莫大康：(2021.5.6)半導體一周要聞

半導體一周要聞

2021.4.26- 2021.5.6

1. 臺積電最新進(jìn)展：2nm正在開(kāi)發(fā)，3nm和4nm將在明年面世

全球最大的晶圓代工廠(chǎng)，擁有近500個(gè)客戶(hù)，這就是他們的獨特之處。一方面，公司幾乎可以為提出任何需求的所有客戶(hù)提供服務(wù)；另一方面，就容量和技術(shù)而言，他們必須領(lǐng)先于其他任何人；就產(chǎn)能而言，臺積電（TSMC）是不接受任何挑戰，而且未來(lái)幾年也不會(huì )。臺積電今年300億美元的資本預算中，約有80％將用于擴展先進(jìn)技術(shù)的產(chǎn)能，例如3nm，4nm / 5nm和6nm / 7nm。分析師認為，到今年年底，先進(jìn)節點(diǎn)上的大部分資金將用于將臺積電的N5產(chǎn)能擴大，擴大后的產(chǎn)能將提到至每月110,000?120,000個(gè)晶圓啟動(dòng)（WSPM）。

分析師估計，臺積電的N5晶體管密度約為每平方毫米1.7億個(gè)晶體管（MTr / mm 2），如果準確的話(huà)，它是當今可用的最密集的技術(shù)。相比之下，三星Foundry的5LPE的晶體管密度介乎125 MTR /平方毫米?130 MTR /平方毫米之間，而Intel的10納米設有一個(gè)約100 MTR /平方毫米的密度。

魏哲家說(shuō)：“ N4將利用N5的強大基礎來(lái)進(jìn)一步擴展我們的5 nm系列?！?“ N4是具有兼容設計規則的N5的直接移植，同時(shí)為下一波5納米產(chǎn)品提供了進(jìn)一步的性能，功率和密度增強。N4風(fēng)險生產(chǎn)的目標是今年下半年，到2022年實(shí)現批量生產(chǎn)。

2022年，全球最大的芯片合同制造商將推出其全新的N3制造工藝，該工藝將繼續使用FinFET晶體管，但預計PPA將大幅提升。N3將進(jìn)一步增加EUV層的數量，但將繼續使用DUV光刻技術(shù)。而且，由于該技術(shù)一直在使用FinFET，因此不需要從頭開(kāi)始重新設計和開(kāi)發(fā)全新IP的新一代電子設計自動(dòng)化（EDA）工具，這可能會(huì )成為基于Samsung Foundry基于GAAFET / MBCFET的3GAE的競爭優(yōu)勢。臺積電首席執行官說(shuō)：“ [N3]風(fēng)險生產(chǎn)計劃在2021年進(jìn)行?！?“目標是在2022年下半年實(shí)現量產(chǎn)。引入N3技術(shù)將成為PPA和晶體管技術(shù)中最先進(jìn)的鑄造技術(shù)。[…]我們對我們的[N5]和[N3]充滿(mǎn)信心，他們將是臺積電的大型持久節點(diǎn)?！?/p>

Gate-all-around FETs（GAAFET）仍是臺積電發(fā)展路線(xiàn)圖的一部分。預計該公司在其“后N3”技術(shù)（可能是N2）中使用新型晶體管。實(shí)際上，該公司處于下一代材料和晶體管結構的探路模式，這些材料和晶體管結構將在未來(lái)的許多年中使用。

該公司在最近的年度報告中說(shuō)：“對于先進(jìn)的CMOS邏輯，臺積電的3nm和2nm CMOS節點(diǎn)正在順利進(jìn)行中?！?“此外，臺積電加強了探索性的研發(fā)工作，重點(diǎn)放在2nm以外的節點(diǎn)以及3D晶體管，新存儲器和low-R interconnect等領(lǐng)域，這些領(lǐng)域有望為許多技術(shù)平臺奠定堅實(shí)的基礎。

至少按臺積電董事長(cháng)劉德音、德國智庫Stiftung Neue 4月初，臺積電董事長(cháng)劉德音公開(kāi)提到，美國和歐洲擴大其半導體晶圓廠(chǎng)產(chǎn)能的計劃是“經(jīng)濟上不現實(shí)的”，因為這些計劃是為了滿(mǎn)足其自身需求而進(jìn)行的，如果整個(gè)半導體供應鏈轉移到美國和歐洲，或者如果這些地區計劃擴大產(chǎn)能，則將導致大量“非盈利性”企業(yè)的產(chǎn)生。

2. 德國智庫：歐洲建2nm晶圓廠(chǎng)是徒勞的努力

4月29日報道，歐盟正有意拿出上百億歐元的補貼，邀請先進(jìn)芯片制造商赴歐建廠(chǎng)。歐盟內部市場(chǎng)專(zhuān)員蒂埃里?布雷頓（Thierry Breton）將在4月30日與英特爾、臺積電高管進(jìn)行對話(huà)，并將與三星的代表會(huì )談。知情人士透露，Breton計劃與英特爾談判的歐洲新廠(chǎng)，規模比歐洲現有最大的晶圓生產(chǎn)基地還要大好幾倍。Breton還計劃下周見(jiàn)荷蘭半導體巨頭恩智浦、荷蘭芯片制造設備巨頭阿斯麥的代表，討論打造歐洲半導體供應鏈的可能性。作為“2030年數字指南針”戰略的一部分，歐盟委員會(huì )的目標是到2030年讓歐洲在全球半導體生產(chǎn)市場(chǎng)中的份額達到20％，并擁有能生產(chǎn)先進(jìn)2nm芯片的晶圓廠(chǎng)。這將需要數百億歐元的投資。但砸下如此巨額的投資，真能換來(lái)大的水花嗎？

依賴(lài)于“摩爾微縮”的邏輯芯片通常是通過(guò)無(wú)晶圓廠(chǎng)公司和晶圓廠(chǎng)的協(xié)作，這樣的勞動(dòng)分工更具成本收益。如今，無(wú)晶圓廠(chǎng)芯片設計公司占全球集成電路銷(xiāo)售額的近33%，遠高于2000年的9%。美國擁有65%的市場(chǎng)份額，是迄今最大的無(wú)晶圓廠(chǎng)公司聚集地。由于無(wú)晶圓廠(chǎng)公司可以完全專(zhuān)注于芯片設計，他們擁有半導體行業(yè)中最高的研發(fā)利潤率，通常是20-30%甚至更高。 

3. 蘋(píng)果M2芯片曝光雙芯封裝三季度開(kāi)始量產(chǎn)

蘋(píng)果第一顆雙芯封裝的 CPU （姑且稱(chēng)為M2 dual，采用2顆M2 SIP，其中一顆旋轉180度）將會(huì )在今年三季度開(kāi)始量產(chǎn)。據爆料人介紹，M2芯片的性能會(huì )更強勁，而且最強版本會(huì )在蘋(píng)果自家臺式機Mac Pro上首發(fā)。

M1之后，大家對M2的關(guān)注度日益提升，日經(jīng)亞洲評論此前曾報道士稱(chēng)，M2已于本月已進(jìn)入量產(chǎn)階段，最早可能于7月開(kāi)始出貨，計劃用于下半年上市的MacBook，以及其他Mac和蘋(píng)果設備。報道同時(shí)透露，M2芯片由臺積電生產(chǎn)，采用了最新的5-nanometer plus（N5P）制程工藝。

4. 韓國政府參與美國主導的半導體供應鏈重組

據東亞日報報道，韓國政府已向拜登政府表明立場(chǎng)，將參與美國總統拜登強調的“美國主導的半導體全球供應鏈重組”。因此，韓美確定在當地時(shí)間21日召開(kāi)的文在寅總統和拜登總統的首次首腦會(huì )談中，韓美半導體合作將成為主要議題。拜登總統1月就任，在白宮與文在寅總統直接會(huì )面，這是世界首腦中繼日本首相菅義偉之后的第二人。

韓國政府相關(guān)人士30日表示：“已向拜登政府表明立場(chǎng)，將參與美國關(guān)于應該擁有半導體和汽車(chē)用電池等核心技術(shù)、生產(chǎn)自身供應網(wǎng)的構想?！睋?，政府認為，如果在美中技術(shù)霸權競爭中不能參與由美國主導的半導體供應網(wǎng)，國內半導體產(chǎn)業(yè)將遭受打擊。

5. 美國半導體公司對中國市場(chǎng)依賴(lài)有多大

據美國半導體行業(yè)協(xié)會(huì )（SIA）統計，2020年全球半導體產(chǎn)業(yè)銷(xiāo)售額為4390億美元，與2019年的4123億美元相比增長(cháng)了6.5%。其中，美國半導體公司的銷(xiāo)售額約為2080億美元，占全球銷(xiāo)售額的47%。同時(shí)2020年美國芯片市場(chǎng)銷(xiāo)售額增長(cháng)了19.8%達到941.5億美元。芯思想研究院（ChipInsights）對美國15家主要芯片公司營(yíng)收進(jìn)行了梳理和分析，現將有關(guān)情況整理如下。 

美國15家主要芯片公司2020年整體營(yíng)收為2187億美元，較2019年2057億美元增加了130億元，增幅6.3%。15家公司中，有8家營(yíng)收實(shí)現正增長(cháng)，其中英偉達（nVIDIA）增長(cháng)53%，AMD增長(cháng)45%，其他6家增幅在10%以?xún)?；?家營(yíng)收出現下滑，美光（Micron）下滑最大，為-8.4%。

6. 為何臺積電難過(guò)水關(guān)？

在90nm工藝節點(diǎn)制程下，只需要90次左右的清洗步驟就可以達到較好的良率。但是在下一代65nm工藝節點(diǎn)時(shí)，清洗步驟增加到140步左右。而到22nm/20n節點(diǎn)，清洗步驟增加到210次左右。如此多次頻繁的清洗，具體用水量如何？數據顯示，在產(chǎn)能在4萬(wàn)片每月的200mm晶圓廠(chǎng)中，一天用水量約為8000到10000 噸，其中70%是用來(lái)生成超純水。但是到16nm，7nm工藝，同樣產(chǎn)能為4萬(wàn)片的12英寸晶圓廠(chǎng)，每天用水量大概是20000噸。按照IC Insight數據，如果全球晶圓廠(chǎng)產(chǎn)能增加量按照200mm等效晶圓計算，全球晶圓產(chǎn)能在2020年至2022年三年增加量分別為1790萬(wàn)片，2080萬(wàn)片和 1440萬(wàn)片，按照這個(gè)數字計算，用水量將是無(wú)比巨大的！

據悉，臺積電每年需消耗約160億噸淡水，目前臺積電已經(jīng)實(shí)現了86%的廢水回收利用率，平均每升水可重復利用3-4次，但仍然消耗巨大。對于半導體制造廠(chǎng)商來(lái)說(shuō)，每天的用水量巨大，如果供水出現問(wèn)題，恐影響生產(chǎn)。為了減少用水量同時(shí)也為了緩解缺水危機，中國臺灣也同步采取了多項措施。一是相關(guān)部門(mén)要求產(chǎn)業(yè)界提出節水計劃，臺積電被要求將用水量減少7%以上。臺積電發(fā)言人還表示，“臺當局”將撥款170億元新臺幣（約合39億元人民幣），在2026年之前建造11座水回收廠(chǎng)。據了解，臺積電全臺廠(chǎng)區日用水量達15.89萬(wàn)噸，若全以水車(chē)載水，每天要達近8000車(chē)次。另外，最新的消息稱(chēng)臺積電正在建設一座能夠處理工業(yè)用水的工廠(chǎng)，以便將水可以再利用，用于制造半導體。

7. Fabless占據2020年33%市場(chǎng)份額，創(chuàng )歷史新高

市調機構 IC Insights在《The McClean Report 2021》4月更新中描述了Fabless（無(wú)晶圓廠(chǎng)）廠(chǎng)商與IDM（集成設備制造商）廠(chǎng)商的銷(xiāo)售增長(cháng)率在歷史上有很大不同（圖1）。通常，Fabless 廠(chǎng)商所記錄的銷(xiāo)售增長(cháng)率要高于IDM所顯示的增長(cháng)率。實(shí)際上，有史以來(lái)第一年IDM廠(chǎng)商IC銷(xiāo)售增長(cháng)過(guò)Fabless 。上一次出現這種情況是2010年，當時(shí)IDM IC銷(xiāo)售量增長(cháng)35％，Fabless 廠(chǎng)商銷(xiāo)售額增長(cháng)29％。

8. 芯?？萍箭嫻?huì )：如何在芯片缺貨狀態(tài)下從國產(chǎn)替代中勝出

國產(chǎn)替代的機會(huì )有哪些？龐功會(huì )把國產(chǎn)替代的機會(huì )分成了三大類(lèi)：市場(chǎng)大、應用清晰、門(mén)檻高的A類(lèi) ；市場(chǎng)多樣化、應用差異化、有一定門(mén)檻的B類(lèi)；市場(chǎng)大、應用清晰、門(mén)檻低的C類(lèi)。

A類(lèi)主要有PC CPU、GPU、手機SOC、FPGA、服務(wù)器芯片，DDR、NAND Flash，高速ADC、手機射頻、高速PHY、Switch等，市場(chǎng)對技術(shù)能力和資金要求較高。C類(lèi)主要包含消費電子數字芯片（CPU、8位/32位MCU），中低端藍牙音頻芯片、BLE、IoT Wi-Fi，消費電源芯片（DC-DC、AC-DC、LDO），LED Driver，低精度運放等，市場(chǎng)國產(chǎn)芯片競爭激烈。

龐功會(huì )重點(diǎn)闡述了在B類(lèi)市場(chǎng)的挑戰與機會(huì )。B類(lèi)市場(chǎng)主要包含高性能藍牙音頻、超低功耗藍牙，汽車(chē)電子MCU、汽車(chē)MPU、低功耗MCU，高速Wi-Fi、通用PHY、Switch，馬達驅動(dòng)芯片，高精度運放、調理芯片，高精度ADC，工業(yè)、手機電源芯片（AC-DC、DC-DC、Charge Pump）等。在B類(lèi)市場(chǎng)中，目前存在品質(zhì)供應鏈、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)交付延遲、產(chǎn)品定義不夠準確、市場(chǎng)應用多元化、系統應用復雜、客戶(hù)需求難以把握的挑戰。

9. 吳漢明：本土可控的55nm芯片制造比完全進(jìn)口的7nm更有意義

在中國工程院主辦的“中國工程院信息與電子工程前沿論壇”上，中國工程院院士吳漢明對光刻機、產(chǎn)業(yè)鏈國產(chǎn)化等關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了分析。整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節，重點(diǎn)的三大“卡脖子”制造環(huán)節包括了工藝、裝備/材料、設計IP核/EDA。他表示，在半導體材料方面，我國光刻膠、掩膜版、大硅片產(chǎn)品幾乎都要依賴(lài)進(jìn)口；在裝備領(lǐng)域，世界舞臺上看不到中國裝備的身影。吳漢明強調，自主可控固然重要，但也要認識到集成電路產(chǎn)業(yè)是全球性的產(chǎn)業(yè)。以EUV光刻機為例，涉及到十多萬(wàn)零部件，需要5000多供應商支撐，其中32%在荷蘭和英國，27%供應商在美國，14%在德國，27%在日本，這就體現了全球化技術(shù)協(xié)作的結果。在其中，“我們有哪些環(huán)節拿得住的？是我國研發(fā)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心點(diǎn)?！?/p>

他援引數據稱(chēng)，10納米節點(diǎn)以下先進(jìn)產(chǎn)能占17%，83%市場(chǎng)在10納米以上節點(diǎn)，創(chuàng )新空間巨大。在先進(jìn)制程研發(fā)不占優(yōu)勢的情況下，我國可以運用成熟的工藝，把芯片的性能提升。也正是因此他提出一個(gè)觀(guān)點(diǎn)：本土可控的55nm芯片制造，比完全進(jìn)口的7nm更有意義。

10. 晶圓制造產(chǎn)能吃緊，眾廠(chǎng)商急吼吼擴產(chǎn)

2020年和2021年晶圓制造產(chǎn)能相當吃緊，在產(chǎn)能為王的時(shí)期，IDM運營(yíng)的公司具有相當的產(chǎn)能保證，可以有很大的騰挪空間。IDM手握充裕的產(chǎn)能，將是打擊競爭對手的大殺器。芯思想研究院為您梳理了全球19家公司30個(gè)新增或擴產(chǎn)項目的情況，不包括存儲擴產(chǎn)項目。

11. 全球封測市場(chǎng)地區分布

12. ASML 與Nikon 近10年浸潤式光刻機銷(xiāo)售量比較

13. 尹志堯公開(kāi)發(fā)聲：中國造芯之路毀于人才，美國頂尖人才均是中國人

我們不難發(fā)現，雖然中國目前已經(jīng)在盡最大的努力去研發(fā)芯片了，但仍然無(wú)法打造出完整的一條產(chǎn)業(yè)鏈，部分技術(shù)雖然已經(jīng)達到全球頂尖狀態(tài)了，但國內沒(méi)有能匹配得上的同等工藝，導致了尖端技術(shù)的價(jià)值被無(wú)限縮小，而華為的麒麟芯片就是一個(gè)很好的例子。

14. 臺積電宣布采用AMD EPYC芯片負責其關(guān)鍵生產(chǎn)線(xiàn)控制

臺積電與AMD的合作更進(jìn)了一步，日期臺積電已經(jīng)宣布，開(kāi)始使用基于A(yíng)MD EPYC霄龍處理器的x86服務(wù)器，來(lái)負責其生產(chǎn)線(xiàn)的關(guān)鍵任務(wù)控制操作。臺積電負責人士表示，為了提升自動(dòng)化率，任何機器都要配備x86服務(wù)器來(lái)控制操作速度、耗電、用氣、給水等。臺積電方面介紹，生產(chǎn)機器非常昂貴，可能要花費數十億美元，但控制它們的服務(wù)器便宜得多。我需要確保很高的有效性，即萬(wàn)一一個(gè)機架壞了，另一個(gè)機架可以迅速頂上來(lái)。當前一個(gè)標準構建塊可以生成大約1000個(gè)虛擬機，這些虛擬機可以控制我們潔凈室中的1000個(gè)fab工具。

15. 美國卡位中國28nm以下先進(jìn)工藝？

對于遏制中國半導體崛起這一目標，美國前后兩任政府表現得空前一致?！芭_積電現在重新決定在南京擴建28nm產(chǎn)線(xiàn)，實(shí)際上也是考慮到了美國政策的影響。從中我們也可以看出，美國對中國先進(jìn)工藝的容忍上限可能就是28nm?！?8nm對大多數芯片而言都具備較好的性?xún)r(jià)比，這也意味著(zhù)28nm擁有巨量市場(chǎng)和空間。根據《2019集成電路行業(yè)研究報告》，28nm及以下工藝的先進(jìn)工藝占據了48%的市場(chǎng)份額，而成熟工藝則占據了52%的市場(chǎng)份額。而國內的產(chǎn)能稀缺并不是僅僅是16/14nm，7nm，5nm，還包括28nm。知名大V“寧南山”分析指出，中芯國際+華力微的28nm產(chǎn)值全球占比不過(guò)4%左右，另外廈門(mén)聯(lián)芯（臺聯(lián)電旗下公司）也有28nm產(chǎn)線(xiàn)?？偟膩?lái)說(shuō)，全球28nm代工產(chǎn)能大部分在中國臺灣地區，這里面存在嚴重的大陸本土供給和大陸本土需求不匹配。

通過(guò)梳理近年來(lái)美國對中國半導體的政策，王進(jìn)分析：“回過(guò)頭來(lái)看，美國對中國其實(shí)是有種一步步‘溫水煮青蛙’的試探。在禁運其中一家企業(yè)之后，發(fā)現中國沒(méi)有動(dòng)靜，就繼續禁運下一家。美國不會(huì )一下子完全打壓死中國，他會(huì )選擇性給予一定的‘空子’，按照美國的打法，肯定是走一步看一步，如果一條路堵不死中國，我相信它還會(huì )有新的政策出來(lái)?！?/p>

結語(yǔ)：來(lái)自美國的壓力源源不絕，無(wú)論從哪個(gè)角度來(lái)看，中國半導體產(chǎn)業(yè)都該拋棄幻想，認真“應戰”了。

16. 日經(jīng)：全球半導體供應鏈風(fēng)險極高，八成依賴(lài)亞洲

據日經(jīng)新聞報導，亞洲的半導體出口量目前已占全球80%；半導體生產(chǎn)基地過(guò)于集中、半導體廠(chǎng)大型化等因素，讓半導體供應鏈的風(fēng)險難以消除，也促使一些國家開(kāi)始推動(dòng)讓半導體生產(chǎn)回歸國內。

第一個(gè)因素是生產(chǎn)基地集中。另一個(gè)風(fēng)險因素，是半導體廠(chǎng)的大型化；中國臺灣、韓國的單一半導體廠(chǎng)產(chǎn)能，目前是2009年的約兩倍，日本則是約1.4倍。以上種種讓業(yè)界普遍對半導體供給風(fēng)險的疑慮日益升高，一些國家在設法降低對進(jìn)口的依賴(lài)；英特爾CEO基辛格表示：“最先進(jìn)半導體的生產(chǎn)偏重于東亞，必須加以平衡?！庇⑻貭栍媱澰诿绹鴣喞Ｄ侵菖d建新廠(chǎng)，是美國讓半導體生產(chǎn)回歸的跡象。此外，歐洲也準備提高在新一代半導體領(lǐng)域的市占率，日本則打算在國內建立先進(jìn)半導體廠(chǎng)。中國大陸也計劃提高半導體自給率。