8英寸晶圓的需求來自哪里？

從去年下半年開始，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？具體來看，主要由多重因素疊加所致?！秶H電子商情》在下文做了詳細的分析。vW2esmc

首先，新冠疫情引發(fā)的“宅經(jīng)濟”，加強了居家辦公、在線教育、視頻會議等應(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，推升了CIS、功率器件、電源管理器件等需求。多家研究機構(gòu)發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，全球PC市場受疫情因素影響正在加速增長。據(jù)Gartner統(tǒng)計，去年全球PC出貨量為2.75億臺，同比增長4.8%，是十年來最高增幅。vW2esmc

其次，2020年是5G商用元年，智能手機從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手機配備1-2顆，4G手機平均配置3-6顆，5G手機甚至可配備16顆。2020年年中，Counterpoint Research發(fā)布報告稱，智能手機CIS的銷量在過去十年間增長了八倍。預(yù)估2020年全年，智能手機用CIS的出貨量突破50億顆。vW2esmc

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表1. 5G和4G手機對射頻、CIS器件的需求vW2esmc

又據(jù)Digitimes Research數(shù)據(jù)顯示：去年，全球約銷售了2.8-3億部5G手機（2019年5G手機出貨量為2000萬部）。Fabless巨頭高通也預(yù)測，到2023年，全球5G手機出貨量將超過10億部。vW2esmc

再次，新能源汽車帶動IGBT、SiC以及SJ MOSFET需求。據(jù)麥肯錫統(tǒng)計，平均每輛傳統(tǒng)汽車中功率器件的成本為118美元，而純電動汽車功率器件的成本為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，中國汽車工業(yè)協(xié)會副秘書長葉盛基表示，預(yù)計到2021年，我國新能源汽車銷量增速將超過30%，達到180萬輛。vW2esmc

假設(shè)每輛新能源汽車（包括純電動汽車和混合動力汽車）平均有370美元的功率半導(dǎo)體成本。2021年，僅在新能源汽車上，就會有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 每輛純電動汽車和傳統(tǒng)汽車功率器件成本結(jié)構(gòu)（制圖：國際電子商情 數(shù)據(jù)來源：麥肯錫）vW2esmc

然后，5G基站促使MOSFET、電源管理IC需求大幅提升。國內(nèi)累計開通的5G基站數(shù)量，在去年10月就已經(jīng)超過70萬座。5G信號頻率高于4G基站，其信號的衰減速度也更快，這要求5G基站部署密度不能低于4G基站。當(dāng)前，我國共計314萬座4G基站，要實現(xiàn)全國5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋，預(yù)計需要建設(shè)600萬座5G基站。vW2esmc

最后，云計算中心擴容提升功率半導(dǎo)體需求。5G商用正在帶來海量的數(shù)據(jù)爆發(fā)，這對云服務(wù)數(shù)據(jù)中心的擴容也提出了要求，將帶動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，在國際貿(mào)易局勢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，選擇提前簽訂長期供貨合約；6英寸晶圓關(guān)廠趨勢明顯，TI、瑞薩、ADI 等廠商計劃在未來 1-3 年內(nèi)，關(guān)閉旗下全部或部分6寸晶圓廠，導(dǎo)致產(chǎn)能需求轉(zhuǎn)向8英寸；IC設(shè)計企業(yè)創(chuàng)業(yè)潮興起，截至2020年年底，我國已經(jīng)存在1萬多家芯片設(shè)計企業(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英寸晶圓市場需求結(jié)構(gòu)百分比% 制表：國際電子商情 來源：SEMI、企業(yè)年報vW2esmc

《國際電子商情》在綜合SEMI和企業(yè)年報數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上統(tǒng)計出，全球8英寸晶圓市場主要由7類器件構(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%，存儲器件約占8%，傳感器約占5%。vW2esmc

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

新增晶圓產(chǎn)能將創(chuàng)新高，但仍無法填補完空缺

在很長一段時間里，8英寸晶圓一直被視為落后產(chǎn)線，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)線數(shù)量，在2007年達到200條的巔峰。2008年，受全球金融危機影響，8英寸產(chǎn)線數(shù)量開始走下坡路；直到2015年，全球范圍內(nèi)只剩下178條產(chǎn)線。vW2esmc

隨著物聯(lián)網(wǎng)體系在2015年逐漸鋪開，智能產(chǎn)品、工業(yè)/汽車電子應(yīng)用需求激增，帶來了MCU、電源管理IC、指紋識別IC等器件的大幅增長。此后，業(yè)內(nèi)傳出了8英寸晶圓緊張的消息，一些廠商也開始加強對8英寸晶圓的投資。到2020年，全球8英寸產(chǎn)線恢復(fù)到191條，相當(dāng)于2008年的水平，2021年預(yù)計將達到202條，超過2007年的高峰。vW2esmc

·8英寸晶圓向12英寸轉(zhuǎn)移有限

一般來說，晶圓的尺寸越大，其平均到每顆芯片的成本就越低。從長遠上看，在良率相同的情況下，面積越大的晶圓帶來的利潤率越高。對廠商而言，如果條件允許，它們更傾向于投資12英寸晶圓。同時，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，但進程較緩慢，僅不到三分之一的模擬和混合信號器件完成轉(zhuǎn)移。[!--empirenews.page--]vW2esmc

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表2 8英寸晶圓和12英寸晶圓成本對比vW2esmc

不過，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英寸晶圓廠建廠成本高。隨著制程越小，光罩成本和設(shè)計成本越高。以臺積電的數(shù)據(jù)為例，制程越小其每個光罩組需要的光罩層數(shù)越多，比如130nm制程下每個光罩組需要29層光罩，7nm制程下則需要74層光罩。此外，設(shè)計成本、嵌入軟件成本、產(chǎn)能爬坡成本，也都會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、指紋識別芯片、顯示驅(qū)動IC等。vW2esmc

·12英寸晶圓也或?qū)⒕o缺

與此同時，12英寸晶圓產(chǎn)線也在持續(xù)增加。SEMI最新300mm（12英寸）晶圓廠展望報告顯示：從2020至2024年，保守估計將新增38個12英寸晶圓廠，中國臺灣將增加11個晶圓廠，中國大陸將增加8個晶圓廠，其中還不包括低概率或謠傳的晶圓廠項目。屆時，全球?qū)碛?61個12英寸晶圓廠，晶圓月產(chǎn)能突破700萬片。對此，IC Insights預(yù)測稱，全球新增的12英寸晶圓產(chǎn)能，將達到相當(dāng)于2080萬片8英寸晶圓的水平。其中，大部分新增產(chǎn)能來自三星、SK海力士、長江存儲等存儲廠商。vW2esmc

無論是8英寸還是12英寸，它們的產(chǎn)能均在逐年提升。即便這樣，仍無法填補完空缺。去年12月，《國際電子商情》針對晶圓產(chǎn)能做了報道，援引了力積電董事長黃崇仁的話來表述——“晶圓產(chǎn)能已緊張到不可思議，下游廠商對產(chǎn)能的需求已達恐慌程度，預(yù)估2021年下半年到2022年下半年，邏輯、DRAM市場都會缺貨到無法想象的地步。”vW2esmc

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

晶圓產(chǎn)能吃緊延續(xù)至2021年上半年

雖然8英寸晶圓廠正在擴產(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)線的建設(shè)，需要持續(xù)投入大量資金，以用來建廠、購買設(shè)備、調(diào)試工藝、研發(fā)制程等，還要有專業(yè)的團隊來運營和管理。vW2esmc

目前，8英寸晶圓設(shè)備供應(yīng)商極少，企業(yè)擴產(chǎn)主要靠二手的設(shè)備。去年年底，Surplus Global預(yù)估，全球市場約有700臺二手的八英寸晶圓制造設(shè)備在售，但需求量在1000臺以上。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，《國際電子商情》判斷，短期內(nèi)8英寸晶圓的產(chǎn)能不會有顯著的增加。同時，我們也預(yù)計晶圓代工產(chǎn)能的吃緊至少會延續(xù)到2021年上半年。vW2esmc

最后，《國際電子商情》通過各企業(yè)的官網(wǎng)、研究機構(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英寸晶圓廠產(chǎn)能匯總vW2esmc

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延伸閱讀：vW2esmc

《盤點國內(nèi)58個封測項目產(chǎn)能，剖析半導(dǎo)體封測成本及行情趨勢》；vW2esmc

《汽車芯片供需剖析+盤點24類車用零部件供應(yīng)商（附表格）》vW2esmc