解讀晶圓代工廠2018年的挑戰(zhàn)，各大巨頭都在預(yù)謀啥？

　　在全球晶圓代工巨頭方面，GlobalFoundries、Intel、Samsung和TSMC正在從16nm/14nm向10nm/7nm節(jié)點遷移。分析師表示，英特爾已經(jīng)遇到了一些困難，因為這家芯片巨頭從2017年下半年至2018年上半年剛推出了新的10nm制程。此外時間也將會證明其他芯片制造商是否會在10/7nm節(jié)點下完成平穩(wěn)或粗糙的過渡。

　　不僅如此，另外幾家代工廠也正在抓緊推出22nm工藝，不過目前這種技術(shù)的需求前景不算很明朗。重要的是，代工廠商看到了8英寸晶圓的巨大需求，然而2018年，8英寸晶圓的需求依舊很短缺。

　　盡管如此，這個行業(yè)也沒有想象的那么悲觀，據(jù)SemicoResearch的分析師JoanneItow透露，代工業(yè)務(wù)預(yù)計繼續(xù)保持穩(wěn)定增長(2018年將比2017年增長8%)。這與2017年的增長預(yù)測完全一致。

　　“增長的驅(qū)動因素包括人工智能、汽車和傳感器，”分析師說：“盡管智能手機銷量的增長速度已經(jīng)放緩，但智能手機的BOM仍然是代工業(yè)務(wù)中最重要的部分。其中包括傳感器、處理器、圖像傳感器、無線和模擬射頻?！?/p>

　　代工廠也在關(guān)注高性能計算、電力電子甚至加密貨幣的增長。中國市場是最值得關(guān)注的，許多代工廠都在擴(kuò)大或建造新的晶圓廠。

　　根據(jù)研究公司TrendForce的數(shù)據(jù)，在全球晶圓代工市場中，臺積電繼續(xù)占主導(dǎo)地位(2017年占有55.9%的份額)。根據(jù)該公司的數(shù)據(jù)，GlobalFoundries排在第二位，聯(lián)電，三星，中芯，TowerJazz，力晶，先鋒，華虹和東部緊隨其后。

　　圖1：按收入排名前十的代工廠商(三星，力晶的數(shù)據(jù)屬于預(yù)估)。來源：TrendForce

　　更多數(shù)據(jù)

　　世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計公司(WSTS)最近預(yù)測，2017年半導(dǎo)體市場將達(dá)到4090億美元，比2016年增長20.6%。收入增長是由于DRAM平均銷售價格的上漲。以及對于模擬，閃存和邏輯的強勁需求。

　　WSTS預(yù)計2018年IC產(chǎn)業(yè)市場將達(dá)到4370億美元，比2017年增長7%。根據(jù)VLSIResearch的統(tǒng)計，2018年IC總體預(yù)計增長7.1%，而2017年為12.8%。

　　多年來，IC產(chǎn)業(yè)一直圍繞著摩爾定律(晶體管密度每18個月翻一番)處于不斷變化中。根據(jù)這個定律，芯片制造商每18個月就會推出一項新工藝，表面上是為了降低晶體管的成本。

　　目前來看，摩爾定律仍然是可行的，不過它正在經(jīng)歷新的發(fā)展。每經(jīng)歷一個新的節(jié)點，流程成本和復(fù)雜性都在急劇上升，因此，一個完全擴(kuò)展的節(jié)點節(jié)奏已經(jīng)從18個月延長到2.5年或更長的時間。此外，更少的代工業(yè)務(wù)客戶能負(fù)擔(dān)起往高級節(jié)點躍遷的能力。根據(jù)Gartner的數(shù)據(jù)，一款16nm/14nm芯片的芯片設(shè)計成本約為8000萬美元，28nm芯片的芯片設(shè)計成本為3000萬美元。相比之下，設(shè)計一個7nm芯片則要花費2.71億美元。

　　和以往一樣，手機仍是芯片業(yè)的最大市場。根據(jù)ICInsights的數(shù)據(jù)，手機IC銷售占IC市場總收入的25%，預(yù)計2018年將達(dá)到973億美元，比2017年增長8%。該機構(gòu)還認(rèn)為，個人電腦相關(guān)芯片是第二大IC市場，預(yù)計2018年將增長5%，達(dá)到726億美元。

　　其他市場增速更為驚人。例如，汽車IC銷售額預(yù)計在2018年將增長16%，達(dá)到324億美元;到2018年，與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的IC銷售額將增長16%，達(dá)到約168億美元。

　　圖2：IC領(lǐng)域的市場增長情況(以十億美元計)。數(shù)據(jù)來源ICInsights

　　“越來越多的客戶正在重新定義他們的產(chǎn)品組合，以適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)、汽車市場，”UMC美國銷售副總裁WalterNg說：“就拿汽車領(lǐng)域來說，信息娛樂、數(shù)據(jù)安全和先進(jìn)操作功能的進(jìn)步，正在增加對MCUs的需求，其集成了嵌入式非易失性存儲器、RF元件和MEMS傳感器。

　　WalterNg還表示：“在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，我們看到了許多不同類型的設(shè)備，但主要關(guān)注的焦點似乎是將MCU與多協(xié)議通信集成在一起的IC，包括Wi-Fi，藍(lán)牙甚至Zigbee。我們也看到了企業(yè)對家庭自動化的巨大興趣?！?/p>

　　考慮到這些增長驅(qū)動因素，代工廠商必須開發(fā)更多不同的工藝來滿足客戶日益增長的需求。GlobalFoundries首席技術(shù)官GaryPatton表示：“一個技術(shù)平臺能滿足從高端IBMz系統(tǒng)(大型機)一直到電池供電的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，這顯然是不切實際的。”

　　為了滿足這些需求，晶圓廠必須每年增加他們的資本支出和研發(fā)支出。但是只有少數(shù)的晶圓廠有開發(fā)多種技術(shù)的資源。規(guī)模較小的公司當(dāng)然也是可行的，不過他們對市場必須更專一。

　　除了研發(fā)資本的支出，還有一些晶圓代工廠需要面對的挑戰(zhàn)：

　　經(jīng)濟(jì)和政治問題可能影響電子行業(yè)。

　　低迷的需求和庫存問題往往會在第一季度出現(xiàn)，這可能會在隨后的季度中持續(xù)存在。

　　集成電路業(yè)務(wù)正在進(jìn)行一波并購活動。整合的結(jié)果則是代工廠商的客戶群縮減。

　　硅片的可用性令人擔(dān)憂。在多年的供應(yīng)過剩之后，硅片供應(yīng)商看到了新的需求。但是，供應(yīng)商并沒有對新工廠進(jìn)行投資，許多公司已經(jīng)提高了價格。

　　封裝測試供應(yīng)鏈?zhǔn)蔷A廠的另一個問題。對芯片需求的上升導(dǎo)致了制造能力、各種封裝類型甚至一些設(shè)備的短缺。

　　10nm/7nm，22nm工藝技術(shù)的遷移

　　到2018年，英特爾預(yù)計將增長10納米投入。此外，GlobalFoundries，三星和臺積電將開始出貨各自的7nmfinFET工藝產(chǎn)品。三星還宣布了各種半節(jié)點產(chǎn)品。

　　節(jié)點名稱很混亂。簡而言之，Intel的10nm技術(shù)大致相當(dāng)于其他晶圓廠的7nm節(jié)點。

　　無論如何，節(jié)點遷移是具有挑戰(zhàn)性的。例如，一些芯片制造商花費比預(yù)期更長的時間從平面節(jié)點遷移到16nm/14nm。在16nm/14nm工藝中，許多供應(yīng)商轉(zhuǎn)向下一代稱為FinFET的晶體管類型。在FinFET中，對電流的控制是通過在鰭的三側(cè)面上的柵極來實現(xiàn)的。

　　圖3：FinFET與平面。來源：LamResearch

　　一般而言，F(xiàn)inFET解決了短溝道效應(yīng)和其他縮放問題，但是該技術(shù)制造起來更困難且成本更高。

　　舉個例子：英特爾本應(yīng)在2017年下半年發(fā)布10納米FinFET工藝，但最近的進(jìn)度有所下滑。投資銀行公司晨星(Morningstar)分析師AbhinavDavuluri在最近的一次采訪中表示：“英特爾10nmFinFET工藝看起來像是被推遲到了18年上半年?！斑@可能是遭遇了一系列的問題。但是，他們解決14納米工藝問題的時間，在10nm工藝基本上是成倍增加。因為現(xiàn)在你正在做自對齊的四軸模式，而不是雙模式。它需要更多的步驟和更好的功能尺寸，顯然這兩個問題是相互矛盾的?！?/p>

　　從時間上來看，GlobalFoundries，三星和臺積電在7nm將面臨類似的問題。Gartner分析師SamuelWang表示：“三家代工廠似乎都在取得良好的進(jìn)展。”

　　SamuelWang預(yù)計，在2018年7nm工藝將有一個較大的增長，但在短期內(nèi)，根本不能與10nm抗衡。預(yù)計在2017年，10nm將產(chǎn)生價值50億美元的業(yè)務(wù)。相比之下，預(yù)計到2018年，7nm的銷售額將從25億美元增至30億美元。

　　那么隨著時間的推移，7nm將如何發(fā)展呢?“這是一個循序漸進(jìn)的過程，”GlobalFoundries的Patton說。“有一些客戶在更積極地布局到下一個節(jié)點。其他人則會緩慢跟進(jìn)。”

　　根據(jù)Patton的說法，7nm將會是一個長壽的節(jié)點。FinFET將會有很多延伸，有很大的擴(kuò)展空間。

　　臺積電表示，7nm節(jié)點可能會達(dá)到28nm一樣的成就。“7nm的最初應(yīng)用是高端應(yīng)用處理器和高性能計算。我們預(yù)計到2018年底，將會有超過50次流片，“臺積電聯(lián)席首席執(zhí)行官兼總裁C.C.Wei在最近一次電話會議上表示。

　　然而，并非所有的代工廠客戶都是世界領(lǐng)先廠商。雖說許多公司正在開發(fā)新的芯片，并正在探索遷移到16nm/14nm甚至更遠(yuǎn)的想法。但是許多公司都停留在28納米節(jié)點以上，因為他們無法承受先進(jìn)節(jié)點的高昂IC設(shè)計成本。

　　為填補市場空白，GlobalFoundries，英特爾，臺積電和聯(lián)電正在開發(fā)一種新的22納米工藝。22納米比28納米更快，芯片開發(fā)成本低于16納米/14納米。

　　然則并不是所有的22nm技術(shù)都一樣。例如，GlobalFoundries正在準(zhǔn)備22納米FD-SOI技術(shù)。臺積電和聯(lián)電正在開發(fā)22納米大容量CMOS工藝。而Intel則采用了新的低功耗22nmFinFET技術(shù)。

　　從此以后，客戶必須權(quán)衡各種選項?！斑@取決于你在什么空間，”GlobalFoundries的Patton說：“如果你專注于高性能，并且正在嘗試制造大型芯片，那么你會選擇FinFET。如果你期望芯片體積小，而且成本和功耗達(dá)到了平衡，那么你就可以沿著FD-SOI路徑走下去。

　　大容量CMOS工藝也是一種選擇，聯(lián)電正在開發(fā)一個22nm制程，用于RF、毫米波和其他應(yīng)用?！斑@個工藝能提供性能和成本的最佳組合，”聯(lián)電的專業(yè)技術(shù)部門的副總裁RajVerma說。

　　盡管如此，在未來許多晶圓廠客戶仍將堅持使用28nm。Gartner公司的Wang說：“28納米級技術(shù)提供了速度，功耗和成本的最佳組合，其將繼續(xù)保持良好的需求，28nm晶圓代工年收入可達(dá)100億美元?！?/p>

　　那么，22nm會起飛嗎?“是的，因為22納米是28納米的延伸，”Wang說?！八峁┝烁玫男阅芎兔芏?。”