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芯片产能扩张或将刷新历史 先进工艺成熟工艺兼而有之

2021-11-24 

  近日,有消息称,台积电与索尼计划在日本熊本县合作建设半导体工厂,总投资额达到8000亿日元(约合人民币460亿元)。这已经是今年台积电在中国台湾地区之外宣布新建的第二处厂区。今年6月,台积电宣布将在美国亚利桑那州建设5nm制程12英寸晶圆厂,投资金额约为120亿美元。除台积电外,三星、英特尔、格芯、中芯国际等半导体制造企业均有大规模投资建厂的计划。而如此大规模和密集的产能扩建在半导体业历史上亦属罕见。

  从已披露的信息来看,台积电和索尼联合建设的工厂,将利用台积电先进技术生产图像传感器和面向汽车、工业机器人所需半导体,计划2024年之前投入使用。

  台积电还计划在美国亚利桑那州建设5nm产线亿美元,目前已经开始动工。最初晶圆厂规模相对较小,每月产能2万片,后续还将视情况扩产。台积电在中国台湾地区也在积极扩产。有消息称,台积电将在高雄地区打造另一生产重镇,主要以7nm切入,初步规划在当地建造6家工厂,最快2023年启动。此前,台积电宣布,未来3年将投入1000亿美元增加产能。

  除台积电外,三星、英特尔、格芯、中芯国际等全球主要半导体制造企业均有大规模的投资建厂的计划。三星计划在美国投资170亿美元建设先进制程晶圆厂,生产半导体产品,目前正在寻找美国新芯片工厂的建设地点。英特尔CEO帕特·基辛格日前宣布,计划在欧洲新建两座芯片厂,并有可能进一步扩大规模。在今年3月,英特尔宣布将斥资200亿美元,在美国亚利桑那州新建两家芯片工厂。格芯宣布美国、新加坡、德国三地12~90nm产线英寸芯片厂年产量将增加45万片。中芯国际今年以来宣布建设的位于北京、深圳、上海三地的芯片厂每月将增加28nm及以上产能24万片。

  综合来看,今年以来,台积电、三星、英特尔、格芯、中芯国际五家晶圆厂商宣布的投资金额,累计超过2250亿美元。

  另一个值得注意的重点是,本轮大规模投资,既有先进工艺,也用成熟工艺。其中7nm及以下先进工艺制程投资额达到590亿美元,28nm及以上成熟制程投资额达到190.5亿美元。还有1469.98亿美元晶圆厂投资未声明主要投资制程。

  三星、台积电宣布建设的新厂将主要采用3nm、5nm、7nm等先进制程。三星于今年5月宣布将于美国德克萨斯州建设的3nm工艺芯片厂,投资金额170亿美元,占地面积480万平方米,约为奥斯汀工厂的4倍。台积电宣布将于美国亚利桑那州建设的5nm芯片厂,投资金额在120亿美元,预计每月将提供2万片产能。英特尔拟新建的两座晶圆厂,预计将在2024年量产7nm或更先进制程。

  中芯国际今年宣布将在国内建设的公司仍选择采用28nm及以上工艺。今年3月,中芯国际宣布位于深圳的芯片厂投资金额在152.8亿元人民币,将提供每月4万片晶片产能。今年9月中芯国际与上海临港自贸区合资的晶片厂,投资在570亿元人民币,将提供每月10万片晶片产能。

  虽然当前芯片紧缺,但是考虑到晶圆制造厂从筹备到量产一般需要两年时间,两年之后的市场情况如何?这些新增产能一旦释放是否会造成产能过剩?

  7nm及更先进制程的芯片主要应用在CPU、GPU等对性能要求比较高的芯片中,包括高通骁龙888、AMD和英伟达的CPU、英伟达GPU等高端显卡等都有所应用。台积电生产的5nm芯片主要应用在包括智能手机SoC、高性能计算、AI等领域。

  赛迪顾问高级分析师刘暾在接受《中国电子报》记者采访时表示,5G手机、消费电子、基站等领域将愈来愈多地使用7nm及更先进制程的芯片,因此未来市场基本上能够消化新建芯片厂带来的产能增量。根据IC Insights统计数据,到2024年,10nm及以下先进制程芯片市场占有率将从2020年年底的10%提升至29.9%。在全球芯片市场整体需求提升的背景下,10nm及以下先进制程需求量将实现巨大跃迁。

  芯谋研究王笑龙在接受《中国电子报》记者采访时表示,对于先进工艺而言,芯片厂的产能扩充速度仍然是相对保守的,并没有超出市场需求预期,当前的扩产并不会造成产能过剩。

  刘暾认为,在晶圆代工头部效应愈来愈明显的情况下,芯片厂与供应链上下游关系愈加紧密,市场预测会更加准确,不易出现产能过剩情况。王笑龙亦表示,芯片厂会对客户进行测试,判断客户的需求是真实的还是盲目跟风。即便是客户多报了,最终的风险也会由设计公司来承担。

  28nm及以上制程的成熟芯片应用范围广,应用于包括电源管理、图像传感器、功率器件、模拟芯片等多个领域。28nm及以上制程芯片在整个芯片供应中的占比最高,是需求量最大的种类。自2020年年底至今的芯片供应不足,成熟工艺芯片是主要缺货对象。

  刘暾介绍,现阶段,汽车向着电动化、网联化、智能化方向发展,推动了电源管理芯片、功率器件、传感器、MCU等车用半导体的广泛应用,5G通信技术支持Sub-6GHz、毫米波等大量频段,需要基站、智能手机等通信设备也能够支持相应频段的射频信号,催生了对于射频芯片的大量需求。此外,伴随物联网建设兴起,大量的IoT设备也带动了MCU、射频芯片的需求,这些芯片大多使用成熟制程工艺,整体来看,成熟制程芯片的市场空间很大。基于此,扩充28nm及以上芯片产能也是符合市场需求的。对此,芯谋研究王笑龙也有同样的判断:“成熟工艺对应的产品多,且成熟工艺相对缺口大,需求量更大,所以我认为成熟工艺动作大一点,也不会造成产能过剩。”