解讀晶圓代工廠(chǎng)2018年的挑戰，各大巨頭都在預謀啥？

　　在全球晶圓代工巨頭方面，GlobalFoundries、Intel、Samsung和TSMC正在從16nm/14nm向10nm/7nm節點(diǎn)遷移。分析師表示，英特爾已經(jīng)遇到了一些困難，因為這家芯片巨頭從2017年下半年至2018年上半年剛推出了新的10nm制程。此外時(shí)間也將會(huì )證明其他芯片制造商是否會(huì )在10/7nm節點(diǎn)下完成平穩或粗糙的過(guò)渡。

　　不僅如此，另外幾家代工廠(chǎng)也正在抓緊推出22nm工藝，不過(guò)目前這種技術(shù)的需求前景不算很明朗。重要的是，代工廠(chǎng)商看到了8英寸晶圓的巨大需求，然而2018年，8英寸晶圓的需求依舊很短缺。

　　盡管如此，這個(gè)行業(yè)也沒(méi)有想象的那么悲觀(guān)，據SemicoResearch的分析師JoanneItow透露，代工業(yè)務(wù)預計繼續保持穩定增長(cháng)(2018年將比2017年增長(cháng)8%)。這與2017年的增長(cháng)預測完全一致。

　　“增長(cháng)的驅動(dòng)因素包括人工智能、汽車(chē)和傳感器，”分析師說(shuō)：“盡管智能手機銷(xiāo)量的增長(cháng)速度已經(jīng)放緩，但智能手機的BOM仍然是代工業(yè)務(wù)中最重要的部分。其中包括傳感器、處理器、圖像傳感器、無(wú)線(xiàn)和模擬射頻?！?/p>

　　代工廠(chǎng)也在關(guān)注高性能計算、電力電子甚至加密貨幣的增長(cháng)。中國市場(chǎng)是最值得關(guān)注的，許多代工廠(chǎng)都在擴大或建造新的晶圓廠(chǎng)。

　　根據研究公司TrendForce的數據，在全球晶圓代工市場(chǎng)中，臺積電繼續占主導地位(2017年占有55.9%的份額)。根據該公司的數據，GlobalFoundries排在第二位，聯(lián)電，三星，中芯，TowerJazz，力晶，先鋒，華虹和東部緊隨其后。

　　圖1：按收入排名前十的代工廠(chǎng)商(三星，力晶的數據屬于預估)。來(lái)源：TrendForce

　　更多數據

　　世界半導體貿易統計公司(WSTS)最近預測，2017年半導體市場(chǎng)將達到4090億美元，比2016年增長(cháng)20.6%。收入增長(cháng)是由于DRAM平均銷(xiāo)售價(jià)格的上漲。以及對于模擬，閃存和邏輯的強勁需求。

　　WSTS預計2018年IC產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)將達到4370億美元，比2017年增長(cháng)7%。根據VLSIResearch的統計，2018年IC總體預計增長(cháng)7.1%，而2017年為12.8%。

　　多年來(lái)，IC產(chǎn)業(yè)一直圍繞著(zhù)摩爾定律(晶體管密度每18個(gè)月翻一番)處于不斷變化中。根據這個(gè)定律，芯片制造商每18個(gè)月就會(huì )推出一項新工藝，表面上是為了降低晶體管的成本。

　　目前來(lái)看，摩爾定律仍然是可行的，不過(guò)它正在經(jīng)歷新的發(fā)展。每經(jīng)歷一個(gè)新的節點(diǎn)，流程成本和復雜性都在急劇上升，因此，一個(gè)完全擴展的節點(diǎn)節奏已經(jīng)從18個(gè)月延長(cháng)到2.5年或更長(cháng)的時(shí)間。此外，更少的代工業(yè)務(wù)客戶(hù)能負擔起往高級節點(diǎn)躍遷的能力。根據Gartner的數據，一款16nm/14nm芯片的芯片設計成本約為8000萬(wàn)美元，28nm芯片的芯片設計成本為3000萬(wàn)美元。相比之下，設計一個(gè)7nm芯片則要花費2.71億美元。

　　和以往一樣，手機仍是芯片業(yè)的最大市場(chǎng)。根據ICInsights的數據，手機IC銷(xiāo)售占IC市場(chǎng)總收入的25%，預計2018年將達到973億美元，比2017年增長(cháng)8%。該機構還認為，個(gè)人電腦相關(guān)芯片是第二大IC市場(chǎng)，預計2018年將增長(cháng)5%，達到726億美元。

　　其他市場(chǎng)增速更為驚人。例如，汽車(chē)IC銷(xiāo)售額預計在2018年將增長(cháng)16%，達到324億美元;到2018年，與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的IC銷(xiāo)售額將增長(cháng)16%，達到約168億美元。

　　圖2：IC領(lǐng)域的市場(chǎng)增長(cháng)情況(以十億美元計)。數據來(lái)源ICInsights

　　“越來(lái)越多的客戶(hù)正在重新定義他們的產(chǎn)品組合，以適應物聯(lián)網(wǎng)、汽車(chē)市場(chǎng)，”UMC美國銷(xiāo)售副總裁WalterNg說(shuō)：“就拿汽車(chē)領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，信息娛樂(lè )、數據安全和先進(jìn)操作功能的進(jìn)步，正在增加對MCUs的需求，其集成了嵌入式非易失性存儲器、RF元件和MEMS傳感器。

　　WalterNg還表示：“在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，我們看到了許多不同類(lèi)型的設備，但主要關(guān)注的焦點(diǎn)似乎是將MCU與多協(xié)議通信集成在一起的IC，包括Wi-Fi，藍牙甚至Zigbee。我們也看到了企業(yè)對家庭自動(dòng)化的巨大興趣?！?/p>

　　考慮到這些增長(cháng)驅動(dòng)因素，代工廠(chǎng)商必須開(kāi)發(fā)更多不同的工藝來(lái)滿(mǎn)足客戶(hù)日益增長(cháng)的需求。GlobalFoundries首席技術(shù)官GaryPatton表示：“一個(gè)技術(shù)平臺能滿(mǎn)足從高端IBMz系統(大型機)一直到電池供電的物聯(lián)網(wǎng)設備，這顯然是不切實(shí)際的?！?/p>

　　為了滿(mǎn)足這些需求，晶圓廠(chǎng)必須每年增加他們的資本支出和研發(fā)支出。但是只有少數的晶圓廠(chǎng)有開(kāi)發(fā)多種技術(shù)的資源。規模較小的公司當然也是可行的，不過(guò)他們對市場(chǎng)必須更專(zhuān)一。

　　除了研發(fā)資本的支出，還有一些晶圓代工廠(chǎng)需要面對的挑戰：

　　經(jīng)濟和政治問(wèn)題可能影響電子行業(yè)。

　　低迷的需求和庫存問(wèn)題往往會(huì )在第一季度出現，這可能會(huì )在隨后的季度中持續存在。

　　集成電路業(yè)務(wù)正在進(jìn)行一波并購活動(dòng)。整合的結果則是代工廠(chǎng)商的客戶(hù)群縮減。

　　硅片的可用性令人擔憂(yōu)。在多年的供應過(guò)剩之后，硅片供應商看到了新的需求。但是，供應商并沒(méi)有對新工廠(chǎng)進(jìn)行投資，許多公司已經(jīng)提高了價(jià)格。

　　封裝測試供應鏈是晶圓廠(chǎng)的另一個(gè)問(wèn)題。對芯片需求的上升導致了制造能力、各種封裝類(lèi)型甚至一些設備的短缺。

　　10nm/7nm，22nm工藝技術(shù)的遷移

　　到2018年，英特爾預計將增長(cháng)10納米投入。此外，GlobalFoundries，三星和臺積電將開(kāi)始出貨各自的7nmfinFET工藝產(chǎn)品。三星還宣布了各種半節點(diǎn)產(chǎn)品。

　　節點(diǎn)名稱(chēng)很混亂。簡(jiǎn)而言之，Intel的10nm技術(shù)大致相當于其他晶圓廠(chǎng)的7nm節點(diǎn)。

　　無(wú)論如何，節點(diǎn)遷移是具有挑戰性的。例如，一些芯片制造商花費比預期更長(cháng)的時(shí)間從平面節點(diǎn)遷移到16nm/14nm。在16nm/14nm工藝中，許多供應商轉向下一代稱(chēng)為FinFET的晶體管類(lèi)型。在FinFET中，對電流的控制是通過(guò)在鰭的三側面上的柵極來(lái)實(shí)現的。

　　圖3：FinFET與平面。來(lái)源：LamResearch

　　一般而言，FinFET解決了短溝道效應和其他縮放問(wèn)題，但是該技術(shù)制造起來(lái)更困難且成本更高。

　　舉個(gè)例子：英特爾本應在2017年下半年發(fā)布10納米FinFET工藝，但最近的進(jìn)度有所下滑。投資銀行公司晨星(Morningstar)分析師AbhinavDavuluri在最近的一次采訪(fǎng)中表示：“英特爾10nmFinFET工藝看起來(lái)像是被推遲到了18年上半年?！斑@可能是遭遇了一系列的問(wèn)題。但是，他們解決14納米工藝問(wèn)題的時(shí)間，在10nm工藝基本上是成倍增加。因為現在你正在做自對齊的四軸模式，而不是雙模式。它需要更多的步驟和更好的功能尺寸，顯然這兩個(gè)問(wèn)題是相互矛盾的?！?/p>

　　從時(shí)間上來(lái)看，GlobalFoundries，三星和臺積電在7nm將面臨類(lèi)似的問(wèn)題。Gartner分析師SamuelWang表示：“三家代工廠(chǎng)似乎都在取得良好的進(jìn)展?！?/p>

　　SamuelWang預計，在2018年7nm工藝將有一個(gè)較大的增長(cháng)，但在短期內，根本不能與10nm抗衡。預計在2017年，10nm將產(chǎn)生價(jià)值50億美元的業(yè)務(wù)。相比之下，預計到2018年，7nm的銷(xiāo)售額將從25億美元增至30億美元。

　　那么隨著(zhù)時(shí)間的推移，7nm將如何發(fā)展呢?“這是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，”GlobalFoundries的Patton說(shuō)?！坝幸恍┛蛻?hù)在更積極地布局到下一個(gè)節點(diǎn)。其他人則會(huì )緩慢跟進(jìn)?！?/p>

　　根據Patton的說(shuō)法，7nm將會(huì )是一個(gè)長(cháng)壽的節點(diǎn)。FinFET將會(huì )有很多延伸，有很大的擴展空間。

　　臺積電表示，7nm節點(diǎn)可能會(huì )達到28nm一樣的成就?！?nm的最初應用是高端應用處理器和高性能計算。我們預計到2018年底，將會(huì )有超過(guò)50次流片，“臺積電聯(lián)席首席執行官兼總裁C.C.Wei在最近一次電話(huà)會(huì )議上表示。

　　然而，并非所有的代工廠(chǎng)客戶(hù)都是世界領(lǐng)先廠(chǎng)商。雖說(shuō)許多公司正在開(kāi)發(fā)新的芯片，并正在探索遷移到16nm/14nm甚至更遠的想法。但是許多公司都停留在28納米節點(diǎn)以上，因為他們無(wú)法承受先進(jìn)節點(diǎn)的高昂IC設計成本。

　　為填補市場(chǎng)空白，GlobalFoundries，英特爾，臺積電和聯(lián)電正在開(kāi)發(fā)一種新的22納米工藝。22納米比28納米更快，芯片開(kāi)發(fā)成本低于16納米/14納米。

　　然則并不是所有的22nm技術(shù)都一樣。例如，GlobalFoundries正在準備22納米FD-SOI技術(shù)。臺積電和聯(lián)電正在開(kāi)發(fā)22納米大容量CMOS工藝。而Intel則采用了新的低功耗22nmFinFET技術(shù)。

　　從此以后，客戶(hù)必須權衡各種選項?！斑@取決于你在什么空間，”GlobalFoundries的Patton說(shuō)：“如果你專(zhuān)注于高性能，并且正在嘗試制造大型芯片，那么你會(huì )選擇FinFET。如果你期望芯片體積小，而且成本和功耗達到了平衡，那么你就可以沿著(zhù)FD-SOI路徑走下去。

　　大容量CMOS工藝也是一種選擇，聯(lián)電正在開(kāi)發(fā)一個(gè)22nm制程，用于RF、毫米波和其他應用?！斑@個(gè)工藝能提供性能和成本的最佳組合，”聯(lián)電的專(zhuān)業(yè)技術(shù)部門(mén)的副總裁RajVerma說(shuō)。

　　盡管如此，在未來(lái)許多晶圓廠(chǎng)客戶(hù)仍將堅持使用28nm。Gartner公司的Wang說(shuō)：“28納米級技術(shù)提供了速度，功耗和成本的最佳組合，其將繼續保持良好的需求，28nm晶圓代工年收入可達100億美元?！?/p>

　　那么，22nm會(huì )起飛嗎?“是的，因為22納米是28納米的延伸，”Wang說(shuō)?！八峁┝烁玫男阅芎兔芏??！?/p>