2022年上半年的半導體行業有許多值得注意的主題或關鍵詞。從這些主題中,我們梳理出五個重要的內容,其將圍繞半導體市場環境、晶圓廠的狀況、半導體產能和制造工藝來進行闡述。

1、Fab廠建設創歷史新高

半導體制造業的變化,離不開市場需求、晶圓廠資產狀況、半導體產能及產品設計尺寸。根據近期ICInsight、SEMI分析機構數據顯示,今年的全球半導體總銷售額可能達到創紀錄的6807億美元,并預計至2030年,這一數字有望突破萬億美元關口。

受半導體強大增長動能驅動,晶圓代工擴產充能。SEMI數據顯示,2021年至2023年的Fab建設投資達到歷史新高,僅2022年支出就增長14%,達到近260億美元。28家新的量產晶圓廠將于今年(2022年)開始建設,其中包括23家300毫米晶圓廠和5家專用于200毫米及以下的晶圓廠。

表1:全球半導體晶圓代工Foundry工廠數量。(數據來源/SEMI)

圖1數據顯示,全球運營中的晶圓廠主要分布:美國有70家,中國有66家,歐洲和中東有61家,日本有63家,韓國27家,東南亞地區21家,中國臺灣65家。由于臺積電、英特爾、三星和Globalfoundries之間的軍備競賽,這個數字在未來幾年還會增加。

2、汽車缺IC何時解？

自2020年下半年以來,半導體短缺問題變得十分嚴重,至今仍未完全解決。到2022年,芯片短缺仍然很復雜。用于生產汽車和醫療設備的芯片還是比較稀缺。最大的汽車半導體供應商之一英飛凌表示,其核心產品的短缺問題將在2023年才能結束。

英飛凌新上任的首席運營官Rutger Wijburg就曾表示,為了應對工業細分市場半導體的短缺,其已經計劃將加速擴大產能,并現在只接受交貨時間長的訂單。就目前而言,12個月的交貨時間都很正常,18個月或更長時間也不罕見。

另據臺媒最新報道,用于服務器的電源管理IC的供應仍然緊張。受今年晚些時候新處理器的推出推動,部分電源管理IC供應商都在為預計的服務器需求激增做好準備。業內人士指出,服務器需求沒有放緩的跡象。PMIC是除MCU之外最緊缺的芯片品類之一,有關數據顯示,國際半導體廠商的交期已經高達20-24周,個別廠商交期已高達40-52周。

3、三星Intel結盟PK臺積電

全球半導體企業營收排名第一的英特爾和排名第二的三星要合作了,其他半導體廠商會怎么看或怎么應對該聯盟呢?據5月30日韓聯社消息稱,三星計劃與英特爾在下一代存儲IC、邏輯IC、晶圓代工以及消費電子應用等領域進行深度合作。

其中涉及的晶圓代工合作就比較有深意。在該領域,盡管三星代工作為一個完全獨立的業務部門僅處于第六個年頭,但就所服務的客戶而言,它們并不落后于TSMC。盡管專家可能仍然認為三星的產量低于其臺灣競爭對手,但這家韓國企業集團正在不斷投資和改善其生產線,明確的目標是到2030年超越TSMC。

毫無疑問,TSMC也一直在與三星電子激烈競爭5納米及以下產品,英特爾也參與了這場戰斗。TrendForce的數據顯示,TSMC以去年第四季度確立的52.1%的市場份額(基于銷售額)排名第一,三星電子以18.3%的份額緊隨其后,位居第二。

4、3D NAND競爭白熱化

當前,各大廠商在NAND層數堆疊上的競爭日趨白熱化。美光、SK海力士、三星等頭部廠商都已突破176層3D NAND技術,進入200層以上的堆疊層數比拼。根據TrendForce集邦咨詢數據,隨著110+層閃存芯片的推出,2023年市場總產出的72.5%會被110+層3D NAND閃存占據。

1)三星正在加快200層以上NAND閃存的量產步伐,韓國媒體《Business Korea》曾報道,三星將在今年底明年初推出200層以上的NAND產品,并計劃在2023年上半年開始量產。

2)美光科技(Micron Technology)將于今年晚些時候開始推出下一代3D NAND產品,這是一種232層的工藝,芯片上的密度高達1tb。Micron負責技術和產品的執行副總裁Scott DeBoer透露了未來十年3D NAND的路線圖,該路線圖顯示將超過400層。

3)西部數據在近期公布的閃存技術路線圖顯示,其計劃與合作伙伴鎧俠于2022年底前開始量產162層NAND產品。西數還透露,2032年之前將陸續推出300層以上、400層以上與500層以上閃存技術。

4)SK海力士最新的3D NAND層數是176層,但其前CEO李錫熙在去年的IEEE國際可靠性物理研討會(IRPS)上展望SK海力士產品的未來計劃時曾預測,未來有可能實現600層以上的NAND產品。

5、3nm芯片即將上市

截至2022年3月,量產最先進的制造工藝是5nm。據最新報道,三星將會在近幾周內啟動全球首款基于3納米工藝的大規模生產。TSMC也表示,其3納米FinFET架構將在今年下半年進入大規模生產。在銷售額方面,韓國三星代工一直落后于全球最大的半導體芯片代工制造商臺積電。筆者認為,三星是想在征服3nm工藝技術方面超過TSMC。

通常,工藝節點數量越少,晶體管數量越多。這一點很重要,因為晶體管數量越多,芯片就越強大,越節能。目前,業界主流工藝技術是5nm,用于三星Galaxy S22和蘋果iPhone13之類的產品。

因此,隨著晶體管尺寸不斷縮小,預計三星將在未來幾周成為首家推出3nm芯片的代工廠。除了轉向下一個工藝節點,三星還將使用其最新的晶體管設計,稱為GAA,而預計將于2022年下半年開始量產3nm的TSMC仍將使用舊的FinFET設計。與FinFET相比,GAA工藝使得芯片功耗降低近一半,同時性能提高多達35%,性能提升多達30%。