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芯片產能短缺“假象”

2021-04-01
來源:半導體行業觀察
關鍵詞: 臺積電 芯片產能

  本周,在談到全球芯片產能短缺時,臺積電董事長劉德音表示,之所以形成這樣的局面,主要有三大原因:一是新冠肺炎疫情造成生產鏈的銜接不順利;二是美中貿易爭端造成供應鏈及市占率的變化和不確定性;三是疫情加速了數字化轉型。

  具體來看,自2020年初新冠肺炎疫情發生以來,全球生產鏈銜接不順利,為了維持足夠的芯片支持供應鏈運作,庫存水位提高成為常態。另外,美中貿易爭端,使得華為遭受美國禁令而無法獲取芯片,在這種情況下,其它手機廠商擴大下單量,以爭取華為的市占率。此外,不確定性也是一個重要因素,具體是指無法知道未來的芯片供應會不會因為外在變量造成中斷,不確定性的消除,很大程度上取決于美中兩國之間如何協商取得共識。

  劉德音表示,不確定性及市占率改變的時候,一定會有超額訂購情況。對臺積電來說,過去產能是先到先拿,但現在無法這樣做,臺積電全力支持產能供給,但會盡量分析哪些是最急切的需求,像車用芯片缺貨影響到經濟及就業,就要先支持并解決,臺積電正在做這些事情。

  另外,疫情加速了數字化轉型,如遠距工作及教學帶動筆電出貨大幅增加,人工智能(AI)及5G的大趨勢也因此加速發展,所以對芯片的需求也大幅增加。劉德音表示,隨著疫情得到控制,生產鏈短暫中斷的情況會獲得改善,但數字化轉型不會停止。

  劉德音認為,總體來看,全球芯片的整體產能仍大于需求,像現在產能很短缺的28nm,全球產能仍大于實際需求,只是因為新冠肺炎疫情或美中貿易紛爭而造成供給吃緊。

  綜上,可以看出,相對于當下業內普遍認為的芯片整體產能不足,劉德音給出了不同的看法,他認為,在宏觀層面,全球整體芯片產能是供大于求的,當下產能的短缺,更多的是微觀層面變化后形成的“假象”。而劉德音提到的兩點,很值得注意:一是芯片供應鏈及市占率的變化和不確定性,是造成相當多種芯片供不應求的一個重要原因;二是像現在產能很短缺的28nm,從宏觀層面來看,全球產能仍供過于求。

  

  芯片供應鏈轉移

  芯片供應鏈及市占率的變化和不確定性,在近兩年產能短缺的市場中體現得越來越突出。某些類型芯片,在相對短的時間內,市場需求猛增,供給嚴重不足使得芯片生產鏈發生變化和轉移,這種變化就會給市場帶來一定的不確定性。在這方面,典型代表就是CIS(CMOS圖像傳感器)的供不應求,使得行業兩大巨頭索尼和三星的CIS生產鏈出現了很大的變化:由于產能不足,在2019年,索尼史上首次將其部分重要CIS生產外包給了臺積電;三星則將部分DRAM產線改造為CIS產線。

  特別是三星,為擴大CIS產能,該公司于2017年開始改造12英寸DRAM產線FAB 11,用于生產CIS,2018年底完成改造;同時對FAB 13進行改造。三星原本擁有1條CIS芯片專用產線,名稱為S4-Line,2019年,該公司CIS產能約為4.5萬片/月,隨著FAB 11和FAB 13線轉為CIS專用線,三星的產能將擴充到12萬片/月,目標是超過索尼每月10萬片的產能。

  進入2021年以后,CIS依然是供不應求。據Omdia統計,中低端CIS嚴重短缺,三星從2020年12月起調漲CIS 價格40%,其它CIS供應商也漲價20%。導致這一波CIS 漲價的主因是8英寸晶圓代工產能吃緊,投片在8英寸晶圓生產的電源管理IC、驅動IC、指紋辨識IC、MOSFET 等產品,自2020下半年就陸續缺貨漲價。

  此外,一些CIS的IC設計企業,為了擺脫到處找產能而不得的被動局面,開始自建晶圓前后道產線,以保證給客戶供貨。

  除了CIS,近期產能最緊張的就是汽車芯片。為了獲得產能,歐美各國政府出面與臺積電協商,希望后者能增加汽車芯片產能。由于臺積電擁有全球汽車芯片70%的產能,所以,該公司的舉動會產生很大影響。為了盡快解決汽車芯片荒問題,臺積電緊急啟動了特別緊急快件,要在相對短的時間內擠出原計劃生產其它芯片的產能,用于生產汽車芯片。

  據悉,臺積電正將部分55納米HV制程產能,由部分觸控面板驅動IC(TDDI)轉移給車用。

  除了CIS和車用等芯片生產鏈發生較大變化之外,不同尺寸的晶圓產線也在近兩年出現了轉移,特別是原本采用8英寸晶圓生產的芯片,開始向12英寸晶圓產線轉移。

  8英寸晶圓原本用于生產成熟制程和特殊工藝的芯片,如PMIC、顯示驅動IC,CIS,MCU,MEMS等,但是,近些年,隨著傳統8英寸晶圓產能供不應求,以及14nm及更先進制程的普及,市場對12英寸晶圓的需求日益迫切,這方面的成本效率越發突出。因此,8英寸向12英寸晶圓轉型的速度開始加快,除了傳統存儲和邏輯芯片之外,越來越多的PMIC、顯示驅動IC,CIS,MCU等芯片,也開始采用12英寸晶圓生產了。

  綜上,無論是CIS和汽車芯片大規模缺貨,還是原本用8英寸晶圓生產的芯片向12英寸產線轉移,都在很大程度上打亂了原有秩序和平衡。這種供應鏈較大規模的變化,會在很大程度上進一步強化市場對芯片產能不足的預期,從而加重重復下單,客觀上使產能更加吃緊。而且,產業鏈大規模變化,打破了傳統格局,必定會給整個市場帶來更多的不確定性,也就是如前文劉德音所說的。

  

  不同制程工藝產能的差異

  如前文所述,劉德音認為,現在產能很短缺的28nm,從宏觀層面來看,全球產能仍供過于求。

  如何理解這個觀點呢?恐怕要從不同制程工藝的市占率,及其多年以來的變換情況來分析了。在這方面,IC Insights在2020年底曾經有過一份統計,很適合用于對以上觀點的討論。

  按照IC Insights的統計和預測,各種半導體制程的市占率正向著相對更加均衡的方向發展。

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  如圖所示,在2019年,10nm以下先進制程的市占率僅為4.4%,而到2024年,其比例將增長到30%。在該時間段內,10nm -20nm制程的市占率將從38.8%,下降到26.2%;20nm-40nm制程的市占率將從13.4%,下降到6.7%;不過,從該統計和預測來看,40nm以上成熟制程的比例在這些年當中沒有出現明顯變化。

  這五大類制程,從發展趨勢來看,大致可以分為三種:一是10nm以下先進制程,市占率呈現上升態勢;二是10nm -20nm,20nm-40nm制程,市占率總體呈現下降態勢;三是40nm及以上制程,市占率長年持平。

  這些似乎可以從宏觀層面解釋臺積電董事長劉德音所說的:現在產能很短缺的28nm,從宏觀層面來看,全球產能仍供過于求。

  首先,可提供10nm以下先進制程的廠商只有臺積電、三星和英特爾這三家,而市場需求總體呈上升狀態,因此,無論是從宏觀,還是微觀層面來看,這類制程產能都是缺的。

  而10nm -20nm和20nm-40nm制程的市占率變化情況則正相反,總體呈現下降態勢,宏觀市場需求是萎縮的。而在當下這個時間段內,由于多種因素的影響,使得這一區間內部分制程的產能顯得供不應求,就像28nm,但在宏觀層面上,市場需求市占率是呈下降態勢的,就很容易形成供大于求的局面。也就是如劉德音所說的。

  而40nm及以上制程的市占率呈持平態勢,則說明市場需求是旺盛的,從宏觀層面來看,供需基本持平。

  因此,是否可以這樣解釋劉德音認為全球芯片產能實際上是供大于求的:從宏觀層面看,10nm以下先進制程供不應求,10nm -20nm和20nm-40nm制程供大于求,40nm及以上制程供需基本持平。然而,從上圖中2020和2021年的情況來看,10nm以下先進制程市占率比10nm -20nm和20nm-40nm制程的小很多,因此,10nm -20nm和20nm-40nm的供大于求總量要大于10nm以下先進制程供不應求總量,抵消后,則呈現供大于求的狀態。

  而到了2024年,如圖所示,三種制程的市場率基本持平,各占三分之一,或許到那時,全球芯片產能會呈現出更佳的供需平衡狀態。

  

  結語

  從微觀層面看,當下的全球芯片產能確實供不應求,而從宏觀層面來看,情況似乎又是相反的。半導體業的這種現象如同一門“玄學”,很值得進一步探究。


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