[原创] 晶圆厂的新竞赛
2021-01-25
14:00:03
来源: 半导体行业观察
半导体生产是一项极其资本密集的业务，并且随着制程技术的进步和制造工具的价格越来越昂贵，芯片制造商不得不增加其资本支出预算。现在包括台积电、联电、三星等都增大投入，2021年，台积电资本指出增幅最高逾6成，三星首度突破3 兆日元大关并且要在美国建厂，格芯将投资额翻一番，联电也继续在成熟工艺增资扩产，中芯国际回A股募得456亿元。目前疫情警报尚未完全解除，全球企业大多绷紧神经，晶圆厂仍迈开大步、积极投资，究竟各个公司看到了什么机会？他们的投资方向又有何不同？
首先要提一下，2019年台积电的全年研发费用为29.59亿美元（约折合人民币209亿元）创下历史新高，较前一年成长约4％，约占总营收8.5％，并且是台湾科技业界年度研发支出最高纪录。
让我们来看下2019年台积电达成的主要成就，从晶圆出货量上来看，2019年台积电的晶圆出货量达1,010万片12寸约当量，16nm及以下更先进制程的销售金额占整体晶圆销售金额的50％，高于前年的41％。在先进工艺研发进程上，台积电7nm强效版技术量产及5nm技术成功试产，在开发3nm第六代三维电晶体技术平台的同时，亦开始进行领先半导体业界的2nm技术，并针对2nm以下的技术同步进行探索性研究。
而在上个礼拜举办的法说会上，最让法人吃惊的是高于市场预期的资本支出，台积电再给惊喜，台积电2021年资本支出将高达250~280亿美金，相较2020年的约170亿美金，增幅最高逾6成，创历史最高水平。
台积电首席财务官黄文德在本周的分析师和投资者收益电话会议中表示：“在2021年25至280亿美元的资本支出中，约80％的资本预算将分配给先进工艺技术，包括3nm，5nm和7nm。大约有10％的资金将用于先进封装和mask制造，而大约10％的资金将用于特殊技术。”
“2021年的资本支出主要用于N5的扩展（至少是其当前55-60k WPM容量的2倍），N3的构建仅限于中试线/初始生产（+ 10-15k WPM，尽管我们预计N3的容量与N5的相似）全面扩张后），” China Renaissance Securities的分析师Szeho Ng 在周五给客户的报告中写道。
在未来几年，因5G及HPC相关应用的产业大趋势，将为公司带来更高的年复合成长率。苹果已经是台积电先进节点的主要客户，随着其向PC和内部设计的调制解调器过渡到自己的苹果芯片SoC，未来几年，苹果可能会大大增加向代工厂的订单，这将进一步推动对台积电领先的制造技术需求。再加上英特尔还将在未来几年中将更多产品外包给台积电，这将是增加对代工厂的复杂制造工艺的需求的另一个因素。对台积电来说，长期商机摆在眼前，势必将全力投资，以因应HPC市场的强劲需求。
继传奇领导人三星会长李健熙于2020年10月份病逝后，三星电子副会长李在镕因行贿案因行贿被判2年6个月。目前三星的各个部门暂时由专业高管管理，不过三星的投资计划却还在进行中。
近日据华尔街日报报道，文件和知情人士透露，韩国三星电子正考虑投资高达170亿美元，在亚利桑那州、得克萨斯州或纽约建立一家芯片制造厂。据其中一位知情人士透露，三星正在凤凰城及其周边寻找两个地点，两个地点位于奥斯汀及其附近，一个大型工业园区位于纽约西部的根西县。
2021年起，为应对随着人工智能 (AI)、物联网 (IoT) 、以及5G的普及而带来的NAND需求，三星设立了“半导体愿景2030”长期计划，目标是在未来10年里“称霸”晶圆代工市场。虽然目前与台积电在全球市场占有率上还有较大的差距，但是无论是在技术还是投资上，三星都在不断的增加。
从三星的最近布局也不难看出，其全面看好2021年5G手机和SSD市场前景。据日经新闻报导，三星电子半导体部门2021年设备投资额有望首度突破3 兆日元大关、将续创历史新高纪录。据悉，2020年在西安的二期第一阶段已投产，并开始新建二期第二阶段项目，将在2021年下半年竣工。同时平泽P2工厂已投资8兆韩元新建NAND Flash产线，计划2021下半年开始量产，以及还在规划新建P3工厂。
2020年三星已开始在华城工厂批量生产5nm EUV产品，同时提升位于韩国平泽工厂的晶圆代工产能，扩大5nm EUV量产规模。
英特尔这几年在先进工艺的发展不尽人如意，考量英特尔过去在14纳米乃至更先进制程都需要高于台积电的投资才能提高效率，但英特尔并未具有良好投资与量产报酬率，美国业界研判，英特尔未来将更专注高毛利率产品设计开发，除了制造部分委外，英特尔未来在三至五年会逐步往无晶圆厂（fabless）方向发展。
尤其是英特尔新的准执行长Pat Gelsinger将在2月15日上任，华尔街分析师认为，Gelsinger对技术具备敏锐认知，有望大刀阔斧，协助英特尔未来数年顺利转型为无晶圆厂（Fabless），专注先进设计技术与专利授权。
英特尔董事长Omar Ishrak在公开声明提到，英特尔董事会经过仔细考虑，结论是现在正是英特尔转型关键时刻，Gelsinger的技术和工程专业知识是能改变管理的适合时机，现任执行长Bob Swan也会确保管理层无缝接轨。
供应链传出，英特尔扩大委外代工的方向不变，将采取“核心芯片（CPU）”与“非核心芯片（CPU以外芯片）”两路并进，逐步拉高台湾制造比重，今年增加的订单量至少10%起跳，台积电、联电都有望分到订单。其中，最受关注的英特尔核心芯片，也就是中央处理器（CPU）委外代工订单，都是由台积电独拿。
据了解，在英特尔非核心芯片（CPU以外芯片）委外方面，先前已有约二成至三成分别委外由台积电、联电操刀；英特尔子公司也将数据芯片测试交由京元电、日月光投控等专案合作，今年也已新增专案合作。
业界认为，英特尔在非核心产品已与台湾供应伙伴合作多年，消息人士透露，英特尔今年开始，非核心产品委外策略也加快脚步，陆续启动供应链转移计划，转移区域是大陆以外的台湾，今年会因转移而提升至少10%，同时包含数个专案在进行。
美国业界研判，英特尔与其将这些钱放在数次延宕的生产上，不如更专注在既有的先进技术开发与专利授权，发展为无晶圆厂专注在芯片设计，更能发挥与创造英特尔半导体核心技术能力。
但据anandtech的报道，此前英特尔首席执行官Bob Swan在近日举行的一场罕见的圆桌会议上所发表的言论中却分析得出，听起来英特尔几乎肯定会保留其晶圆厂。Bob一再指出，英特尔的主要优势是作为一家垂直整合的公司，并且能够拥有扩大生产规模的资源，以满足客户的需求并应对需求的激增。显然，关于英特尔是否会具有足够的竞争力的制造技术以保持如此高的需求的问题仍然存在，这个孤立的解释仍然存在，但我们对此的解释表明，保持晶圆厂内部可以使英特尔为客户供应保持敏捷性需求，这在使用第三方资源时可能是不可能的。
从全球纯晶圆代工的营收趋势来看，除去台积电引领的最先进工艺的高毛利，其他全球的晶圆厂营收主要来自于稳定成熟的工艺，据 Omdia 最近的研究报告显示，28nm 将在未来 5 年成为半导体应用的长节点制程工艺。纯晶圆代工的企业中，联电、Globalfoundry、SMIC 等，在 28nm（以及相关衍生工艺）上都有稳步的性能提升及各种新产品的导入来满足客户不同需求。
所以联电也在致力于增加22和28纳米产能。联电12英寸产能分布在南科12A、厦门联芯与日本等，南科12A月产能超过8.7万片。因市场需求增加，产能不足，联电去年底董事会通过增加新台币286.56亿元资本预算案，主要用在扩增南科12英寸的28纳米制程为主，但因部分机台设备可共用，将会视订单需求，延伸到20、22或14纳米制程。联电指出，目前南科P5厂装机台设备近一半，一座厂的月产能共约2.5万片。联电预估今年资本支出将高于去年的10亿美元。
针对扩产议题，联电总经理简山杰在去年11月接受媒体采访的时候表示，联电已经决定先暂停往14纳米以下制程发展，主要先会以成熟制程和特殊制程来走，后续的扩产方向，主要会在12英寸，尤其是22纳米和28纳米产能会明显提高，预计明年中旬厦门厂区会增加6000片产能，至于台湾厂区部分，一来是40纳米会转28纳米，二则会增加机台设备，因此台湾厂区产能也会提高。
在5G、AIOT、汽车电子等带动下，联电认为，即使手机出货数量不增加，但对半导体都是好的、有帮助的。长线来说，5G芯片的硅含量是过去的2.5倍，
在2018年大幅改变其战略之后，GlobalFoundries总体上变得更加谨慎。但其22FDX平台似乎很成功。2020年10月GlobalFoundries 22FDX达到出货里程碑，已经出货了使用其22FDX节点生产的3.5亿片芯片。格芯还宣布了22FDX +，这项技术将于2021年第一季度开始在德国德累斯顿的Fab 1生产，该平台针对的是IoT，5G，汽车和卫星通信领域的广泛应用。
GlobalFoundries在德国德累斯顿的Fab 1和纽约马耳他县的Fab 8已经运营几十年，仍然是该公司的主要主力之一。目前，Fab 1可以使用22FDX，28SLP，40/45 / 55NV以及BCDLite技术来处理晶圆。GlobalFoundries计划在2020/2021年每年启动40万至500,000片晶圆，但它还计划扩大生产设施。因为看到这些技术节点的高需求，GlobalFoundries有计划在未来几年内将晶圆厂的产能翻倍至900,000〜100万个晶圆。
以往GlobalFoundries每年花费约7亿美元用于扩建，但因为看到2021年的产品的需求如此强劲，他们打算将其翻一番，达到约14亿美元，以升级其包括Fab 1和Fab 8在内的制造设施。
尤其是现在全球汽车芯片的缺货正在扰乱从
丰田汽车公司
到
大众
汽车公司
的汽车制造商的生产，这正成为全球芯片制造商的增长机会。Globalfoundries负责人Mike Hogan也说，公司正在以前所未有的速度运转其工厂，并优先考虑汽车芯片以满足需求。
除此之外，Globalfoundries有望在2022年下半年完成IPO，他们表示，希望在上市前达到某些财务里程碑，而且由于对芯片的需求不断增长，Globalfoundries相当有把握在2022年达到这一目标。
日前，中芯国际被美国列入“黑名单”，但考虑到他们在国内晶圆厂的地位，他们的未来布局也会对产业带来影响。
回看2020年，中芯国际的投资也不少，尤其是回科创板上市，募资巨大，也为公司的发展注入了更多的资本支持。
2020年7月16日，大陆半导体代工巨头中芯国际集成电路制造有限公司将正式登陆科创板，成为国内首家同时实现“A+H”的科创红筹企业，也将成为A股科技股龙头企业和市值最高的半导体企业之一。
据中芯国际所发布的公告，公司登陆科创板公开发行股票募集资金净额为456亿元，将用于12英寸芯片SN1项目、成熟工艺生产线建设项目、先进及成熟工艺研发项目储备资金以及补充流动资金。
2020年12月4日，中芯国际发布公告称，公司全资附属公司中芯控股、国家集成电路基金II和亦庄国投已订立合资合同，以共同成立合资企业中芯京城集成电路制造(北京)有限公司，注册资本为50亿美元，总投资额为76亿美元（约500亿人民币），业务范围包括生产12英寸集成电路晶圆及集成电路封装系列等。
在半导体晶圆厂前进的征途中，有的人携资本和技术大步流星的往前迈，有的人选择适可而止安营扎寨巩固成熟技术，有的人退出历史舞台专攻其他技术。但无疑，晶圆厂们的竞争还在继续，资本正在源源不断的涌入，新技术还在不断迭代，老技术也在不断推陈出新。
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