(2024.10.8)半導體一周要聞－莫大康

1. SEMI中國半導體產(chǎn)業(yè)自主率逐年攀升，預計2027年達26.6%

全球半導體市場(chǎng)趨勢：2024年全球半導體營(yíng)收將實(shí)現16%的增長(cháng)。

全球晶圓產(chǎn)能：全年增長(cháng)6%，到2026年中國12英寸晶圓產(chǎn)能將占到26%。

全球半導體設備：上半年，出貨總額為532億美元，預計2025年出現16%的反彈。

下圖表示全球半導體銷(xiāo)售額從2000年達到2000億美元，2014年達3000億美元2014年達4000億美元，2018年達5000億美元及2021年實(shí)現6000億美元，每1000億美元的增值明顯加快。

全球半導體制造產(chǎn)能預計將在2024年增長(cháng)6%，并在2025年實(shí)現7%的增長(cháng)，達到每月晶圓產(chǎn)能3370萬(wàn)片(wpm,wafers per month)的歷史新高(以8英寸當量計算)。尤其值得關(guān)注的是，2024年5納米及以下的產(chǎn)能預計增長(cháng)13%，在先進(jìn)節點(diǎn)的帶動(dòng)下，2027年的增長(cháng)有望達到17%。

研發(fā)投入方面，2022 年美國半導體產(chǎn)品的研發(fā)支出總額達到588 億美元，占銷(xiāo)售額的18%，而中國的研發(fā)投入占銷(xiāo)售額的占比為7.6%，與美國相比仍有一定差距。

中國的半導體產(chǎn)業(yè)自主率逐年攀升，從2012年的14%到2022年的18%，預計2027年達到26.6%，但仍存在1460億美金的巨大缺口。

2. Open AI要花費7萬(wàn)億美元和很多年時(shí)間來(lái)建設36座半導體工廠(chǎng)和數據中心

阿爾特曼最初的計劃是讓阿聯(lián)酋出資建設多個(gè)芯片制造廠(chǎng)，每個(gè)工廠(chǎng)的造價(jià)可能高達430億美元。該計劃將降低臺積電等公司的芯片制造成本。

兩位知情人士稱(chēng)，這項研究呼吁在美國建設新的數據中心。每個(gè)數據中心的建設成本為1000億美元，大約是當今最強大的數據中心成本的20倍——它們將容納200萬(wàn)顆AI芯片，消耗5千兆瓦的電力。

一位知情人士透露說(shuō)，在一次會(huì )議上，當OpenAI表示其尋求5千兆瓦的電力，一位日本官員笑了起來(lái)，這大約是普通數據中心所消耗電力的1000倍；后來(lái)，在與德國官員的會(huì )議上，OpenAI探討了在北海建立一個(gè)數據中心，以便可以利用海上風(fēng)力渦輪機產(chǎn)生的7千兆瓦電力。

3. 老美轉變態(tài)度，高通恢復供貨華為，ASML售光刻機到底安什么心？

近期，科技界掀起了一股不小的波瀾。原本在科技封鎖線(xiàn)上的美國，態(tài)度似乎出現了180度的大轉彎。高通恢復了向華為供貨，而荷蘭的ASML公司也開(kāi)始向中國銷(xiāo)售先進(jìn)的光刻機。這一系列動(dòng)作，不僅打破了之前的科技冷戰格局，更在國際上引發(fā)了廣泛的關(guān)注和猜測。那么，這背后究竟隱藏著(zhù)怎樣的戰略意圖和經(jīng)濟考量呢？

4. 未來(lái)3年全球半導體設備銷(xiāo)售將創(chuàng )紀錄，中國是最大買(mǎi)家

國際半導體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì )（SEMI）在其《300mm晶圓廠(chǎng)2027年展望報告(300mm Fab Outlook Report to 2027)》報告中預測，在數據中心和邊緣設備中使用的人工智能(AI)芯片需求不斷增長(cháng)推動(dòng)下，預計在2025至2027年的三年間，半導體制造業(yè)者對于半導體設備的資本支將達到創(chuàng )紀錄的4000億美元，其中以中國大陸、韓國、中國臺灣地區支出最多。

SEMI表示，中國大陸在自給自足的國家政策推動(dòng)下，未來(lái)3年中國半導體廠(chǎng)商對于半導體設備的資本支出額超過(guò)1000億美元，將持續成為全球最大的半導體設備市場(chǎng)。但報告也補充道，中國半導體廠(chǎng)商的設備支出將從今年的創(chuàng )紀錄的450億美元下滑至2027年的310億美元。

5. 長(cháng)電科技正式進(jìn)軍存儲

近日，晟碟半導體（上海）有限公司發(fā)生多項工商變更，新增長(cháng)電科技管理有限公司為股東，投資人由SANDISK CHINA LIMITED認繳2.72億美元更新為SANDISK CHINA LIMITED認繳5440萬(wàn)美元，長(cháng)電科技管理有限公司認繳2.176億美元（當前約合15.26億元人民幣），長(cháng)電持股80%，SANDISK CHINA LIMITED持股20%。

同時(shí)，該公司法定代表人、董事等多位主要人員發(fā)生變更。董事姚海榮、舒銀葉退出，新增BOCK KIM LEE、YEOH MEI ING、徐陽(yáng)、劉芹董事。法定代表人由BOCK KIM LEE變更為鄭力。

6. 臺積電封裝瘋狂擴產(chǎn)

美系法人預估，臺積電的CoWoS月產(chǎn)能到年底可能超過(guò)3.2萬(wàn)片，若加上協(xié) 力廠(chǎng)商有機會(huì )逼近4萬(wàn)片，到2025年底月產(chǎn)能約在7萬(wàn)片上下。

臺積電營(yíng)運、先進(jìn)封裝技術(shù)暨服務(wù)副總何軍在半導體展時(shí)也透露，預期 CoWoS先進(jìn)封裝產(chǎn)能在2022至2026年，年復合成長(cháng)率達到50％以上，到 2026年仍會(huì )持續擴產(chǎn)，以往3至5年蓋一個(gè)廠(chǎng)，現在已縮短到2年內就要蓋 好，以滿(mǎn)足客戶(hù)需求。

DIGITIMES研究中心在八月中發(fā)表的《AI芯片特別報告》中指出，先進(jìn)封裝成長(cháng)力道更勝先進(jìn)制程，在先進(jìn)封裝領(lǐng)域，AI芯片高度仰賴(lài)臺積電CoWoS封裝技術(shù)，因此臺積電2023～2028年CoWoS產(chǎn)能擴充CAGR將超過(guò)50％，而2023～2028年晶圓代工產(chǎn)業(yè)5nm以下先進(jìn)制程擴充年均復合成長(cháng)率將達23％。

當前的 CoWoS 迭代支持中介層（硅基層）的尺寸高達光刻中使用的典型光掩模的 3.3 倍。但到 2026 年，臺積電的“CoWoS_L”將使其尺寸增加到大約 5.5 倍的掩模尺寸，為更大的邏輯芯片和多達 12 個(gè) HBM 內存堆棧留出空間。而僅僅一年后的 2027 年，CoWoS 將擴展到令人瞠目結舌的 8 倍掩模版尺寸甚至更大。

我們談?wù)摰氖羌煞庋b，面積達 6,864 平方毫米，比一張信用卡大得多。這些 CoWoS 龐然大物可 以整合四個(gè)堆疊邏輯芯片以及十幾個(gè) HBM4 內存堆棧和額外的 I/O 芯片。

7. 國內首條中國光子芯片點(diǎn)亮

9月25日，我國在光子芯片上迎來(lái)關(guān)鍵性突破，上海交通大學(xué)無(wú)錫光子芯片研究院建設的國內首條光子芯片中試線(xiàn)，宣布正式啟用。另外今年早些時(shí)候，清華團隊發(fā)布AI光芯片“太極-Ⅱ”和“太極-I”，濟南在全球率先研制成功12英寸鈮酸鋰晶體，我國中科院開(kāi)發(fā)出可批量制造的新型“光學(xué)硅”芯片等等，都預示著(zhù)光子芯片正式步入產(chǎn)業(yè)化快車(chē)道，將突破計算范式限制，為大規模智算帶來(lái)新的想象空間，一個(gè)屬于光子的輝煌時(shí)代即將開(kāi)啟。

AI訓練所需算力每三個(gè)半月翻一倍，而摩爾定律下的晶體管數量每18個(gè)月才翻一倍，算力供需“剪刀差”持續拉大，量子計算成為共識解決方案。

目前量子計算主要有超導、離子阱及光量子三條技術(shù)路線(xiàn)，行業(yè)多方持續看好光量子路徑。行業(yè)人士表示，主要是因為實(shí)現通用量子計算機有三個(gè)前提——百萬(wàn)量子比特的操縱能力、低環(huán)境要求、高集成度，光量子是目前能滿(mǎn)足這三個(gè)條件的最佳路徑。光量子芯片又分為光子芯片和量子芯片，其中量子芯片值得一提的就是今年1月發(fā)布的中國第三代自主超導量子芯片——“悟空芯”(夸父 KF C72-300)。

光子芯片也被稱(chēng)作“光電子芯片”或“光子集成電路（PIC）”，是指利用光子作為信息傳輸和處理載體的新型集成芯片，以光為信息載體，具有大帶寬、高并行、低功耗的天然優(yōu)勢，被認為是未來(lái)大容量數據傳輸、人工智能加速計算的一大利器。

8. 1兆個(gè)晶體管的半導體新紀元

兩周前SEMICON Taiwan在中國臺北舉行，這個(gè)年度盛會(huì )聚集全球各地重要的半導體廠(chǎng)商及菁英，共同探討半導體未來(lái)的新技術(shù)及產(chǎn)業(yè)趨勢，這其中最吸睛是對于未來(lái)兩個(gè)「兆」（trillion）的預測。

第一個(gè)兆是大家比較耳熟能詳的，半導體的市場(chǎng)規模，會(huì )由現在的6,000多億美元，成長(cháng)到2030年的破兆美元。中國臺灣地區2023年的GDP是7,551億美元。

第二個(gè)會(huì )破兆的是單一封裝芯片的晶體管數目會(huì )超越1兆，目前的紀錄是NVIDIA Blackwell架構GPU內涵1,040億個(gè)晶體管，使用臺積電4奈米的制程。所以要破兆，還需要10倍的成長(cháng)。在1980年代，我們所探討單一芯片晶體管的數目是百萬(wàn)級（million），而2000年初來(lái)到10億級（billion），又過(guò)了20年現在是兆級（trillion）。

臺積電在A(yíng)16制程（1.6奈米）將開(kāi)始使用此背面供電技術(shù)，但是該如何實(shí)現？

這需要晶圓鍵結技術(shù)（wafer to wafer bonding），包括bumpless技術(shù)。也就是將提供背面供電的電路制作在另一片晶圓上，然后與磨薄后主芯片的背面對準并鍵結，使兩片晶圓結合為一體，這個(gè)程序需要在真空下加溫及加機械力，而晶圓間的鍵結是依賴(lài)凡德瓦爾力（van der Waals force）來(lái)完成。這個(gè)技術(shù)在30多年前，我在美國當研究生時(shí)就已經(jīng)發(fā)展，當時(shí)隔壁實(shí)驗室正從事MEMS的研究，需要制作一個(gè)微小的空腔，因此手工組裝一套半導體晶圓鍵結設備。沒(méi)想到當初這套技術(shù)，如今成為實(shí)現兆級晶體管的利器。

既使有了更省電的CFET及晶圓背面供電技術(shù)，然而上兆個(gè)晶體管仍舊會(huì )產(chǎn)生相當的熱，需要從有限的面積內帶走。Imec研究人員制作液態(tài)冷卻的微流道，將冷液體引入到晶圓表面的熱點(diǎn)，而將熱帶走的熱液體，由不同的流道引出，并在外部做熱交換。此微流道相當的復雜，需要將冷熱液體分流，這很難用傳統的機械加工來(lái)完成，而3D打印技術(shù)克服這個(gè)困難。

9. 救救英特爾

英特爾面臨的不僅僅是技術(shù)上的升級，更是如何改變企業(yè)文化、提升創(chuàng )新能力和市場(chǎng)敏捷度的問(wèn)題。

英特爾的IDM（集成設備制造）模式曾經(jīng)是其成功的核心。從設計到制造的全面控制，使英特爾在很長(cháng)一段時(shí)間內能夠保持高效率的生產(chǎn)和快速的技術(shù)迭代。然而，隨著(zhù)臺積電（TSMC）和三星等晶圓代工廠(chǎng)的崛起，英特爾的IDM模式顯得越來(lái)越笨重和滯后。

臺積電的成功表明，專(zhuān)注于晶圓制造可以帶來(lái)更大的靈活性和創(chuàng )新空間，而英特爾的IDM模式面臨的問(wèn)題在于：生產(chǎn)工藝的迭代速度趕不上競爭對手。例如，英特爾在7納米和10納米工藝上的延遲使其在與AMD、蘋(píng)果等公司的競爭中處于不利地位。

IDM模式并非一無(wú)是處，但在今天，IDM必須要在靈活性和效率之間找到新的平衡。通過(guò)剝離或部分外包制造業(yè)務(wù)，英特爾可以減輕負擔，聚焦其設計和創(chuàng )新能力。

英特爾的問(wèn)題遠不止是技術(shù)上的落后。公司文化的僵化、創(chuàng )新精神的缺乏、市場(chǎng)反應的遲緩等都是影響其競爭力的關(guān)鍵因素。盡管英特爾仍然掌握著(zhù)強大的技術(shù)儲備和知識產(chǎn)權，然而，這些優(yōu)勢并沒(méi)有轉化為市場(chǎng)的領(lǐng)先地位。

10）2024 to 2029年全球晶圓代工業(yè)營(yíng)收CAGR估達11.5%