先進製程晶圓廠淘汰賽：20年鋭減九成_風聞

來源：內容來自半導體行業觀察（ID：icbank）原創，作者：蔣思瑩，謝謝！前不久，Yole在其發佈的一份調研報告中稱，在過去的幾十年裏（自1965年以來），摩爾定律一直指導着全球半導體行業，先進製程的發展提高了性能和成本。2002年以後（130納米），該行業經歷了幾輪整合，規模化效應深刻地影響了這個領域的發展。目前，先進製程是一個寡頭壟斷市場，僅剩下了少數關鍵參與者。

（圖片來源：Yole）

Yole在其報告中也給出了一份更為直觀的變化圖表。從這張圖中，我們不難發現這樣一個事實——在進入到21世紀後，致力於先進製程的玩家從26家已經降到了3家。換言之，在短短的20年間，先進製程玩家減少了近九成。

先進製程競玩家數量的一次大衰退

摩爾定律指導着先進製程邁進了21世紀，彼時，開創了晶圓代工模式的台積電的鋒芒還未如今日般耀眼，那仍是一個以IDM模式為王的年代。先進工藝的進步依舊能為當時的半導體廠商們帶來豐厚的利潤。

因此，最初實現半導體產業騰飛的美國、以及受惠於第一次半導體產業轉移紅利的日本廠商們幾乎佔領了整個芯片製造領域。

但從2002到2006年，就陸續有玩家開始退出先進製程的競爭，包括Sanyo、Rohm、ON、Mitsubishi、Hitachi、Atmel、HLMC以及ADI均沒有在第一時間推出90nm工藝。由此可以看出，在期間退出先進節點競爭的日本廠商較多。

結合當時半導體的市場情況來看，日本半導體廠商在經歷了一輪高速成長後，遭受到了美國的打壓，在1991年美國單方面聲稱日本違約，再次強迫日本簽訂了第二次半導體條約後，日本半導體廠商迎來了失落的二十年。而當時，驅動先進工藝成長的正是DRAM，這也是日本半導體所見長的領域。而後日本廠商開始轉向半導體上游產業鏈，這或許也是他們相繼放棄向最先進的芯片製造工藝發起進攻的原因之一。

接下來，在90nm向65nm工藝過渡的過程中，又陸續有六家半導體企業退出了先進工藝的競賽，與此同時，又有新的玩家又出現在了65nm節點的競爭中。

從Yole提供的數據來看，在2006至2008這兩年中，消失在65nm工藝製造名單中的企業有Sony、Sharp、Infineon、Freescale、Cypress以及AMD。

從中我們可以看到，除了日本廠商以外，那些被我們所熟知的，在汽車芯片領域有着赫赫威名的廠商開始逐漸退出了先進工藝的競爭。在他們退出先進製程競爭的背後，是芯片製造能力已經不能為之提供足夠的優勢。

以英飛凌為例，他們在2008年宣佈放棄65nm製造工藝。根據媒體在2008年的相關報道顯示，當年英飛凌的首席執行官Wolfgang Ziebart曾表示，如果半導體企業想在眼前這一波行業整合潮中生存下來，應該將注意力從建造晶圓廠轉移到建造系統之上，並且必須和客户建立深層次的技術合作關係。他表示：“半導體廠商曾經擁有的競爭優勢已經消失，現在每家企業基本在同時期內都能使用到相同的製程技術。在過去，這是區別半導體企業實力的關鍵。”

在他的這一番話中，便可以清楚地看到晶圓代工模式的崛起。而從晶圓代工這個市場角度中看，在2002年台積電穩坐全球第一大晶圓代工廠後，他就在先進工藝上的進步一路突飛猛進。而在台積電實現從90nm到65nm的路上，還需要重點提到另一重要角色——ASML。當時，153nm光刻機遇到瓶頸，2002年時任台積電研發副總、世界微影技術權威林本堅博士提出了浸沒式系統的概念，ASML 抓住了這個機會，決定與台積電合作，在 2003 年他們開發出了首台樣機 TWINSCAN AT:1150i，成功將90nm製程提升到65nm。

而我們都知道，半導體工藝設備尤其是光刻設備從來不是一筆小的支出。而這或許也促成了一些IDM企業走向了fabless模式或是lite FAB。這個跡象，從90nm過渡到65nm期間就已顯現，其中的代表就是AMD於2008年出售了其芯片製造部門，而這也成為AMD歷史上最重大的戰略變革。

根據相關報道顯示，當時AMD連續7個季度虧損，其中大部分虧損都與運營昂貴的芯片生產廠有關。那些芯片生產廠的建設成本一般在30億美元到50億美元之間，每年還需要大量資金對它們進行技術和設備升級。AMD的新管理層認為，分拆芯片製造業，是繼續保持其競爭力、避免被邊緣化的最佳選擇。當時AMD公司CEO梅耶爾（Dirk Meyer）對此的解釋是：“AMD探索出了一條創新的道路，使我們可以集中精力於創新的設計，而不需大量投資於半導體生產。”

至此以後，IDM玩家開始落寞於先進工藝的競賽當中，晶圓代工模式開始初顯鋒芒。

淘汰賽加快的速度

在IDM開始紛紛尋求轉型的過程當中，先進製程的競賽在摩爾定律的指導下依舊在繼續向下延伸。在65nm工藝向下發展的過程中，先進製程市場迎來了短暫的平靜。而就在進入到45nm節點以後，這個市場又出現了新的變化，退出先進製程玩家的數量不再出現大幅度的減少，但其市場淘汰的頻率卻開始加快——每一代新節點的更新，就有玩家被淘汰。

可以從文章開篇的圖中得知，從45nm過渡到22nm/20nm器件，先進製程玩家由14家減少到了7家，這其中就包括了TI、STM等企業。

而我們都知道，TI作為全球最大的模擬芯片廠商，他們有着極高的毛利率，這種“不差錢”的廠商為什麼也要放棄先進製程技術的追逐，是先進製程不香了嗎？從2010年相關報道中顯示，當年TI宣佈放棄32nm及以下的研發，而另一方面他們則在積極收購二手生產線。當時的分析師稱，TI並不需要非常先進的製造工藝，因為目前（2010年）一流的模擬電路在0.18微米水平，所以其收購二手生產線是十分合理的。“對於TI而言，32nm製程的複雜性、浸入式微影和重複圖形曝光等技術太難了。”倫敦ABN Amro銀行半導體分析師Didier Scemama稱，“製程方面的優勢很明顯地抵不上開發的成本。”

於是在經過了這一輪輪的淘汰賽之後，進入到22nm/20nm節點以後，具有先進工藝製造的企業就大都是晶圓代工廠。可以説，進入到22nm/20nm節點以後就先進工藝就成為了晶圓代工廠之間的競爭，他們也成為了推進先進工藝繼續往下走的主力軍。

接下來晶圓代工廠之間的競爭就是被我們所寫了無數遍的複述。比如推動22nm及以下工藝進步的晶體管架構到底是FinFET還是FD-SOI，比如受惠於新興市場的崛起，芯片設計廠商的增多為晶圓代工廠帶來的機會，又比如新節點的命名是否符合摩爾定律的初衷，再比如被業界廣泛討論的摩爾定律是否已經失效了。

就在圍繞着先進工藝節點繼續向下發展的討論聲還沒有停歇之時，有些晶圓代工在爭議中得到了成長，而有些晶圓代工廠卻放棄了繼續向下走——GF和UMC的退出，讓先進製程逐漸成為了一個寡頭壟斷市場。因此，在10nm及以下工藝的競爭中僅剩的3個玩家之間的競爭就更引得行業的重視。

而這也引發了一些新的變化，即三星和英特爾在競爭的過程中都陸續開放了其晶圓代工業務——三星於2017年將其晶圓代工業務獨立出來，與台積電形成直接競爭。今年英特爾宣佈，公司將成為代工產能的主要提供商，起於美國和歐洲，面向全球客户提供服務。由此來看，先進工藝的競爭似乎已經進入到了一種白熱化的階段。

於是這也就形成了這樣一種局面——在IDM企業都已經適應了外包製造這一情況後，以台積電、三星、英特爾為代表的先進工藝廠商幾乎就可以代表了全球芯片製造能力之所在。而為了搶奪更多的機會，他們現在又在滿世界建廠。其中，他們在美國的部署又尤為受到關注，除了台積電和三星陸續宣佈將在美國建設新的晶圓代工廠以外，英特爾新任CEO也在前不久針對其芯片製造能力做了一系列的部署，根據其計劃來看，英特爾將在美國亞利桑那州投資200億美元新建兩座晶圓廠。而從公開的資料中看，他們或都將在美國晶圓廠部署5nm及以下節點，而這或許也能提高未來美國在芯片製造方面的實力。

另外一方面，受惠於新興市場對成熟工藝的需求，我們看到，那些已經放棄了最先進節點開發的晶圓代工廠們和還擁有芯片製造能力的IDM廠商們又重新成為了業界關注的對象，他們同樣也構成了當今芯片製造能力的一個重要部分。

重資堆出來的芯片製造寵兒

在半導體地位日益高漲的今天，尤其是在芯片產能頻頻出現短缺的情況下，廠商們的芯片製造能力得到了重視。但無論對於晶圓代工廠來説，還是對IDM企業而言，提高芯片製造能力都將是一筆不小的開支。

根據分析機構Semico Researc前不久發佈的統計顯示，2020年，半導體資本支出增長9.2％，達到1,121億美元。這比其在2020年春季的預測高出141億美元，比2020年秋季的預測也高出32億美元。報告中還顯示了2020年至2021年的前15名支出者，報告稱，這些公司在2020年佔總資本支出的91％，預計到2021年將保持在總資本支出的91％。

（資料來源：Semico Research Corp.和公司資料）

報告中指出，三星和英特爾目前都選擇不提供指導。因此，Semico根據我們對設備和建築需求的期望，在上表中為兩家公司提供了估算。其中，根據Semico所估算的台積電的265億美元支出中，將約有80％將用於先進的工藝技術：3nm，5nm和7nm。其餘部分將在封裝/mask製造和專業技術之間大致平均分配。總額的一小部分將用於在亞利桑那州鳳凰城建造的新工廠。

三星方面，其公司2020年下半年的支出為18.3萬億韓元，比2020年上半年的14.7萬億韓元增長了24％，比2H19的13.8萬億韓元增長了33％ 。在這一年中，該公司的資本支出在2020年增加了46％。Semico預計，由於正在進行中的建設項目數量不斷增加，以及繼續向更先進的工藝節點過渡，三星在2021年的支出水平將相當。

報告最後指出：“到2021年，資本支出將增加近150億美元。其中，僅台積電就可貢獻超過90億美元，但還有許多其他公司正在擴大產能並遷移到新的工藝節點。”從這一點上，便可以芯片製造能力的提高需要重資本的投入。