【突破】Arm Cortex A76效能直追Intel Core i5

2.设备/产能投资热呼呼 半导体业今明仍是大好年；

半导体产业在2017年缴出令人喜出望外的成绩单，整体营收首度突破4,000亿美元关卡，打破了半导体产业已是成熟产业的看法。 但这波景气热潮还没结束，半导体营收规模将继续刷新历史纪录，只是成长速度略为收敛，预估到2019年时，全球半导体营收将挑战5,000亿美元大关。

全球半导体产业营收在2017年缴出高达20%年成长的超亮眼成绩，不仅打破了半导体产业已经是成熟产业，未来成长空间有限的看法，同时营收规模也一举突破4,000亿美元大关。 这个数字令许多研究机构和市场人士跌破眼镜，因为半导体产业近10年来，除金融海啸压低基期，导致2010年成长率暴增到超过30%之外，半导体产业的营收年成长率多半在10%以下，甚至一度出现1%的微幅衰退。 因此，2017年的半导体产业的经营表现，确实是可圈可点。

内存市场回归常态 产业发展仍然健康

展望2018与2019两年，全球半导体产业仍将继续成长，惟成长率将放缓到8%与6%，回归正常水平。 营收规模则会继续刷新历史纪录，2019年可望挑战5,000亿美元。 不过，也有研究机构认为，2018年半导体产业的营收成长率仍将维持16%高档，但SEMI认为，考虑到内存市场价格回落到正常水平，8%应该是较为合理的预期。

内存是2017年半导体产业成长的火车头，不论是DRAM或NAND Flash，报价均持续处于高档，每家DRAM跟NAND Flash业者的营收也跟着写下历史新高。 三星电子(Samsung Electronics)更因此挤下英特尔(Intel)，成为全球营收规模最大的半导体业者。

不过，随着时序进入2018年，目前NAND Flash价格已经下滑，DRAM价格则很可能在2018年下半到2019年初因新产能大量开出而向下修正。 这也意味着这波内存景气循环的最高点已经过去。

SEMI认为，在内存价格修正的影响下，2018年与2019年全球半导体产业营收的成长幅度将比较接近正常水平，不容易再出现超过10%的成长幅度。 但这并不表示内存产业的好日子已经结束了。 以NAND Flash来看，目前该产品价格下修，主要是反映制造成本下滑，而非业者之间的杀价竞争；DRAM价格将出现松动，也是新产能加入后的必然结果。 由于内存业者对产能的投资相当理性，因此相关业者的利润空间还是能守住基本盘。

除了内存之外，光电、传感器、离散组件(Discrete)与模拟组件在2017年也有不错的表现，且在物联网、5G、人工智能与汽车电子等应用蓬勃发展的情况下，预期未来几年都能有不错的表现。 图1为SEMI对半导体产业趋势与未来成长引擎的分析汇整。


图1 未来半导体营收成长引擎与主要应用市场规模预估
设备投资创历史新高材料市场表现走强

SEMI于2017年岁末更新全球晶圆厂预测报告内容，指出2017年晶圆厂设备投资相关支出将上修至570亿美元，写下历史新高。 由于芯片需求强劲、内存定价居高不下、市场竞争激烈等因素持续带动晶圆厂投资向上攀升，许多业者都以前所未见的手笔投资新建晶圆厂与相关设备。 历年全球晶圆厂设备支出金额(图2)。


图2 全球半导体产能/设备资本支出走势
虽然英特尔(Intel)、美光(Micro)、东芝(Toshiba)与Western Digital、以及格罗方德(Globalfoundries)等许多公司都在2017、2018年增加晶圆厂投资， 但晶圆厂设备支出增加最多的还是韩国三星(Samsung)及SK海力士(SK Hynix)这两家业者。

SEMI数据显示，2017年韩国整体投资金额激增主要是因为三星支出大幅成长，其成长幅度可望达到128%，从80亿美元增至180亿美元。 SK海力士的晶圆厂设备支出也增加约70%，达55亿美元，创下该公司有史以来最高纪录。 三星与SK海力士支出虽多半花在韩国境内，但仍有一部分的投资在中国大陆与美国，也因而带动这两个地区支出金额的成长。 SEMI预测这两家业者投资金额在2018年仍将持续居高不下。

2018年，中国大陆许多2017年完工的晶圆厂可望进入设备装机阶段。 不过，中国大陆的晶圆厂投资仍大多来自外来厂商。 在2018年中国大陆本土组件制造商的晶圆厂设备支出金额将有较大幅度的成长，达约45亿美元，而外来厂商预计将投资64亿美元。 包括长江存储、福建晋华、华力、合肥长鑫等许多新进业者，都计划在中国境内大举投资设厂。

至于在半导体材料方面，虽然新产能尚未大举开出，但由于硅晶圆等材料业者过去几年扩产动作并不积极，因此在半导体景气大幅回暖的情况下，材料供不应求的状况十分明显。 半导体材料品项繁多，包含硅晶圆、气体、化学品等，其中又以硅晶圆为最大宗。 因此，硅晶圆产业的表现，对半导体材料整体的表现影响最大。

半导体硅晶圆的平均单价(ASP)长期以来都处于缓步走跌状态，营收成长的动力来自出货量的提升。 但自2017年的情况并非如此，由于硅晶圆供不应求的关系，主要硅晶圆供货商成功调涨报价，也扭转了ASP下滑的长期趋势，再加上硅晶圆出货面积持续打破历史纪录，因此2017年硅晶圆市场的规模较2016年大幅成长17%， 也带动整体半导体材料市场出现10%的年成长(图3)。


图3 全球半导体产能/设备资本支出走势
为了守住得来不易的好价格，展望未来几年，硅晶圆业者的产能扩张速度不会太快，以便尽可能创造与客户谈判的筹码。 但由于半导体硅晶圆的客户议价能力较强，因此硅晶圆均价未来的走势还需要观察。

SEMI预估，2018年与2019年全球半导体硅晶圆的产能将只会增加3.6%与3.2%。 2018年整体半导体材料市场的规模则预估将成长4%。

半导体产业今明两年好光景

从SEMI目前掌握到的半导体设备与材料相关数据来看，2018年与2019年对半导体产业来说，仍可说是大好年。 虽然近期美中贸易战升温，恰逢中兴遭美国禁运制裁，使得贸易战的战火看似有延烧到科技产业的可能性，但这应该只是独立事件。 毕竟，钢铁、农产品等传统产业，才是贸易战的主战场。

另一方面，中兴遭到美国科技禁运后，中国政府对半导体产业发展的关注更上一层楼，未来中国或将祭出更多半导体产业扶植政策，试图解决缺「芯」问题。 不过，由于中兴事件刚发生不久，中国国家主席习近平在参观武汉新芯时发表的谈话，要落实到政策调整的速度不会这么快，因此目前还很难断言中国的半导体产业投资力道，究竟会因此增加多少。 但对全球半导体产业而言，未来中国的一举一动，势必是得持续关注的重点。

(本文由SEMI台湾产业研究资深经理曾瑞榆口述，黄继宽整理) 新电子

3.MEMS微机电组件2018~2023年CAGR达17.5%；

4.汽车半导体制造要求大不同 晶圆厂随机缺陷率至为关键

1950年代，汽车制造中所采用的电子产品还不到制造总成本的1%。 如今，电子产品的成本已经可以多达总成本的35%，并且预计到2030年将增加到50%。 汽车行业电子产品的快速增长主要由以下四个方面驱动： ． 系统监测和控制(电子燃油喷射、气电混合动力等) ． 安全系统(防死锁煞车，安全气囊等) ． 高级驾驶辅助系统(偏离车道警告、停车辅助、盲点监控、自适应巡航控制等) ． 行车便利(卫星导航、讯息娱乐等)

半导体组件是汽车中的电子产品总成的核心，按照汽车制造厂商和型号的不同，现代的汽车可能需要多达8,000个芯片，并且这个数字只会随着自主驾驶汽车的普及而增加， 额外的电子子系统及其所采用的集成电路将为无人驾驶汽车提供其所需的传感器、雷达和人工智能。

汽车和轻型卡车的年产量是8,800多万辆，每辆车中安装数千个芯片产品，汽车行业对半导体制造业的影响已经开始显现。 一个简单的事实就是汽车里所采用的数千个芯片都不可以失灵。

汽车半导体零件的可靠性至关重要，任何在车辆行驶过程中出现故障的芯片都可能导致昂贵的保修维修和产品召回，并且可能会损坏汽车制造商的品牌形象，在极端情况下可能会导致人身伤害甚至危及生命。

如果一辆普通汽车中有5,000个芯片，汽车制造商每天生产2.5万辆汽车，那么即使是百万分之一(ppm)的芯片故障率也会导致每天超过125辆汽车因为芯片质量出现可靠性问题。

由于半导体是汽车制造商故障排列图中的首要问题，一级的汽车系统供货商现在要求半导体质量可以达到十亿分之一(ppb)的级别，并且目前的趋势是无论芯片数量多少，越来越多的供货商开始限定“最多允许的故障数目”。

目前发现可靠性故障的方法过度依赖于测试和老化试验，结果是质量目标无法实现并且相去甚远。 同时，审计标准越来越具有挑战性，推动晶圆厂在芯片制造的源头就发现这些可靠性问题，因为这时发现问题并采取纠正措施的成本最为低廉。 要进入这个不断增长的市场领域，或者简单地保持市场占有率，集成电路制造商必须积极应对这种对于芯片可靠性要求的变化。

幸运的是，对于半导体制造商来说，芯片的可靠性与他们所熟知的东西高度相关：随机缺陷。

事实上，对于设计良好的制程和产品而言，早期的芯片可靠性问题(外在可靠性)以随机缺陷为主。 杀手缺陷(影响良率的缺陷)是导致组件在时间t=0(最终测试)失败的缺陷。 潜在的缺陷(影响芯片可靠性的缺陷)是导致组件在t>0(在老化之后)发生故障的缺陷。

发现杀手缺陷(良率)与潜在缺陷(可靠性)之间的关系是通过观察到影响良率的同一缺陷类型也影响可靠性。 这两者主要根据缺陷的大小以及它们在组件结构上出现的位置来区分。 图1显示了导致开路和短路的杀手和潜在缺陷的例子。


图1 影响良率的同一缺陷类型也会影响可靠性。 主要根据缺陷的大小以及它们在图案结构上的位置来区分。
良率和可靠性缺陷之间的关系并不局限于一些特定的缺陷类型；任何可能导致良率损失的缺陷类型也可能导致可靠性问题。 故障分析表明，事实上大多数可靠性缺陷是制程相关的缺陷，并可溯源到晶圆厂。 由于良率和可靠性缺陷具有相同的根本原因，因此提高良率(通过减少与良率相关的缺陷)将会提高可靠性。

图2中的A曲线显示了典型的良率曲线。 如果我们只考虑芯片良率，那么在某个时候，在这个制程中进一步的投资可能不具备成本效益，因此随着时间的推移良率趋于平稳。 图2中的B虚线显示了制造相同产品的同一工厂的曲线。 但是，如果他们想要为汽车行业供货，那么他们也必须考虑到可靠性不足的成本。 在这种情况下，需要进一步的投资来进一步降低缺陷密度，这既能提高良率，又能提升汽车供货商所需的可靠性。


图2 不同类型晶圆厂的收益率曲线(收益率相对于时间)。 A曲线适用于非汽车工业的晶圆厂，主要考虑的是晶圆厂的盈利能力。 在某一时刻，收益率已经足够高，继续试图减低缺陷率并不实际。 B虚线也是包括了可靠性的收益率曲线。 对于汽车供应链中使用的集成电路产品，必须进行额外的投资，以确保高可靠性，这与收益密切相关。
由普通级芯片供货商转型成为汽车供货商需要晶圆厂管理层面的模式转变。 成功的汽车行业半导体制造商早已采取以下策略：降低潜在(可靠性)缺陷的最佳方法是降低晶圆厂的总体随机缺陷水平。 这意味着要有一个世界一流的减低缺陷的策略，包括：基线良率提升、减低异常发生率、出现异常时能迅速发现并在线修复，以及使用晶粒筛选剔除可疑的晶粒。

(本文作者为David W. Price博士和Jay Rathert是KLA-Tencor公司的资深总监。 Douglas Sutherland是KLA-Tencor公司的首席科学家。 过去15年来，他们直接与50多家半导体IC制造商合作，他们针对各种特定市场优化整体工艺控制策略，包括汽车可靠性，传统晶圆厂成本和风险优化，以及针对先进设计规范的最佳上市方法。 )新电子