[原创] 晶圆代工“链式反应”太疯狂，要如何应对？
2022-01-06
14:00:20
来源: 半导体行业观察
进入2022年，全球芯片紧张的局面依然难以缓解，业界普遍认为，缺货状况将会贯穿整个2022年。
谈到芯片制造的供求关系，看晶圆代工厂比IDM更有说服力，毕竟晶圆代工业是完全面向市场开放的，而IDM是企业的闭环系统，虽然也有IDM提供代工服务，但毕竟规模有限，对整个市场的影响力逊于晶圆代工。
因此，全球芯片缺货，很大程度上就是晶圆代工产能不足，而这样的供求关系，又会向产业链的上游传递，主要就是半导体设备和材料，而硅片是半导体材料的主要代表。芯片的供不应求，也使得上游的设备和材料同样出现了供不应求的局面。
晶圆代工是焦点
在晶圆代工市场，无论是先进制程，还是成熟制程，产能都非常紧张。
先进制程代工厂只有台积电和三星。目前，7nm已经成为先进制程的主力，5nm制程也将在今年进一步提升产能和良率，这两种最先进的量产制程很受欢迎，不愁订单。
而进入2022年以后，无论是台积电还是三星，都将开始量产3nm，不过，由于其工艺难度极高，成本又太过高昂，恐怕很难在今年大规模量产，相应的芯片不会很多。与此同时，台积电和三星都将4nm制程作为了2022年的重点量产任务，因为其基于5nm，工艺难度和成本比3nm要低，因此，今年下半年会有相当数量的4nm制程芯片问世，值得期待。
相较于先进制程，成熟制程芯片的总量大很多，而其市场普及率和需求量更大，总体呈现出严重供不应求的状况。
台积电依然是成熟制程芯片龙头，之后是联电、格芯和中芯国际。
除了先进制程3nm之外，台积电也在积极扩充特殊制程产能，计划在高雄设立晶圆厂，2024年量产7nm及28nm制程。同时，该公司还在扩大海外投资，包括扩增中国大陆南京厂28nm新产能，将在2022下半年逐步释放出来，并于2023年中达到月产4万片规模。台积电还将在日本熊本县设立特殊制程晶圆厂，预计2024年生产22nm及28nm制程芯片。
联电位于南科晶圆12A厂的P5厂区，预估明年第1季将扩增1万片产能；P6厂区预计2023年第二季度导入量产，满载产能将达2.75万片，投资金额约新台币1000亿元。有消息称，联电28nm产能将在明年第一季持续涨价，甚至超越台积电报价，P5扩产的1万片产能预计明年第二季到位。
格芯执行长Tot Caulfield指出，该公司从2020年8月以来就产能满载，产能利用率更超过100%，2023年底前的产能已经全部出售，未来5~10年，该公司会追求供应而不是需求。格芯今年稍早也指出，将提高车用芯片至少1倍产能，斥资60亿美元扩产。
受美国禁令影响，中芯国际获得较为先进半导体设备困难重重，从而影响了该公司的扩产进度，使得整体产能更加难以满足客户需求。据悉，今年中芯国际8英寸晶圆产能扩产4.5万片，未及预期，12英寸扩产1万片，也未达标。成熟制程扩产还需要3~6个月时间，2022年扩产规模会超过2021年。
中芯国际于北京兴建了28nm制程、12英寸晶圆厂，还在上海、深圳投入约110亿美元进行扩产。中芯国际北方总经理张昕指出，由中芯、国家大基金二期、亦庄国投合资成立的中芯京城北京三期，明年5月就会有设备进厂，让中芯北方在北京的扩产进入高速成长，若三大地区的投资案都能顺利扩产，将有机会挑战联电的行业地位。
此外，世界先进明年产能预计增加7%至9%；力积电也在铜锣建置新晶圆厂，预计2023年下半年开始贡献部分产能。
硅片也疯狂
晶圆代工产能的吃紧，直接带动了硅片市场。以全球硅片五强厂商之一的环球晶为例，其董事长徐秀兰表示，目前，所有尺寸订单都很满，其中又以12英寸最为吃紧。现在，硅片最大的瓶颈是产能，因为疫情的关系，设备交货、建厂时间都拉长，前年扩充的12英寸产线会在2022年第一季度投产，接下来日本、韩国的新产能也会陆续开出。
此外，第三代半导体需求热，不论事5G、电动车都需要，这还只是开始，接下来元宇宙也会用第三代半导体。现在碳化硅也吃紧，不过碳化硅因为验证期长，成为瓶颈，不过环球晶已经为客户先扩好了产能。
徐秀兰还强调，2022年一定会调薪，加薪4％是一个参考指标，另外物价也涨，环球晶会针对薪资做结构性调整。
目前，环球晶在手订单金额达新台币1000亿元，部分长单是5年期订单，部分订单是长达8年。环球晶明年全产全销仍无法满足客户需求，将力求改善良率及生产效率，2023年订单能见度也没有问题。
半导体设备频创纪录
除了以硅片为代表的材料市场，晶圆代工的火爆也带动了上游的半导体设备。
随着全球各大晶圆代工厂争相扩大投资，半导体设备市场高速增长，SEMI预估，2021年全球半导体制造设备销售总额有望达到1030亿美元，将创业界新纪录，年增44.7%；2022年将进一步攀高至1140亿美元。
2021年11月，北美半导体设备制造商出货金额达39.3亿美元，月增5%，较去年同期增加50.6%，并超越7月创下的史上最高纪录38.6亿美元。
日本是全球第二大半导体设备生产国。日本半导体制造装置协会(SEAJ)于2021年7月公布预测报告指出，因逻辑/晶圆代工厂积极投资，加上整体内存预期将进行高水平的投资，因此预估2021年度(2021年4月-2022年3月)日本制半导体设备销售额将年增22.5%至2兆9,200亿日元、将连续第2年创下历史新高纪录。
SEAJ公布统计数据指出，2021年11月份日本制半导体设备销售额(3个月移动平均值)较去年同月飙增近6成(飙增58.3%)至2,815.89亿日元，连续第11个月呈现增长，增幅连续第9个月达2位数(10%以上)水平，创7年半来(2014年5月以来、当月飙增62.7%)最大增幅，且月销售额创有数据可供比较的2005年以来史上第3高纪录(仅低于2021年5月的3,054亿日元、2021年4月的2,820亿日元)。
2021年1-11月，日本制半导体设备销售额较去年同期大增34%，至2兆7,733.91亿日元。
关于今后展望，SEAJ表示，因预估以逻辑/晶圆代工厂为中心、投资水平将维持，因此预估2022年度日本制半导体设备销售额将年增5.1%至3兆700亿日元、将首度突破3兆日元大关，2023年度将年增4.9%至3兆2,200亿日元。2021年度-2023年度期间的年均复合成长率(CAGR)预估为10.5%。
欧洲半导体设备巨头ASML在2020年销售了 258 套光刻系统，其中包括 31 套 EUV 系统。它预计随着芯片制造商生产更多 7nm、5nm 和 3nm 芯片，其 EUV 系统的销售额将上升。到 2023 年，它可能会推出一些高 NA 系统，使代工厂能够制造 2nm 节点以外的更小芯片。
供应链出了什么问题？
综上，由芯片短缺引起了一系列连锁反应，使得供应链上的晶圆代工、半导体材料和设备供给都非常紧张，这到底是怎么回事呢？
原因包括：极端天气、疫情大流行、地缘政治紧张局势等不确定性因素，且这些因素大概率将在未来继续产生影响。正是因为这些，大大小小的芯片厂商将弹性置于效率之上，也就是尽量多囤积一些芯片，为未来准备“以防万一”的库存。在芯片紧缩期间，许多人已经为他们需要的芯片进行了双重订购或三重订购。然而，一旦新晶圆厂的新产能准备好，积压将迅速消失。这无疑考验着半导体公司的供应链管理能力。
美国一直拒绝向中芯国际销售先进的半导体设备，这阻碍了该公司超越其当前前沿技术的能力。它还阻止了包括三星和台积电在内的全球半导体公司向华为提供先进芯片。
实际上，这些对中国公司的限制适得其反。大多数领先的西方分析师将美国对华贸易政策，特别是华为芯片禁令，视为全球芯片危机的关键催化剂。由于美国的贸易行动，华为（以及其他被华为芯片禁令吓坏的中国科技公司）囤积芯片，从而导致全球短缺。
如果美国继续阻止向中国销售先进芯片，这可能会破坏很多半导体投资计划。美国半导体行业协会（SIA）在一份白皮书中指出，中国在 2020 年进口了价值 3780 亿美元的半导体，生产了全球 36% 的电子产品，这使中国成为“全球电子产品供应链的最大节点”。” 因此，SIA表示，“进入这个庞大的市场对于当今和未来任何具有全球竞争力的芯片公司的成功都至关重要。”
美国商会的一项研究发现，与中国脱钩将导致美国芯片公司的全球市场份额下降 8-18%，导致研发和资本支出大幅削减，美国该行业将失去多达 124,000 个工作岗位，最终削弱美国在该行业的全球领导地位。
要解决困扰半导体市场的问题，关键是恢复开放市场、自由贸易、全球合作。
还有新出现的因素在影响供需关系。由于美国、中国和欧盟等国家都热衷于确保关键资源的安全，成本效益问题与政府想要掌握的关键芯片供应无关。随着越来越多的国家发放补贴以吸引半导体公司在当地建造新的晶圆厂，是否有足够的半导体人才来运营所有额外的晶圆厂？
结语
从目前的情况来看，2022年全球性芯片缺货的基本面不会改变。这样就必须未雨绸缪，特别是对于IC设计厂商来说，必须想方设法提前拿到明年的产能，才不会太焦虑。这样，晶圆代工厂依然是产业的焦点。
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