底氣十足!中芯國際硬實力曝光:甩掉三星

本周,Counterpoint Research給出了按成熟制程(節點≥40nm)產能排序的全球晶圓代工廠商Top榜單,如下圖所示

可以看出,排名前四的廠商分別為:臺積電(市占率28%),聯電(13%),中芯國際(11%),三星(10%)。

成熟制程在2020年非常火爆,產能嚴重短缺,這給各大晶圓代工廠帶來了巨大的商機。而從2021年的產業發展形勢來看,這種短缺狀況在近期內還難以緩解。對此,Counterpoint Research認為,2021年,排名靠前的代工廠的成熟制程僅會分配給特定應用,

舉例來說,即便8英寸晶圓需求強勁,聯電(UMC)宣布,2021年8英寸晶圓產能僅擴充1%-3%,占全球成熟制程產能約10%的中芯國際由于受到美國禁令制約,在產能擴充上也充滿不確定性。整體而言,這波產能短缺屬于結構性問題,要等到2022年所有供應鏈都重建好庫存后才能緩解。

制程工藝不是越先進越好

目前來看,半導體制程工藝發展呈現出兩大趨勢:,一是繼續追求先進制程,典型代表是臺積電、三星、英特爾、中芯國際;二是聚焦特色工藝,滿足多樣化需求,代表廠商有聯電、格芯、世界先進、華虹宏力等。

而與成熟制程相比,先進制程有短板。一是上游IC設計費用越來越高,先進制程可以為芯片提供良好的功耗比,但是其代際設計費用增速越來越高,例如,設計7nm芯片的成本超過 3億美元,華為麒麟980芯片就是用臺積電7nm工藝制造的,麒麟980是由超過1000名工程師組成的團隊歷時3年時間、經歷超過5000次的工程驗證才成功應用的,

據IBS的測算,如果基于3nm開發英偉達GPU,成本將高達15億美元。從芯片設計經濟效益方面來看,7nm是長期存在的節點,5nm/3nm的PPA和成本難以達到平衡點,除非有超量的出貨來均攤成本,

成熟制程的優勢

成熟制程主要用來制造中小容量的存儲芯片、模擬芯片、MCU、電源管理( PMIC)、模數混合、傳感器、射頻芯片等,在應用層面,云計算、5G射頻器件需求的快速增長為成熟制程提供了強勁動力,

晶圓代工業正在向更加細分方向發展,不同于臺積電和三星追逐先進制程,UMC、格芯、 TowerJazz、世界先進、華虹宏力等更多關注于各自擅長的特色工藝,通過在已有成熟工藝方面的投入,提升產品性價比及競爭力,

從需求側來看,特色工藝的市場應用前景廣闊,具備吸納更多企業在各自特色領域內做精做強的基礎。目前來看,MCU、模擬電路和分立器件這三大類芯片占整體市場的份額接近 50%,且其發展更加穩健,為特色工藝應用提供了基礎。更加值得關注的是,與先進工藝相比,特色工藝在晶圓代工業務模式上滲透率相對較低,傳統邏輯器件方面,除了英特爾外,主要廠商基本采用“設計-代工-封測”的分工合作模式,而在模擬器件、MCU、分立器件領域,仍然以IDM自家生產為主。這使得成熟制程工藝代工業務的拓展有了更大的空間,

另外,特色工藝的供應商在盈利能力方面的波動性相對較小,一方面,需求端的穩定性使廠商在經營管理方面的可預期性更強,另一方面,由于制程的成熟度相對較高,在設備支出和研發投入規模方面,特色工藝廠商相對較小,使其在成本控制方面具備優勢,

成熟制程工藝有哪些呢?具體來看,主要包括以下幾種。

驅動IC:隨著OLED面板滲透率上升,OLED廠商市占率提高,而傳統OLED DDIC以80nm及以上制程為主,其訂單量上升提高了更高制程節點的產能。

電源管理芯片:受益于5G推進,行動電話搭載的數量大幅增長,且快充芯片的使用量也逐步提升。此外,TWS耳機等新品的推出也拉動了電源管理芯片和NOR Flash需求,傳統PMIC制程節點為0.18μm /0.11μm,市場需求上漲為該成熟制程和相應的特色工藝需求提供了動力。

傳感器:行動電話攝像頭數量不斷提升,其中配套的低像素CIS帶動0.18μm等制程節點需求提升,普通高像素CIS也只需55nm制程節點,進一步拉動了成熟制程代工需求。指紋識別方面,行動電話領域的屏下光學、電容側邊、超聲波等逐步滲透到智能家居、金融、汽車等領域,該類產品多采用0.11μm/0.18μm制程,相應的成熟制程和特色工藝平臺越來越受歡迎。

代表企業

在市場需求的帶動下,掌握成熟制程的晶圓代工廠能依靠產能的調整和擴張提升市占率,特別是在以大陸為代表的東亞地區,需求增長最快。中芯國際、聯電、世界先進、TowerJazz等以成熟制程代工為主的廠商,基本以分立器件、驅動IC、PMIC和eNVM等為主。

此外,雖然臺積電和三星以先進制程為主,但由于這兩家的體量很大,且同時兼顧成熟制程,使得它們在成熟制程市場的占比同樣占據優勢地位,特別是臺積電,無論是全球晶圓代工總體排名,還是成熟制程榜單,該公司都處于龍頭地位,

中芯國際方面,成熟制程是該公司的主要收入來源,以2020上半年為例,0.15μm /0.18μm、 55nm/65nm和40nm/45nm分別貢獻了其營收的33.4%、32.6%和14.9%。

中芯國際開發了多種特色工藝平臺,如電源/模擬、高壓驅動、eNVM、混合信號/射頻、圖像傳感器等。其中,電源/模擬技術基于現有的低功耗邏輯工藝平臺,可提供模塊架構,可提供中壓和高壓器件,高壓驅動技術平臺涵蓋 0.15μm、55nm、40nm等;eNVM技術平臺涵蓋0.35μm至40nm技術節點,具有低功耗、耐久性突出的特點,

臺積電方面,從該公司2020年第4季度財報可以看出,40nm/45nm營收占總營收的8%,65nm占5%,90nm占2%,0.11μm/0.13μm占3%,0.15μm/0.18μm占7%,0.25μm及以上占1%。這樣,臺積電在該季度成熟制程的合并營收占總營收的26%,還是很可觀的數字。

從歷史發展來看,臺積電于2004年開始從以0.11μm+制程為主的低端晶圓制造過渡到以40nm-90nm的更先進制程工藝為主的晶圓制造,并于2011年底開始從以中低端為主的晶圓制造過渡到以28nm及更先進制程工藝為主的晶圓制造。

三星方面,目前有四條產線,包括三條12英寸和一條8英寸的,12英寸晶圓代工線分布在韓國和美國,主要針對相對高端的制程工藝,包括65nm、45nm、32/28nm HKMG、14nm FinFET工藝,8英寸晶圓代工線于2016年開放,涵蓋180nm到65nm節點,主要用于eFlash、功率器件、CIS,以及高壓制程等。

聯電方面,由于驅動IC、PMIC、RF、IoT應用等代工訂單持續涌入,聯電8英寸晶圓產能滿載,不僅如此,據悉,其2021上半年的產能也已經全面滿載。

聯電是業內首家對外宣布放棄10nm及更先進制程工藝的晶圓代工廠,2017年7月,該公司啟用了雙CEO制度,那之后的一年內,他們就對市場做了縝密的調研,并在一年后,也就是2018年7月,對外宣布聚焦在成熟制程,而不再對10nm及更先進制程進行研發投入,

具體來看,無論是8英寸,還是12英寸晶圓廠,聯電都聚焦在了各種新的特殊制程工藝上,尤其是針對物聯網、5G和汽車電子這些在未來具有巨大市場和發展前景的應用領域,如聯電的汽車電子業務,過去幾年的年增長率都超過了30%,包括RF、MEMS、LCD驅動芯片、OLED驅動芯片等領域,聯電都有目標性的強化技術,并一直在提升市占率。

在特殊工藝方面,市場對LCD驅動芯片、OLED驅動芯片需求量很大,多數采用的是80nm、40nm工藝,在此基礎上,聯電將這些芯片制造導入到了28nm上,而在MCU的特殊工藝方面,聯電也在持續發展,

穩健且光明的發展前景

市場對成熟制程工藝需求迫切,各大晶圓代工廠也都很重視這塊業務,行業普遍看好其發展前景。

IC Insights發布的《2020-2024年全球晶圓產能》報告認為,隨著芯片特征尺寸微縮速度持續放緩,芯片設計人員發現越來越難以證明較高的成本能得到合理的回報,因此,先進與成熟制程之間的利弊愈加明確,不同公司所采用的制程也愈加有針對性,這就使得各種制程都有展現各自優勢的空間。

在這樣的發展趨勢下,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,如下圖所示。

從圖中可以看出,40nm及以上成熟制程的比例在這些年當中沒有出現明顯變化,且市場規模很可觀。

40nm以上的成熟制程,無論是180nm以下,還是180nm以上的,市占率都很穩定。這也正是諸多晶圓代工廠長期專注于成熟工藝,而不向先進制程投入過多資本和精力的底氣所在,同時,也是格芯和聯電放棄最先進制程的主要原因。無論先進制程如何發展,未來,成熟制程工藝的市場依然會很廣闊,依然具有很好的投資價值。

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