瘋狂的半導體，它將第一個倒下？_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。2021-09-29 11:23
來源：內容由半導體行業觀察（ID：icbank）編譯自eetimes，作者：湯之上隆，謝謝。
TSMC計劃自2021年起三年內投資1,000 億美元（約人民幣6,500億元）；三星電子計劃在2030年之前投資約16.5兆日元（約人民幣9,735億元），且僅用於Foundry領域，此外剛剛獲釋的李在鎔副會長還聲稱要投資約240兆韓元（約人民幣13,570億元，但是並未披露用於半導體方向的投資額）。美國英特爾計劃投資240 億美元（約人民幣1,560億元），此外還計劃未來十年內在歐洲投資約10兆日元（約人民幣5,900億元）。
對於以上這些企業的投資而言，都得到了各國政府的支援，甚至資金補助。中國這邊不用説太多。美國為了強化本國的半導體生產實力，計劃投資520億美元（約人民幣3,380億元）。而歐洲計劃在未來十年內投資約17兆日元（約人民幣10,030億元）。韓國提出了“K半導體戰略”，即如果企業在十年內投資約50兆日元（約人民幣29,500億元），便可享受政府的税收優惠政策。
據2021年8月28日的日本經濟新聞報道，今年（2021年）十家主要半導體廠家的合計設備投資額超過了12兆日元（約人民幣7,080億元）。此外，半導體行業組織SEMI的調查顯示，在2021年一一2022年間，新開工運營的半導體廠房達到29處（僅包含可以確認到的廠家，出自近期的日本經濟新聞）。
對於以上這些“異常”的設備投資現象和工廠的混亂情況而言，筆者認為它們就像電影《漢姆林衣色斑駁的吹笛手（英文名：The Pied Piper of Hamelin）》中跟着笛聲跳舞的老鼠（如下圖1）。此外，這些跟着笛聲跳舞的老鼠的前方是懸崖絕壁，“跳崖”後的結局就是半導體價格的大幅度下跌，接着就是半導體陷入大蕭條。
（圖片出自：eetimes.jp）
半導體已經開始大幅度擴產！
雖然主要的半導體廠家計劃投資12兆日元（約人民幣7,080億元）、已經開始建設29處工廠，但是要實現量產最快要到2022年的下半年，正常情況下需要到2023年。
但是，這些都預示着半導體的擴產在全球範圍內正如火如荼地進行。下圖2是每個季度的全球半導體出貨金額、出貨數量的推移表。在2018年（即存儲半導體泡沫破裂時）第三季度（Q3），半導體出貨金額達到了2,658億美元（約人民幣17,277億元），出貨數量達到了1,249億個。
後來，半導體出貨金額和出貨數量因存儲半導體危機而下滑，原本處於恢復中的行情，又因新冠疫情再次下滑，在2020年第二季度以後迅速恢復。此外，2021年第二季度的出貨金額為2,894億美元（約人民幣18,811億元），出貨數量達到1,336億個，分別刷新了季度最高值。照此下去，未來應該會繼續保持增長勢頭。
下面我們看看各種半導體在每個季度的出貨金額（下圖3）。2021年第二季度，邏輯半導體出貨金額達到363億美元（約人民幣2,359.5億元），Mos Micro（包括處理器和微控制器）為189億美元（約人民幣1,228.5億元），模擬半導體為178億美元（約人民幣1,157億元），各類半導體的出貨金額都刷新了季度最高值。
圖3 ：各類半導體在每個季度的出貨金額（一一2021年第二季度），筆者根據WSTS的數據製作了此圖。（圖片出自：eetimes.jp）
另一方面，僅有Mos Memory（包括DRAM和NAND型閃存，以下簡稱為“NAND”）的出貨金額沒有超過2018年第三季度的最高峯值（441億美元，約人民幣2,866.5億元）。但是，在2020年第二季度一一2021年年第二季度期間，出貨金額的“急劇增長”讓人不免心生“恐懼”！之所以這樣説，是因為此處的“急劇增長”絕不亞於2016年一一2021年第三季度的存儲半導體泡沫時的增長趨勢。
話雖如此，存儲半導體的出貨金額應該不會無限度地一直增長下去。供給肯定會在未來某個時刻超過需求，迫使出貨金額下滑。屆時存儲半導體價格將會下幅度下滑，接下來到來的就是存儲半導體的大蕭條！
那麼，帶動存儲半導體市場迅速增長的“主角”是DRAM，還是NAND，還是二者？筆者就此展開論述。
DRAM的出貨金額和出貨數量
下圖4是DRAM在每個季度的出貨金額和出貨數量的推移。從圖4可以明顯地看出，圖3的存儲半導體市場的爆發式增長是起因於DRAM的。也就是説，在2020年第四季度一一2021年第二季度期間，DRAM的出貨金額呈近乎直線式地增長。此處與上圖3中存儲半導體出貨金額的趨勢極其相似。
那麼，為什麼DRAM的出貨金額急劇增長呢？從DRAM的出貨數量來看，可以看出2010年一一2018年期間的出貨數量基本保持在40億個左右，但在2019年第三季度前後出現急劇增長，2021年第二季度達到歷史最高值一一55.3億個。
筆者認為原因如下：在2012年以後，真正意義上的DRAM廠家其實僅有三星電子（Samsung）、SK海力士（SK hynix）、鎂光科技（Micron Technology）三家企業，三家企業在“在暗地裏達成一致意見，並調整生產”，致使出貨數量保持為一定數量。然而，2019年下半年以後，DRAM的“主戰場”從智能手機轉為服務器，導致以上三家公司的放棄了之前達成的一致意見，再次開始了競爭。結果，每家公司的出貨數量都出現了增長，這最終導致全球DRAM出貨數量迅速增長！
此外，不僅有以上三家DRAM廠家的競爭，還有新冠疫情的影響，筆者將在下面的文章中通過分析DRAM的價格進行明示。
NAND的出貨金額和出貨數量
下面我們來看看NAND在每個季度的出貨金額和出貨數量（下圖5）。2000年以後，NAND的出貨數量幾乎呈直線上升，然而在2016年以後，停止了增長！原因在於NAND從2D轉為3D。在2D的情況下，在使存儲單元（Memory Cell ）實現微縮化的同時，也縮小了芯片尺寸。結果，隨着微縮化發展，從單片晶圓上獲取的NAND數量也出現了增長！
然而，自2016年起，NAND就開始實現3D化。由於3D NAND的容量較大，因此開始縱向堆疊存儲單元（Memory Cell）。因此，就3D NAND而言，基本上芯片尺寸沒有變化。所以，在3D NAND發展的2016年，出貨數量基本持平，沒有什麼變化。
NAND的出貨數量在2018年（存儲半導體泡沫之時）第三季度達到了30億個，在2019年第一季度跌落為22億個。後來，在2019年的第四季度恢復至30億個，但是又因新冠疫情在2020年的第二季度下滑至約26億個。不過，後來又呈現出逐漸恢復的趨勢，在2021年第二季度達到了歷史最高值，即約33億個。
話雖如此，與DRAM的出貨數量的變化（新冠疫情之前約為40億個，疫情之後約為55億個，甚至更多）相比，NAND在新冠疫情之前的出貨數量約為30億個，疫情之後約為33億個，NAND數量的變化程度不及DRAM明顯。因此，可以斷言，存儲半導體市場發生直線增長的“罪根禍首”不是NAND，而是DRAM。
DRAM的即期價格（Spot Price）推移
分析至此，我們瞭解到，在2020年第四季度一一2021年第二季度期間，存儲半導體市場急劇擴大的主要原因在於DRAM出貨數量的增長。那麼，DRAM價格對於存儲半導體市場的造成了多大的影響？下面就DRAM的即期價格（Spot Price）和大宗交易價格（Contract Price）展開論述和分析。
首先，下圖6是2020年12月31日一一2021年9月17日期間各類DRAM的即期價格，此處的“DDR”為“Double Data Rate（雙倍速率同步動態隨機存儲器）”的縮寫，用以表示DRAM的規格，DDR3為DDR2的兩倍，DDR4為DDR3的兩倍。
從上圖6可以看出，與DDR3相比，DDR4 DRAM的價格較高，同樣的DDR4情況下，價格也按照16G、8G、4G的順序從高到低依次推移。DDR3 也是同樣，集成度高的產品價格相對較高。
下面我們把2020年12月31日的DRAM價格定為單位“1”，再看下各類DRAM的價格推移（下圖7）。2021年3月一一4月期間，兩類DDR3＿2Gb的DRAM價格高達單位“1”的2.4一一2.5倍。其次價格較高的是兩類DDR3＿4G，價格高達單位“1”的1.9一一2倍以上，兩類DDR4＿4G的價格高達單位“1”的1.8一一1.9倍。
另一方面，集成度最高的16G產品在3月份達到了單位“1”的1.2倍左右，兩類DDR4＿8G的產品的價格是單位“1”的1.4一一1.5倍左右。總之，就DRAM的即期價格而言，即使是數據傳輸速率（bps）較低、集成度不高的傳統（Legacy ）DRAM的價格也呈現較高趨勢。這種趨勢在DRAM的大宗交易價格推移中也可以見證。
DRAM的大宗交易價格（Contract Price）推移
下圖8是2020年9月一一2021年8月期間各類DRAM的大宗交易價格（Contract Price）推移表，與即期價格一樣，價格按照DDR2、DDR3、DDR4的順序依次增高，同樣DDR的情況下，集成度高的產品價格較高。
接下來，我們把2020年12月的大宗交易價格定為單位“1”，再來看看各類DRAM的價格推移（下圖9），從下圖9 我們可以看出價格從高到低的順序為：DDR3＿2G、DDR2＿512M、DDR2＿1G、DDR3＿1G。然而，集成度最高的DRAM一一兩類DDR4＿8G的價格上漲的程度卻是最低的。
即，不管是即期價格還是大宗交易價格，傳統DRAM的價格都呈現高漲趨勢，且集成度高的DRAM價格上漲程度並不明顯。那麼，為什麼會發生以上情況呢？
新冠疫情與DRAM價格的關係
價格上漲相對較明顯的傳統DRAM的主要用途為家用電器等產品。由於新冠疫情的影響，很多人不得不“宅在家中（Stay At Home）”。結果，人們為了舒適地度過宅在家中的生活，就網購了不少家用電器產品。而這些家用電器並不需要數據傳輸速率（bps）較高、集成度較高的DRAM。因此，不怎麼在市場流動的傳統DRAM的價格反而出現了上漲趨勢。
下面的內容進一步證實以上推論。首先，再看下圖7，價格高漲的傳統DRAM的即期價格自7月份開始下滑，此時新冠疫苗開始在全球範圍內推廣，且很多城市解封。因此，“宅經濟”帶來的需求出現了下滑。但是，傳統DRAM的大宗交易價格依舊呈現高漲趨勢，那麼筆者的推論是否正確呢？還需要再次驗證！
此外，下圖10是按照集成度來分的各月DRAM出貨數量。幾乎每3 一一4年，DRAM就會進行一次更新換代，現在主流的DRAM為4G以上的8G和16G。2G的即期價格和大宗交易價格在2013年達到最高，1G在2010年達到最高，512M在2008年達到最高，因此，出現市場上的DRAM的絕對數量是很少的，數量本身就很少的DRAM卻因為新冠疫情而成為必需品，因此價格上漲了兩倍甚至更多。
DRAM價格高漲對DRAM出貨金額的影響
下面我們再看下圖4中的2020年第四季度一一2021年第一季度期間DRAM出貨金額大幅度上漲的情況，此處出貨金額大幅度增長的主要原因在於DRAM出貨數量的增長。
那麼，DRAM價格的上漲到底帶來了多大的影響呢？從上圖10 的各集成度的DRAM出貨數量圖來看，可以看出，如今生產的產品幾乎都為4G、8G、16G。從上圖9可以看出，集成度較高的DRAM（如8G）的大宗交易價格幾乎上升了1.44倍。
下面我們計算一下，為什麼在2020年第四季度一一2021年第二季度期間，DRAM的出貨金額出現了急劇增長。（下圖11）
DRAM的出貨金額從149.86億美元（約人民幣974.09億元）增至235.30億美元（約人民幣1,529.45億元）（1.57倍）。DRAM的出貨數量從48.88億個增至55.29億個（1.13倍）。主流的DDR4＿8G的大宗交易價格從1.85美元（約人民幣12.02元）增至4.1美元（約人民幣26.65元）（1.44倍）。（出貨數量1.13）*（價格上升1.44）=1.62。
如上所述，DRAM出貨金額的增長比例（即1.57倍）幾乎與以上計算值（1.62，出貨數量的1.13*主流DRAM價格的1.44）一致。因此，可以説，上圖4中DRAM出貨金額的增長，與出貨數量的增加和價格的上漲兩個方面有關係。此外，原以為出貨數量增長的產品的影響會相對較大，其實，價格上漲的產品的影響反而更大。
NAND的即期價格推移
下面我們也順便分析一下NAND的即期價格和大宗交易價格（筆者事先聲明，很難分析其原因）。首先我們看一下下圖12，即2020年12月31日一一2021年9月17日期間的各類NAND的即期價格推移。此處，SLC為“Single Level Cell（一個存儲單元內可寫入1bit）”的縮寫，MLC為“Multi Level Cell（一個存儲單元內可寫入2bit）”的縮寫，TLC為“Triple Level Cell（一個存儲單元內可寫入3 bit）”的縮寫。此外，所謂的3D TLC指的是3D NAND，不帶3D的NAND都是2D NAND。
我們再看下上圖12，3D TLC 1T（1 TB，Terabyte，太字節）的價格最貴，SLC 1G和SLC 2G的價格最低，其他產品不呈現規律性。
與DRAM一樣，我們把2020年12月31日的價格看做單位“1”後各類NAND的價格推移如下圖13所示。要解釋下圖13，是十分困難的。首先，從整體來看，與DRAM的即期交易價格一樣，NAND也沒有價格增長達兩倍的現象。價格上漲最明顯的SLC＿2G也不過僅上漲了1.2 一一1.27倍。
此外，從上圖13 還可以看出，MLC＿128G和MLC＿256G的價格幾乎呈直線上漲，此外，SLC＿16G的價格在八月下旬突然出現高漲。另一方面，SLC_8G在4月中旬以來，低於單位“1”，為0.93，且一直持續低迷。
那麼，為什麼NAND會出現以上趨勢呢？無法很清晰地解釋其理由，比方説，SLC＿2G和SLC＿1G的價格呈現上漲趨勢。SLC類產品集成度較低，可用於車載方向（雖然要求的可靠性較高，但集成度要求較低，筆者想不出其他方向用途，不過，此處也並非是有力例證）。
NAND大宗交易價格的推移
下面我們看下2020年12月一一2021年8月期間的各類NAND的大宗交易價格推移（下圖14）。其中，價格最高的為SLC＿32G，其次為SLC＿16G，然後為MLC＿128G。此處可以看出，NAND的價格高低與集成度並不成正比。
集成度同樣為32G，MLC的價格為3美金左右（約人民幣19.5元），SLC的價格是MLC的四倍多，為12.55美元（約人民幣81.56元），即，汽車、高性能計算機等對可靠性要求較嚴格的產品一般採用的是SLC，而不是MLC。
NAND廠家也在研發TLC的下一代產品：Quad Level Cell（4 Bit Cell）和 Penta Level Cell（5 Bit Cell），然而，這些Multi-bit-cell產品似乎並不是適用於所有的終端產品。
我們把2020年12月的大宗交易價格定為單位“1”後，再來看看各類NAND的價格推移（下圖15），在2021年3月一一4月期間幾乎所有的NAND的價格都上漲至1.06一一1.11倍，6月至7月再次上漲至1.5一一1.18倍。
此外，在2021年8月，價格上漲程度從高到低依次為：MLC＿32G、MLC＿128G、MLC＿64G、SLC＿1G（此時，筆者覺得頭腦一片混亂）！的確，SLC_1G的即期價格的上升程度較明顯（參考上圖13 ），截止到8月中旬，即期交易價格上漲最明顯的SLC＿2G的大宗交易價格幾乎沒有上漲（請對比上圖13和圖15）。
此處我們彙總一下，就NAND而言，無論是即期價格還是大宗交易價格的變化程度都不及DRAM。此外，存儲單元（Memory Cell）的大小、集成度與NAND的價格之間似乎不存在正相關關係。另外，從下圖16可以看出，當下主流生產的256G NAND正在被512G以上高集成度產品取代。
存儲半導體市場的急劇增長會持續到何時？
從各個季度的各類半導體的出貨金額（上圖3）來看，2020年第四季度一一2021年第二季度期間，存儲半導體市場急劇增長，上文中筆者已經論述了出現急劇增長的主要原因在DRAM，不在NAND。此外，DRAM的季度最高出貨數量超過了55億個，且作為主力的8G的大宗交易價格上漲了1.44倍，因此，DRAM的出貨金額增長了1.57倍，增至235.3億美元（約人民幣1,529.45億元）。
此外，我們還瞭解到傳統DRAM的即期價格和大宗交易價格都增長了兩倍多。由於傳統DRAM的絕對數量較少，因此當“宅經濟”帶動各類家電產品需求增長時，傳統DRAM價格出現了高漲。
DRAM市場（或者説存儲半導體市場）的急劇增長會持續到什麼時候呢？這要看MPU（微處理器，Micro Processor Unit）的情況（下圖17），2016年英特爾的10納米工藝啓動失敗。後來，英特爾雖然又繼續為14納米“續命”，為了提高MPU的性能，增加核（Core）數，因此芯片面積增大，導致從單顆晶圓上獲得的芯片數量減少。
從上圖17可以看出，2016年第三季度全球MPU出貨數量為1.36億個，2019年第一季度下滑了4,800萬個，下滑至8,800萬個。由於全球MPU供給不足，以計算機和服務器為終端用途而生產的DRAM和NAND“充斥”着整個市場，最終導致DRAM和NAND價格暴跌，最終導致全球半導體的不景氣。
2021年第二季度MPU出貨數量為1.2億個。雖然還不及2016年第三季度的峯值，但出貨數量在逐步增長。也可能是英特爾的10納米量產已經有了眉目。也有可能是為AMD代工的TSMC的MPU產量出現了增長！
如今，MPU的出貨數量在穩步增長，存儲半導體的價格應該不會出現大幅度下滑。但是，當英特爾在美國亞利桑那州的新半導體工廠實現量產時（2024年），MPU有可能會出現供給過剩。
此時，我們再回過頭來看看圖1，筆者真心希望各國、各半導體廠家都不要成為電影《漢姆林衣色斑駁的吹笛手（英文名：The Pied Piper of Hamelin）》中跟着笛聲跳舞的老鼠；希望各家半導體廠商都認真地進行市場營銷，冷靜且有計劃地生產半導體，真心希望不要進行無意義的競爭！