未來幾年對8吋晶圓產能的需求不斷提升，為了滿足需求，新的產線建設陸續上馬，這説明目前的產能無法完全滿足供給需求。那麼，8吋晶圓產能為何仍滿足不了應用需求呢？原因是多方面的。
首先，當然是模擬芯片應用需求強勁，特別是隨着物聯網、5G及新能源汽車的逐步落地，對功率器件（以IGBT和MOSFET為主）的需求相當強勁，而這也給了8吋晶圓更多的商業機遇。
其次，8吋晶圓代工產能與交期一直都比較緊張。主要晶圓代工廠的8吋線產能普遍緊張，而且，大部分模擬、分立器件市場由IDM大廠把持，如英飛凌、德州儀器（TI）等，但因產能有限，這些IDM通常會將訂單外包給晶圓代工廠代工，同時，在從6吋轉向8吋過程中，部分IDM的主要產能專注於12吋線，沒有額外增添8吋線，這樣就不得不將8吋產品外包。因此，大部分IDM擴產幅度比需求增長幅度低，外包的比例會越來越高，這樣就加劇了晶圓代工廠訂單供不應求的局面。
再有，相關設備供給不足（很多設備廠都已經不再出產8吋晶圓加工設備了，因此，這些年全球、特別是中國大陸地區的二手8吋晶圓設備很受歡迎）、8吋硅片產量受限等，也都是形成整體市場產能吃緊的原因。
12吋與8吋晶圓，到底誰更香？
目前，硅晶圓的主力是8吋和12吋的，然而，早些年，6吋（150mm）晶圓曾一度統治市場，6吋廠於1980年開始生產，當時主要是英特爾在推動其發展，在那之前，4吋還是市場主力軍。8吋晶圓廠在1990年開始快速增長，當時是以IBM與西門子合作生產64位DRAM為代表，而12吋晶圓廠從2000年後開始穩定增長。
產能方面，8吋晶圓在1998年超過6吋晶圓產能並在2007年達到頂峯，2008年，12吋晶圓產能超過8吋的，8吋晶圓產能在2008年到2009年間下降，但仍為增長趨勢。
1995年，全球8吋晶圓廠的數量為70個，到2007年達到歷史最高峯的200個，到2015年底又降至180個，1999到2018年間，全球總共關閉了76家8吋晶圓廠，在2008-2009年金融危機期間，多數8吋晶圓廠關閉或轉型到12吋晶圓廠。這主要是因為晶圓尺寸越大，可利用效率越高。12吋晶圓擁有較大的晶方使用面積，得以達到效率最佳化，相對於8吋晶圓而言，12吋的可使用面積超過兩倍，具有更好的成本效益。
除了前文給出的SEMI統計和預測之外，下面再來看另一組數據，來自IC Insights的統計和預測顯示，2018-2021年間，全球範圍內可量產的12吋晶圓廠每年都會增加，到2021年，將達到123家，而這一數字在2016年為98家，基本上所有新建設的晶圓廠都將用來生產目前急缺的DRAM、閃存，或者增強現有的代工能力。截至2016年底，12吋晶圓貢獻了全球IC晶圓廠產能的63.6%，預計到2021年底這一數字將達到71.2%，在這5年內，以硅片面積計算的年複合平均增長率達到8.1%。
2008到2016年期間，總共有15座晶圓廠從8吋轉型為12吋的。與8吋晶圓相比，12吋的本來已經體現出了明顯優勢。然而，從2016年開始，8吋晶圓廠關閉的速度開始減緩，而近兩年的市況似乎進一步拉近了它們之間的距離。無論是產能需求，還是新廠建設，或是舊廠拆除、改造等，8吋線似乎煥發了第二春。
總體來看，無論從總體表面積，還是實際晶圓出貨量來看，12吋晶圓都是現在使用的主力晶圓尺寸。儘管如此，8吋晶圓廠仍然具備相當長的生命力。到2021年，8吋晶圓的IC生產能力預計仍將保持增長態勢，以可用硅片總面積計算，年均複合增長率預計為1.1%。