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中國大陸晶圓廠44座,未來新增32座

2023年,大陸晶圓代工格局發(fā)生了一些變化。8月7日華虹公司正式科創(chuàng)板上市,加上前兩年回A的中芯國際以及5月過會的晶合集成,大陸三大晶圓代工巨頭齊聚科創(chuàng)板。此外,與中芯國際密切相關(guān)的中芯集成也以未盈利形式上市科創(chuàng)板??傮w來看,大陸晶圓代工實力正不斷增強。

據(jù)TrendForce集邦咨詢最新研究顯示,今年由于總體經(jīng)濟形勢與庫存問題持續(xù),同時車用、工控在短料獲得滿足后庫存逐漸堆積,導致需求放緩,F(xiàn)abless及其他IDM等庫存去化遭嚴重抑制,加上IDM廠自有新廠產(chǎn)能開出,收斂委外訂單,進而再次向晶圓代工廠加大砍單力道。2024年在經(jīng)濟環(huán)境不佳的預期下,整體晶圓代工產(chǎn)能利用率復蘇困難。5ZOesmc

大陸晶圓廠受到的波及也不小,但在國產(chǎn)替代東風的助力下,損失有所減緩。據(jù)TrendForce集邦咨詢統(tǒng)計,2023~2027年全球晶圓代工成熟制程(28nm及以上)及先進制程(16nm及以下)產(chǎn)能比重大約維持在7:3。中國大陸由于致力推動本土化生產(chǎn)等政策與補貼,擴產(chǎn)進度最為積極,預估中國大陸成熟制程產(chǎn)能占比將從今年的29%,成長至2027年的33%,其中以中芯國際(SMIC)、華虹集團(HuaHong Group)、合肥晶合集成(Nexchip)擴產(chǎn)最為積極。5ZOesmc

以下將對大陸現(xiàn)有晶圓廠進行盤點,本文將聚焦于大陸晶圓廠產(chǎn)能情況、分部位置、制程情況分析,進而展望未來晶圓代工發(fā)展。5ZOesmc

大陸晶圓廠現(xiàn)狀:建成44座、在建22座、計劃10座

據(jù)全球半導體觀察不完全統(tǒng)計,除卻7座已暫停擱置的晶圓廠,目前大陸建有44座晶圓廠,其中12寸晶圓廠25座,6英寸廠4座,8英寸晶圓廠/產(chǎn)線15個。此外,還有正在建設晶圓廠22座,其中12英寸廠15座,8英寸廠8座。未來包括中芯國際、晶合集成、合肥長鑫、士蘭微等在內(nèi)的廠商還計劃建設10座晶圓廠,其中12英寸廠9座,8英寸晶圓廠1座??傮w來看,大陸預計至2024年底,將建立32座大型晶圓廠,且全部鎖定成熟制程。5ZOesmc

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圖一來源:全球半導體觀察制圖5ZOesmc

從大陸各晶圓廠分部情況看,長三角地區(qū)晶圓廠數(shù)量最多,約占比將近一半。而從省份看,上海、無錫、北京、合肥、成都、深圳等地區(qū)設有較多晶圓廠。5ZOesmc

中國大陸各晶圓廠分布情況

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圖二來源:全球半導體觀察不完全統(tǒng)計5ZOesmc

到了業(yè)界最為關(guān)心的產(chǎn)能情況,據(jù)統(tǒng)計,大陸目前共有31座12寸晶圓廠正在投入生產(chǎn)(包含正在建設中已有固定產(chǎn)能開出的12寸晶圓廠),總計月產(chǎn)能約為118.9萬片,與總規(guī)劃月產(chǎn)能217萬片相比,這些晶圓廠的產(chǎn)能裝載率僅達到約54.48%,仍有較大擴產(chǎn)空間。5ZOesmc

結(jié)合正在建設和未來計劃部分,預計未來五年中國大陸將新增24座12英寸晶圓廠,這些晶圓廠規(guī)劃月產(chǎn)能222.3萬片。在當前已規(guī)劃12英寸晶圓廠全部滿產(chǎn)情況下,截至2026年底,大陸12英寸晶圓廠的總月產(chǎn)能將超過414萬片,相比目前的產(chǎn)能裝載率提高248.19%。5ZOesmc

(一)晶圓尺寸:以12英寸為主流,8英寸協(xié)同發(fā)展5ZOesmc

在摩爾定律驅(qū)動下,也同時契合生產(chǎn)成本下降以及技術(shù)進步步伐,芯片晶圓尺寸由6英寸—8英寸—12英寸演變,當然業(yè)界也曾出現(xiàn)“在2011-2015年邁入18英寸時代”的論調(diào),而至于18英寸為何沒能成為現(xiàn)實,本段末也進行了闡述??偠灾?,無論從成本、性能看,12英寸都是最契合本世代情況的晶圓尺寸,而8英寸在當下依舊有其用武之地,6英寸則逐漸走向沒落。5ZOesmc

12英寸晶圓廠從2000年后開始穩(wěn)定增長,并在2008年產(chǎn)能超過8英寸晶圓廠,此后兩者之間的差距不斷拉大。5ZOesmc

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圖三來源:全球半導體觀察制圖5ZOesmc

12英寸晶圓以面積取勝的背后,是成本降低、性能提高的雙層加成?;诂F(xiàn)實來看,12英寸晶圓的生產(chǎn)成本約比8英寸的晶圓成本多50%,但芯片產(chǎn)出卻接近于8英寸的3倍,分攤到每一個芯片,成本約減少了30%。未來隨著制程工藝的精進、良率的上升,12英寸晶圓的成本還有望進一步降低。5ZOesmc

對比12英寸和8英寸下游終端應用可明顯看出,12英寸晶圓實用性極廣。從上表可知,先進制程主要是在12英寸晶圓制造廠中生產(chǎn),這也是當下其成為擴產(chǎn)主流的原因之一。其中值得注意的是,在12英寸成熟制程下游應用上,其適用范圍有明顯的擴充趨勢。5ZOesmc

而8英寸晶圓數(shù)量雖然遠遠少于12英寸廠,但其存在感卻不弱。據(jù)SEMI(國際半導體協(xié)會)數(shù)據(jù),中國大陸在8寸晶圓上一直保持著高速的發(fā)展,預計到2026年時,中國8寸晶圓的份額將提高至22%,月產(chǎn)能達到170萬片每月,在全球占據(jù)首位。5ZOesmc

從2017年至今,曾出現(xiàn)過數(shù)次8英寸晶圓供不應求現(xiàn)象。而從大陸情況看,至2025年底,包括華虹集團、芯恩集成、士蘭微、燕東微電子、積塔半導體、賽萊克斯、中科晶芯、華微電子、海辰半導體在內(nèi)的企業(yè)總計將新建成9座8英寸晶圓廠。5ZOesmc

從上表可知,8英寸晶圓主要用于成熟制程及特種制程,其主要工藝制程集中于0.13-90nm,下游應用以工業(yè)、手機和汽車為主,主要包括功率器件、電源管理芯片、非易失性存儲器、MEMS、顯示驅(qū)動芯片與指紋識別芯片等。其中汽車電子和工業(yè)應用對功率器件的需求在近兩年十分火爆,這也是其近年擴產(chǎn)的主要推動原因。5ZOesmc

當下,8英寸晶圓的市場需求依舊較強,但是市場上8英寸產(chǎn)線卻是呈現(xiàn)相對減少的趨勢,主要是因為目前業(yè)界以12英寸為主流,由于建設投資12英寸晶圓廠的資本支出動輒達到百億美元,許多廠家考慮到8英寸晶圓產(chǎn)線的“年邁”,設備老舊且更新不易(目前8英寸設備主要來自二手市場),且收益不如12英寸晶圓等因素,越來越多大廠將8英寸晶圓切換到12英寸晶圓上來。5ZOesmc

而對于6英寸產(chǎn)線,減少趨勢則更為明顯,且在未來擴建廠房中并未發(fā)現(xiàn)6英寸產(chǎn)線蹤跡。減少的趨勢具體表現(xiàn)為邏輯工藝產(chǎn)線逐步由6英寸向8英寸甚至是12英寸過渡。目前大陸能夠制造6寸晶圓的廠商超過500家,技術(shù)門檻已相對較低,價格優(yōu)勢不復。且當下原本使用6英寸晶圓的下游應用,也已逐漸被8英寸晶圓覆蓋。在通用芯片端,6英寸晶圓被替代的命運已注定。而在第三代半導體材料如碳化硅、氮化鎵上,其依舊有較大市場。如SiC襯底還處在從4英寸、6英寸到8英寸的緩慢遷移過程中。5ZOesmc

據(jù)全球半導體觀察不完全統(tǒng)計,大陸6英寸晶圓廠中主要有華潤微無錫晶圓一廠,產(chǎn)能23萬片每月,廣義微電子四川廠,15萬片每月;英銳半導體鹽城廠,2.5萬片每月;芯睿電子新鄉(xiāng)廠,2萬片每月。5ZOesmc

而至于“18英寸晶圓”,其一直被認為是為未來預備的一個答案。2008年英特爾宣布與三星、臺積電達成合作協(xié)議,將在2012年投產(chǎn)450mm芯片晶圓。然而在2014年,英特爾、臺積電紛紛表示“不想干、干不了”,產(chǎn)業(yè)鏈上下游也紛紛附和,這事就此作罷。其發(fā)展最簡單的原因是,12英寸晶圓完全可以應付當下產(chǎn)業(yè)所需,不可否認18英寸晶圓或是未來所需要的,但是無論是從成本(超過1000億美元的研發(fā)成本)還是良率看,產(chǎn)業(yè)鏈上下游特別是設備供應商(設備從根本上進行重新設計)都還沒有做好準備去迎接它。5ZOesmc

(二)制程:大陸晶圓聚焦在成熟制程,特色工藝被重視5ZOesmc

按照產(chǎn)品對工藝先進度的要求來分,半導體工藝制程可以分為特色工藝和邏輯工藝,其中邏輯工藝又分為成熟工藝(28納米及以上)和先進工藝(28nm以下的節(jié)點,目前主要為16/14nm及以下)。據(jù)集邦咨詢此前統(tǒng)計,其中特色工藝產(chǎn)品市場占比約為40%,邏輯工藝占比約為60%。5ZOesmc

從制程情況看,由于先進制程技術(shù)困境及高額資本開支,目前的玩家主要有英特爾、臺積電和三星三家。今年三星和臺積電相繼宣布量產(chǎn)的3nm工藝成為當下最先進節(jié)點。而從大陸情況看,晶圓產(chǎn)業(yè)起步較晚,受限于設備及材料等相關(guān)因素影響,疊加國際形勢,目前,中國大陸晶圓廠大多聚焦于成熟工藝(即成熟制程)和特色工藝。5ZOesmc

如圖三所示,從整個芯片市場情況看,成熟工藝除了數(shù)字邏輯部分需要用到先進制程外,長尾市場都屬于成熟制程覆蓋范圍,遍布消費以及工業(yè)市場,相對不易受到短期周期的波動影響。5ZOesmc

值得注意的是,除了大陸晶圓廠大力鉆研成熟制程,許多大廠近兩年來紛紛開始反攻成熟制程,如臺積電、三星、英特爾、聯(lián)電、格芯等。其中,聯(lián)電對成熟產(chǎn)能的押注也是史無前例,它是全球第一家宣布放棄先進工藝研發(fā)的晶圓代工廠,自2018年起,聯(lián)電將戰(zhàn)略重點放在改善公司的投資回報率上,主攻28nm及以上的制程。5ZOesmc

根據(jù)TrendForce數(shù)據(jù),2021~2024年全球晶圓代工產(chǎn)能年復合成長率達11%,其中28nm產(chǎn)能在2024年將達到2022年的1.3倍,是成熟制程擴產(chǎn)最積極的制程節(jié)點,預期有更多特殊制程應用將往28nm轉(zhuǎn)進,且2021~2024年全球28nm(含)以上成熟制程產(chǎn)能將穩(wěn)定維持75%以上比重,顯示布局成熟制程特殊工藝市場潛力與重要性。5ZOesmc

TrendForce 預期,在28 納米以上制程擴產(chǎn)推動下,預期到了2027 年,成熟制程產(chǎn)能繼續(xù)占十大代工廠產(chǎn)能70% 以下;預期中國大陸到2027年將占成熟制程產(chǎn)能33%,還有持續(xù)上修的可能性。值得注意的是,日本積極扶植半導體復蘇,加上補貼外國公司設廠,有機會占先進制程產(chǎn)能3%。5ZOesmc

這兩年的成熟制程熱確實給大陸晶圓廠帶來了不小壓力,一方面國際大廠反攻成熟制程造成搶單,從產(chǎn)業(yè)鏈角度看,也可能造成了行業(yè)產(chǎn)能過剩。成熟制程的火熱,除了其本身應用輻射市場廣泛,先進制程研發(fā)接近摩爾定律極限外,還要看到回歸市場運行本身的規(guī)律。當下周期下行下,車用電子和工控火熱,其需求中80%均是成熟制程;并且AI熱潮興起以來,大陸許多高階AI芯片以及計算芯片使用不了先進工藝,于是開始思索更改設計,通過使用多顆成熟制程芯片取代單一高階進程的芯片,保證出貨。此舉也變相的使成熟制程芯片同步倍數(shù)增加。5ZOesmc

隨著下游應用場景新需求的不斷涌現(xiàn),半導體產(chǎn)品種類不斷增多。業(yè)內(nèi)人士表示,全球廠商都在搶食主攻成熟制程晶圓廠商的蛋糕。在這樣的背景下,大陸晶圓廠更應該打造出差異化來。5ZOesmc

由此,特色工藝在當下晶圓代工發(fā)展中也逐漸被重視。對比起先進邏輯工藝,特色工藝是十分聚焦新材料(其中SiC和GaN是當下熱門)、新結(jié)構(gòu)、新器件的研發(fā)創(chuàng)新與運用,并強調(diào)特色IP定制能力和技術(shù)品類多元性的半導體晶圓制造工藝,被認為是“摩爾定律”之外的重要發(fā)展分支(“摩爾定律”即通過不斷縮小制程線寬來提高芯片的集成度)。5ZOesmc

特色工藝產(chǎn)品類別廣泛,并能形成特色集群優(yōu)勢,擁有各自的市場定位和發(fā)展趨勢。其主要包括嵌入式/獨立式非易失性存儲器、功率器件、模擬與電源管理、傳感器等工藝平臺。5ZOesmc

大陸特色工藝的行業(yè)代表企業(yè)為中芯國際、華潤微、華虹集團等企業(yè),他們均十分重視特色工藝的發(fā)展,為滿足市場對于產(chǎn)品功能、性能等特性的差異化需求,這些企業(yè)不斷研發(fā)創(chuàng)新晶圓制造工藝技術(shù),并演進形成了差異化的制造工藝。如華虹半導體的特色工藝包括電源管理、射頻、功率器件等平臺,尤其是在功率器件的晶圓代工上;華潤微的高壓功率BCD、高性能BCD、高可靠性BCD、高精度模擬、MEMS、特色功率器件六大特色模擬晶圓代工工藝等。5ZOesmc

晶圓制造大廠一直十分重視特色工藝的發(fā)展,臺積電的特色工藝遙遙領(lǐng)先,格芯和聯(lián)電也正在主攻成熟工藝和特色工藝。不難預期,未來追趕先進工藝的在場者將會越來越少,而特色工藝將會出現(xiàn)新的進入者爭奪市場。5ZOesmc

晶圓代工下行周期何時結(jié)束?

基于對長期市場的較好展望,全球各晶圓大廠在2021年、2022年爭先搶后擴產(chǎn)12英寸,直至2022年下半年至今,受到周期下行持續(xù),晶圓代工行業(yè)資本開支呈現(xiàn)明顯下降趨勢。此番周期下行何時結(jié)束,市場將何時上揚成為業(yè)界最關(guān)心的問題。5ZOesmc

據(jù)TrendForce集邦咨詢最新報告顯示,受庫存問題、旺季拉貨效應尚未發(fā)酵,車用與工控芯片不再短缺;TI與Infineon等大廠削價/砍單,IDM廠商自有新產(chǎn)能開出等五大利空沖擊,晶圓代工成熟制程市況不妙。由于客戶擴大砍單,中國臺灣與韓國晶圓代工業(yè)者首當其沖,預估今年Q4到明年Q1,臺積電8英寸產(chǎn)能利用率將跌至60%以下,同期聯(lián)電、力積電都將面臨50%保衛(wèi)戰(zhàn)。5ZOesmc

TrendForce研判,晶圓代工成熟制程產(chǎn)能利用率要到明年下半年才會緩步回升,相較中國臺灣、韓國廠商,中芯國際、華虹集團8英寸廠產(chǎn)能利用率復蘇狀況將較產(chǎn)業(yè)平均快,咎其原因,大陸晶圓代工的讓價態(tài)度與幅度較為積極,以及官方推動的一級本土化生產(chǎn)趨勢等一系列措施都有利于促進產(chǎn)能利用率。預計2024年8英寸廠平均產(chǎn)能利用率約60%至70%,但仍難以回到過往滿載的水平。5ZOesmc

近兩年各國為加強本國產(chǎn)業(yè)鏈安全,產(chǎn)能在地化趨勢蔓延,中國大陸關(guān)于國產(chǎn)化的討論也比以往更加深入,上下游產(chǎn)業(yè)鏈間的合作也比以往更為密切。5ZOesmc

9月15日,在2023世界計算大會上,華為技術(shù)有限公司副董事長、輪值董事長徐直軍在演講中呼吁大規(guī)模使用國產(chǎn)產(chǎn)品,他指出,盡管大陸生產(chǎn)的芯片、服務器、PC機,相比國外還有差距,但如果不去用,這個差距永遠存在,永遠落后。但如果大規(guī)模使用國產(chǎn)產(chǎn)品,就可能拉動和推動國產(chǎn)廠商的技術(shù)進步、產(chǎn)品進步,然后慢慢追上先進水平。只有大規(guī)模使用,才有可能拉動整個計算產(chǎn)業(yè)的進步和發(fā)展,拉動CPU的進步,拉動基于國產(chǎn)CPU的服務器的進步,并以此為基礎拉動整個產(chǎn)業(yè)的進步。5ZOesmc

就晶圓廠而言,晶合集成董事長蔡國智也曾在公開演講時指出,中國大陸的晶圓廠需要在明知先進制程短期內(nèi)不可為的情況下,思考如何將成熟制程做到極致,以帶動整個半導體產(chǎn)業(yè)鏈的完善和發(fā)展。5ZOesmc

大陸先進制程的破局是個重要命題,目前,其只能依靠全國產(chǎn)化的方式推進。雖然短期內(nèi)先進制程的發(fā)展已經(jīng)受阻,但這并不能阻止中國半導體產(chǎn)業(yè)的成長。中國工程院院士吳漢明曾呼吁:“我們的當務之急是提高芯片產(chǎn)能,增加國產(chǎn)芯片占比,而不是專注于14nm、7nm市場。實現(xiàn)28nm及以上成熟制程工藝技術(shù)的自主可控,比攻堅7nm更有意義。”對于未來,全球各大晶圓大廠仍看好2024年半導體行業(yè)的發(fā)展,目前雖然部分晶圓廠的擴建工作受到周期下行影響有所推遲,但總體規(guī)劃并未改變,行業(yè)總體均在為新一輪的上行周期做準備。不破不立,近幾年大陸在半導體供應鏈的核心裝備和材料上也創(chuàng)造了多個突破,尤其是在成熟工藝段的設備已形成了大部分環(huán)節(jié)的國產(chǎn)替代,為大陸新建晶圓產(chǎn)能打下堅實的基礎。相信在更強自主意志下,大陸晶圓代工廠將迎來更大的發(fā)展機會。5ZOesmc

責編:Momoz
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