推動晶圓廠產能轉移的三股力量_風聞

來源：內容來自半導體行業觀察（ID：icbank）原創，作者：暢秋，謝謝！

進入2020下半年以後，全球芯片業缺貨狀況達到歷史高峯期，特別是最近，汽車芯片嚴重缺貨，各大車廠不得不停產待援。

缺貨就意味着產能緊張，這種長時間、大規模、系統性的產能緊張，在很大程度上推動着晶圓廠產能的變化、轉移。總體來看，這種轉移表現在三個方面：一是地域性的轉移，特別是向中國大陸聚集；二是出於成本效率的考慮，多年來，8英寸晶圓廠逐步向12英寸轉移；三是不同類別芯片之間產能的轉移，即將相對夠用的芯片產能，轉為生產嚴重缺貨的芯片產線。

向中國大陸轉移

近些年，中國大陸的半導體業發展迅速，除了本土不斷上馬晶圓廠之外，各大國際知名晶圓廠紛紛來建廠，形成了愈加突出的產能聚集效應。

2016~2018年，中國大陸新增的12英寸晶圓廠大多來自中國台灣的台積電、聯電、力晶等，於廈門、南京、合肥等地設廠；另外，來自於美國的Intel、GlobalFoundries，也在大連、重慶等地投資數十億美元建廠。

據IHS預測，晶圓代工市場規模有望從2020年的584億美元，增長到2025年的857億美元，年複合增長率（CAGR）為8%，而成熟工藝晶圓代工市場將增長至415億美元。據IC Insight統計，2018年中國晶圓產能243萬片/月（等效於8英寸晶圓），中國大陸晶圓產能佔全球晶圓產能12.5%，隨着產能持續向中國大陸轉移，預計2022年產能將達到410萬片/月，佔全球產能17.15%。

但是，中國大陸代工廠商自給率嚴重不足。根據拓墣研究的數據，2020年第二季度，中芯國際和華虹份額加起來才 6%。此外，儘管這幾年中國大陸掀起晶圓代工廠建設高潮，據SEMI統計，2017-2020 年，全球 62 座新投產的晶圓廠中有 26座來自中國大陸，佔比超過40%，成為最積極、增速最快的地區。但多數新建晶圓廠在短時間內很難真正形成有效產能。這在很大程度上促進了晶圓廠產能向大陸轉移。

另外，還有一點很值得關注，那就是2015年以後，本土的IC設計廠商大量湧現，對芯片產能形成了潛在的巨大需求。同時，受上市、融資等目的驅動，很多“假”產能需求不斷湧現，特別是在缺貨行情的影響下，很多本土IC設計廠商加倍向代工廠要產能，由於設計企業眾多，多要出來的這部分產能是很可觀的，雖然有不少泡沫成分，但其在客觀上加速了產能向中國大陸的傾斜。

在這種情況下，大陸市場對外來晶圓大廠的吸引力越來越大，而從近期來看，韓國的三星和SK海力士表現得尤為積極。

三星非常重視西安的存儲芯片工廠，已經制定了三期計劃，而其第二工廠的第二階段投資將於2021年完成。三星在第一階段投資約90億美元，在第二階段投資80億美元。相信在不久得將來，三星西安廠生產的存儲芯片將成為本土三大存儲器廠最強有力的競爭者，特別是在性價比方面，本土企業將面臨挑戰。

SK海力士也非常看重中國大陸市場，原先計劃用兩年時間，將其韓國8英寸晶圓廠遷往中國，以節省成本。最近，該公司在財報電話會議上表示，為了應付快速增長的客户需求，將加快8英寸晶圓廠的遷移速度。

8英寸向12英寸轉移

晶圓尺寸越大，可利用效率越高。12英寸晶圓擁有較大的使用面積，得以達到效率優化，相對於8英寸晶圓而言，12英寸的可使用面積超過兩倍。

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英寸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英寸晶圓貢獻了全球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%。

無論從總體表面積，還是實際晶圓出貨量來看，12英寸晶圓都是現在使用的主力晶圓尺寸。儘管如此，8英寸晶圓廠仍然具備相當長的生命力。到2021年，8英寸晶圓的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%。不過，8英寸晶圓佔全球晶圓產能的份額，預計將從2016年的28.4%下降至2021年的22.8%。

早期的大部分6英寸硅晶圓生產線都已經轉向了8英寸的，然而，受制於成本和性能等因素，8英寸線轉向12英寸產線較為困難，主要體現在：12英寸晶圓廠進入門檻高，參與廠家數量較少，根據中芯國際新建上海12英寸晶圓廠投資金額數量可知，12英寸廠對代工企業廠房潔淨室清潔度及設備的精密度要求很高，初期投資及後續研發投入巨大，要達到百億美元級別才能具備市場競爭力。因此，儘管12英寸晶圓市場高速增長，但直接參與競爭的企業數量依然是少數。

另外，代表先進製程的12英寸晶圓廠生產的產品主要是精密製程的芯片，留給65nm及以上製程的空間並不多，12英寸廠的投資金額巨大也導致代工費用高昂，而這是對價格敏感的成熟製程產品所不希望看到的。同時，製程尺寸的微縮，會導致漏電的增加，因此，電池供電類應用通常會選擇8英寸產線，另外，MEMS傳感器、LED等產品，採用8英寸晶圓更具優勢。

也正是因為如此，8英寸晶圓廠具有相當長的生命週期。特別是由於市場對PMIC、顯示驅動IC，CMOS圖像傳感器（CIS），MCU，MEMS和其它特徵尺寸>90nm製程工藝技術的器件的強勁需求，晶圓代工廠從中受益頗多。這些器件是許多物聯網應用的關鍵組件，物聯網為8吋晶圓廠注入了新的活力。

不過，近些年，隨着市場對存儲和邏輯芯片需求的增加，特別是14nm及更先進製程的普及，市場對12英寸晶圓的需求日益迫切，這方面的成本效率越發突出。因此，8英寸向12英寸晶圓轉型的速度開始加快。

2008到2016年期間，總共有15座晶圓廠從8英寸轉型為12英寸的。

不只是在存儲和邏輯芯片方面，模擬和模數混合芯片廠商也越來越多地向12英寸產線轉移，典型代表就是德州儀器（TI）和ADI。

近些年，TI一直在穩步提升其12英寸晶圓模擬芯片的產量，以削減成本並提高生產效率。TI表示，12英寸晶圓廠的產量比競爭對手使用的8英寸工藝生產的芯片便宜40％。此外，對於模擬用途，12英寸晶圓廠的投資回報率可能更高，因為它可以使用20到30年。

不過，鑑於當下8英寸晶圓產能的短缺，8英寸向12英寸轉移的腳步可能再次放緩。

不同類別芯片間的轉移

近兩年，雖然全球芯片業呈現出整體缺貨的狀況，但細分來看，不同類型的缺貨狀況各不相同，如2017和2018年的存儲器，成為了缺貨和漲價的代名詞，但進入2019下半年後，情況急轉直下，價格一路下跌，產能利用率大幅下滑。也就是在那年，全球CIS傳感器需求出現了井噴，產量嚴重不足。為應對這種局面，CIS龍頭索尼在2019年史無前例地將部分CIS生產外包給了台積電，與此同時，CIS“二哥”三星在推出新技術的同時，也在提升CIS產能，於2017年開始改造12英寸DRAM產線FAB 11，用於生產CIS，2018年底完成改造；同時對FAB 13進行改造。

三星原本擁有1條CIS芯片專用產線，名稱為S4-Line，2019年，該公司CIS產能約為4.5萬片/月，隨着FAB 11和FAB 13線轉為CIS專用線，三星的產能將擴充到12萬片/月，目標是超過索尼每月10萬片的產能。

三星啓動轉線計劃充分説明CIS芯片市場的火爆程度，且在未來幾年仍將持續下去。此外，轉線計劃是在2018年底開始的，當時DRAM已經進入降價週期，通過將DRAM產線轉為CIS芯片專用線，三星還能夠規避存儲降價帶來的不利影響。

進入2021年以後，CIS依然是供不應求。據Omdia統計，中低端CIS嚴重短缺，三星從2020年12月起調漲CIS 價格40％，其它CIS供應商也漲價20％。導致這一波CIS 漲價的主因是8英寸晶圓代工產能吃緊，投片在8英寸晶圓生產的電源管理IC、驅動IC、指紋辨識IC、MOSFET 等產品，自2020下半年就陸續缺貨漲價。

目前，三星位於韓國華城的FAB 11 DRAM 產線已改建成CIS 產線，將CIS 總產能提高20％，並開始進入量產階段。

此外，一些CIS的IC設計企業，為了擺脱到處找產能而不得的被動局面，開始自建晶圓前後道產線，以保證給客户供貨。

除了CIS，近期產能最緊張的就是汽車芯片。為了獲得產能，歐美各國政府出面與台積電協商，希望後者能增加汽車芯片產能。由於台積電擁有全球汽車芯片70%的產能，所以，該公司的舉動會產生很大影響。為了儘快解決汽車芯片荒問題，台積電緊急啓動了特別緊急快件，要在相對短的時間內擠出原計劃生產其它芯片的產能，用於生產汽車芯片。

據悉，台積電正將部分55納米HV製程產能，由部分觸控面板驅動IC（TDDI）轉移給車用，由於敦泰TDDI有50%～60％產能委由台積電代工，短期內產出可能受到傷害。

在晶圓代工產能更加吃緊的環境中，DDI領導者聯詠與奇景光電專注於大尺寸與中小尺寸DDI，相比其他同業廠商，在獲得晶圓代工產能的順位取得優先，成本則會小幅增加。

無論是汽車芯片大規模缺貨，還是台積電啓動特別緊急快件程序，都是非常罕見的現象，這在很大程度上打亂了原有秩序和平衡。目前，芯片製造商急於滿足汽車製造商需求，很多芯片代工廠都在滿負荷運轉，從而限制了代工廠接受新訂單的能力，可能會影響晶圓廠生產DRAM及NAND芯片，反過來影響智能機及平板電腦的交付。

實際上，消費電子類芯片與車用芯片搶奪產能早有跡象。一方面，芯片製造商將調低的汽車芯片產能轉向消費電子領域，手機、電腦等消費電子類產品芯片銷量覆蓋羣體更大，部分芯片製造商不願重啓汽車芯片生產線；另一方面，隨着汽車製造商的芯片訂單再度放大，為搶佔市場，部分芯片供應商正在擴大汽車芯片產能。

結語

綜上，推動全球晶圓廠產能轉移的三股力量呈現出了不同的狀態和節奏：一、全球產能向中國大陸轉移的速度在加快，且勢不可擋；二、8英寸向12英寸轉移在不同時期有快有慢，這是因為不僅12英寸產能緊缺，8英寸的需求也很旺盛，且在可預見的未來依然具有十分可觀的市場規模；三、不同類型芯片之間的轉移，給供需關係增加了更多的不確定性，它還會推動IC設計公司、晶圓代工廠、IDM等商業模式的轉變，以實現更多的產能自主。