8英寸晶圓的需求來(lái)自哪里？

從去年下半年開(kāi)始，晶圓產(chǎn)能緊張的熱度居高不下。大家都在談8英寸晶圓需求旺盛，但其中究竟包括了哪些需求？具體來(lái)看，主要由多重因素疊加所致?！秶?guó)際電子商情》在下文做了詳細(xì)的分析。vW2esmc

首先，新冠疫情引發(fā)的“宅經(jīng)濟(jì)”，加強(qiáng)了居家辦公、在線(xiàn)教育、視頻會(huì)議等應(yīng)用，與其息息相關(guān)的筆記本電腦、平板電腦等電子產(chǎn)品暢銷(xiāo)，推升了CIS、功率器件、電源管理器件等需求。多家研究機(jī)構(gòu)發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，全球PC市場(chǎng)受疫情因素影響正在加速增長(zhǎng)。據(jù)Gartner統(tǒng)計(jì)，去年全球PC出貨量為2.75億臺(tái)，同比增長(zhǎng)4.8%，是十年來(lái)最高增幅。vW2esmc

其次，2020年是5G商用元年，智能手機(jī)從4G向5G轉(zhuǎn)移，后者配置了更多的射頻、CIS等器件。以射頻PA芯片（6μm到65nm不等）使用數(shù)量為例，2G/3G手機(jī)配備1-2顆，4G手機(jī)平均配置3-6顆，5G手機(jī)甚至可配備16顆。2020年年中，Counterpoint Research發(fā)布報(bào)告稱(chēng)，智能手機(jī)CIS的銷(xiāo)量在過(guò)去十年間增長(zhǎng)了八倍。預(yù)估2020年全年，智能手機(jī)用CIS的出貨量突破50億顆。vW2esmc

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表1. 5G和4G手機(jī)對(duì)射頻、CIS器件的需求vW2esmc

又據(jù)Digitimes Research數(shù)據(jù)顯示：去年，全球約銷(xiāo)售了2.8-3億部5G手機(jī)（2019年5G手機(jī)出貨量為2000萬(wàn)部）。Fabless巨頭高通也預(yù)測(cè)，到2023年，全球5G手機(jī)出貨量將超過(guò)10億部。vW2esmc

再次，新能源汽車(chē)帶動(dòng)IGBT、SiC以及SJ MOSFET需求。據(jù)麥肯錫統(tǒng)計(jì)，平均每輛傳統(tǒng)汽車(chē)中功率器件的成本為118美元，而純電動(dòng)汽車(chē)功率器件的成本為387美元，后者功率器件成本是前者的3.28倍。vW2esmc

另外，去年12月，中國(guó)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng)葉盛基表示，預(yù)計(jì)到2021年，我國(guó)新能源汽車(chē)銷(xiāo)量增速將超過(guò)30%，達(dá)到180萬(wàn)輛。vW2esmc

假設(shè)每輛新能源汽車(chē)（包括純電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)）平均有370美元的功率半導(dǎo)體成本。2021年，僅在新能源汽車(chē)上，就會(huì)有6.66億美元的功率器件需求傳導(dǎo)至8英寸晶圓。vW2esmc

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圖1 每輛純電動(dòng)汽車(chē)和傳統(tǒng)汽車(chē)功率器件成本結(jié)構(gòu)（制圖：國(guó)際電子商情 數(shù)據(jù)來(lái)源：麥肯錫）vW2esmc

然后，5G基站促使MOSFET、電源管理IC需求大幅提升。國(guó)內(nèi)累計(jì)開(kāi)通的5G基站數(shù)量，在去年10月就已經(jīng)超過(guò)70萬(wàn)座。5G信號(hào)頻率高于4G基站，其信號(hào)的衰減速度也更快，這要求5G基站部署密度不能低于4G基站。當(dāng)前，我國(guó)共計(jì)314萬(wàn)座4G基站，要實(shí)現(xiàn)全國(guó)5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋，預(yù)計(jì)需要建設(shè)600萬(wàn)座5G基站。vW2esmc

最后，云計(jì)算中心擴(kuò)容提升功率半導(dǎo)體需求。5G商用正在帶來(lái)海量的數(shù)據(jù)爆發(fā)，這對(duì)云服務(wù)數(shù)據(jù)中心的擴(kuò)容也提出了要求，將帶動(dòng)電源管理模塊的需求。vW2esmc

除了上述因素之外，其他需求也值得關(guān)注。比如，在國(guó)際貿(mào)易局勢(shì)和新冠疫情雙重壓力下，一些企業(yè)為保證后續(xù)的貨源穩(wěn)定，選擇提前簽訂長(zhǎng)期供貨合約；6英寸晶圓關(guān)廠(chǎng)趨勢(shì)明顯，TI、瑞薩、ADI 等廠(chǎng)商計(jì)劃在未來(lái) 1-3 年內(nèi)，關(guān)閉旗下全部或部分6寸晶圓廠(chǎng)，導(dǎo)致產(chǎn)能需求轉(zhuǎn)向8英寸；IC設(shè)計(jì)企業(yè)創(chuàng)業(yè)潮興起，截至2020年年底，我國(guó)已經(jīng)存在1萬(wàn)多家芯片設(shè)計(jì)企業(yè)，這也將加劇相關(guān)晶圓產(chǎn)能的緊張。vW2esmc

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圖2 全球8英寸晶圓市場(chǎng)需求結(jié)構(gòu)百分比% 制表：國(guó)際電子商情 來(lái)源：SEMI、企業(yè)年報(bào)vW2esmc

《國(guó)際電子商情》在綜合SEMI和企業(yè)年報(bào)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上統(tǒng)計(jì)出，全球8英寸晶圓市場(chǎng)主要由7類(lèi)器件構(gòu)成——其中，MOS邏輯器件約占25%，模擬器件約占22%，光電器件約占16%，功率分立器件約占15%，微邏輯器件約占9%，存儲(chǔ)器件約占8%，傳感器約占5%。vW2esmc

上述器件在快速增長(zhǎng)的5G手機(jī)、汽車(chē)、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域有較好的應(yīng)用，給上游的8英寸晶圓廠(chǎng)帶來(lái)了極大的產(chǎn)能壓力。vW2esmc

新增晶圓產(chǎn)能將創(chuàng)新高，但仍無(wú)法填補(bǔ)完空缺

在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，8英寸晶圓一直被視為落后產(chǎn)線(xiàn)，其關(guān)鍵設(shè)備也面臨停產(chǎn)的困擾。據(jù)SEMI數(shù)據(jù)顯示，全球8英寸晶圓產(chǎn)線(xiàn)數(shù)量，在2007年達(dá)到200條的巔峰。2008年，受全球金融危機(jī)影響，8英寸產(chǎn)線(xiàn)數(shù)量開(kāi)始走下坡路；直到2015年，全球范圍內(nèi)只剩下178條產(chǎn)線(xiàn)。vW2esmc

隨著物聯(lián)網(wǎng)體系在2015年逐漸鋪開(kāi)，智能產(chǎn)品、工業(yè)/汽車(chē)電子應(yīng)用需求激增，帶來(lái)了MCU、電源管理IC、指紋識(shí)別IC等器件的大幅增長(zhǎng)。此后，業(yè)內(nèi)傳出了8英寸晶圓緊張的消息，一些廠(chǎng)商也開(kāi)始加強(qiáng)對(duì)8英寸晶圓的投資。到2020年，全球8英寸產(chǎn)線(xiàn)恢復(fù)到191條，相當(dāng)于2008年的水平，2021年預(yù)計(jì)將達(dá)到202條，超過(guò)2007年的高峰。vW2esmc

·8英寸晶圓向12英寸轉(zhuǎn)移有限

一般來(lái)說(shuō)，晶圓的尺寸越大，其平均到每顆芯片的成本就越低。從長(zhǎng)遠(yuǎn)上看，在良率相同的情況下，面積越大的晶圓帶來(lái)的利潤(rùn)率越高。對(duì)廠(chǎng)商而言，如果條件允許，它們更傾向于投資12英寸晶圓。同時(shí)，一些原本基于8英寸晶圓的芯片，正切換到12英寸晶圓上來(lái)，但進(jìn)程較緩慢，僅不到三分之一的模擬和混合信號(hào)器件完成轉(zhuǎn)移。[!--empirenews.page--]vW2esmc

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表2 8英寸晶圓和12英寸晶圓成本對(duì)比vW2esmc

不過(guò)，8英寸和12英寸晶圓在工藝上存在較大的差異，后者的工藝制程穩(wěn)定性更難控制，且12英寸晶圓廠(chǎng)建廠(chǎng)成本高。隨著制程越小，光罩成本和設(shè)計(jì)成本越高。以臺(tái)積電的數(shù)據(jù)為例，制程越小其每個(gè)光罩組需要的光罩層數(shù)越多，比如130nm制程下每個(gè)光罩組需要29層光罩，7nm制程下則需要74層光罩。此外，設(shè)計(jì)成本、嵌入軟件成本、產(chǎn)能爬坡成本，也都會(huì)隨著制程的變小而顯著增加。因此，受成本、特殊工藝的限制，有相當(dāng)多的器件仍基于8英寸晶圓生產(chǎn)，比如功率器件、模擬器件、電源管理芯片、CIS、指紋識(shí)別芯片、顯示驅(qū)動(dòng)IC等。vW2esmc

·12英寸晶圓也或?qū)⒕o缺

與此同時(shí)，12英寸晶圓產(chǎn)線(xiàn)也在持續(xù)增加。SEMI最新300mm（12英寸）晶圓廠(chǎng)展望報(bào)告顯示：從2020至2024年，保守估計(jì)將新增38個(gè)12英寸晶圓廠(chǎng)，中國(guó)臺(tái)灣將增加11個(gè)晶圓廠(chǎng)，中國(guó)大陸將增加8個(gè)晶圓廠(chǎng)，其中還不包括低概率或謠傳的晶圓廠(chǎng)項(xiàng)目。屆時(shí)，全球?qū)碛?61個(gè)12英寸晶圓廠(chǎng)，晶圓月產(chǎn)能突破700萬(wàn)片。對(duì)此，IC Insights預(yù)測(cè)稱(chēng)，全球新增的12英寸晶圓產(chǎn)能，將達(dá)到相當(dāng)于2080萬(wàn)片8英寸晶圓的水平。其中，大部分新增產(chǎn)能來(lái)自三星、SK海力士、長(zhǎng)江存儲(chǔ)等存儲(chǔ)廠(chǎng)商。vW2esmc

無(wú)論是8英寸還是12英寸，它們的產(chǎn)能均在逐年提升。即便這樣，仍無(wú)法填補(bǔ)完空缺。去年12月，《國(guó)際電子商情》針對(duì)晶圓產(chǎn)能做了報(bào)道，援引了力積電董事長(zhǎng)黃崇仁的話(huà)來(lái)表述——“晶圓產(chǎn)能已緊張到不可思議，下游廠(chǎng)商對(duì)產(chǎn)能的需求已達(dá)恐慌程度，預(yù)估2021年下半年到2022年下半年，邏輯、DRAM市場(chǎng)都會(huì)缺貨到無(wú)法想象的地步。”vW2esmc

近期，有分析機(jī)構(gòu)稱(chēng)，12英寸晶圓也或?qū)⒂瓉?lái)產(chǎn)能緊張的局面。原因是，去年上半年，國(guó)內(nèi)疫情剛爆發(fā)時(shí)，許多廠(chǎng)商對(duì)市場(chǎng)的預(yù)判、產(chǎn)品的規(guī)劃及備貨都偏向保守。而國(guó)內(nèi)疫情受控之后，消費(fèi)電子、服務(wù)器、汽車(chē)電子需求反彈，12英寸晶圓中高端芯片用量將明顯增加。在《國(guó)際電子商情》看來(lái)，供應(yīng)端的產(chǎn)能新增速度，跟不上快速增長(zhǎng)的需求，是當(dāng)前晶圓產(chǎn)業(yè)最突出的問(wèn)題。vW2esmc

晶圓產(chǎn)能吃緊延續(xù)至2021年上半年

雖然8英寸晶圓廠(chǎng)正在擴(kuò)產(chǎn)中，但是新產(chǎn)能需要與眾多的環(huán)節(jié)和要素積極配合。新晶圓制造產(chǎn)線(xiàn)的建設(shè)，需要持續(xù)投入大量資金，以用來(lái)建廠(chǎng)、購(gòu)買(mǎi)設(shè)備、調(diào)試工藝、研發(fā)制程等，還要有專(zhuān)業(yè)的團(tuán)隊(duì)來(lái)運(yùn)營(yíng)和管理。vW2esmc

目前，8英寸晶圓設(shè)備供應(yīng)商極少，企業(yè)擴(kuò)產(chǎn)主要靠二手的設(shè)備。去年年底，Surplus Global預(yù)估，全球市場(chǎng)約有700臺(tái)二手的八英寸晶圓制造設(shè)備在售，但需求量在1000臺(tái)以上。該數(shù)據(jù)表明，8英寸晶圓的制造設(shè)備也處于緊張的狀態(tài)。因此，《國(guó)際電子商情》判斷，短期內(nèi)8英寸晶圓的產(chǎn)能不會(huì)有顯著的增加。同時(shí)，我們也預(yù)計(jì)晶圓代工產(chǎn)能的吃緊至少會(huì)延續(xù)到2021年上半年。vW2esmc

最后，《國(guó)際電子商情》通過(guò)各企業(yè)的官網(wǎng)、研究機(jī)構(gòu)等渠道，匯總了大量8英寸晶圓的產(chǎn)能信息，并在此基礎(chǔ)上制作了以下附表（僅供讀者參考，不構(gòu)成投資建議）。vW2esmc

附表：全球主要8英寸晶圓廠(chǎng)產(chǎn)能匯總vW2esmc

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延伸閱讀：vW2esmc

《盤(pán)點(diǎn)國(guó)內(nèi)58個(gè)封測(cè)項(xiàng)目產(chǎn)能，剖析半導(dǎo)體封測(cè)成本及行情趨勢(shì)》；vW2esmc

《汽車(chē)芯片供需剖析+盤(pán)點(diǎn)24類(lèi)車(chē)用零部件供應(yīng)商（附表格）》vW2esmc