(2022.3.28)半導(dǎo)體周要聞－莫大康

1. 2021年全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈營收，第一次見到全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈營收2021年為8925億美元

Source;digitimes research;2022-Mar

2. 量價齊揚！2021年全球前十大IC設(shè)計業(yè)者營收破千億美元

據(jù)TrendForce集邦咨詢研究顯示，2021年由于各類終端應(yīng)用需求強勁，導(dǎo)致晶圓缺貨，全球IC產(chǎn)業(yè)嚴(yán)重供不應(yīng)求，連帶使芯片價格上漲，拉抬2021年全球前十大IC設(shè)計業(yè)者營收至1,274億美元，年增48%。

TrendForce集邦咨詢進(jìn)一步表示，與2020年的排名最大不同之處有三，其一，英偉達(dá)（NVIDIA）超越博通（Broadcom）成為名第二；其二，聯(lián)詠（Novatek）與瑞昱（Realtek）名次分別上升至第六及第八名；至于原先排名第十的戴樂格（Dialog）則因被IDM大廠瑞薩（Renesas）收購，故由奇景（Himax）取代第十名位置。

3. ICinsights：模擬芯片市場持續(xù)火熱

預(yù)計 2022 年模擬 IC 總銷售額將增長 12% 至 832 億美元，單位出貨量將增長 11% 至 2387 億（圖 1）。預(yù)計 2022 年模擬 IC 的平均售價將增長 1%。

今年，IC Insights 跟蹤的每個主要通用模擬和特定應(yīng)用模擬市場類別預(yù)計都將實現(xiàn)銷售額增長，從放大器和比較器領(lǐng)域的 7% 增長到汽車專用模擬 IC 的 17% 增長（圖 2）

IC Insights在最新報告中對 2020 年領(lǐng)先的模擬 IC 供應(yīng)商進(jìn)行了排名（下圖）。這 10 家公司的模擬 IC 銷售額合計為 354 億美元，占去年模擬 IC 市場總額 570 億美元的 62%，與 2019 年的份額相同。

4. 展望來年3nm之爭，GAAFET為何輸給FinFET？

GAAFET有多種不同的稱謂，比如說有人叫他nanosheet FET，Intel則稱其為RibbonFET。GAA結(jié)構(gòu)晶體管的本質(zhì)，就是把FinFET的fin轉(zhuǎn)90°，然后把多個fin橫向疊起來，這些fin都穿過gate——或者說被gate完全環(huán)抱，所以叫做gate all around;另外每個翻轉(zhuǎn)過的fin都像是一片薄片(sheet)，它們都是channel，叫做nanosheet FET也是順理成章的。

三星作為GAAFET晶體管生產(chǎn)制造的馬前卒，必然面臨更多的技術(shù)挑戰(zhàn)。比如說硅基溝道中較低的空穴遷移率(hole mobility)，致pFET性能表現(xiàn)不佳。IBM在此前的IEDM上表示，這一問題的解決方法在于pFET可應(yīng)用壓縮應(yīng)力的鍺化硅(SiGe)溝道材料：“pFET鍺化硅溝道能夠?qū)崿F(xiàn)40%的遷移率提升，相較硅基溝道有10%的性能優(yōu)勢，而且有更低的閾值電壓(Vt)，NBTI(負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性)表現(xiàn)也有提升?！?/p>

GAAFET的制造流程，首先在substrate上沉積超薄的鍺化硅與硅的交替層，形成一種超晶格結(jié)構(gòu)(super-lattice)，每種材料疊多層。sheet就是在超晶格結(jié)構(gòu)中曝光與蝕刻的。隨后內(nèi)部spacer隔層構(gòu)成;在spacer蝕刻時，超晶格結(jié)構(gòu)中，鍺化硅層的表面部分凹陷，再填入介電材料。隨后源極漏極形成;超晶格結(jié)構(gòu)中的鍺化硅層移除，留下硅基層sheet，也就是channel溝道。最后，通過沉積high-k(高介電常數(shù))的介電與金屬gate材料來構(gòu)成gate。

每一步都存在相當(dāng)多的工程問題，也就要求工廠有完美的工藝流程控制策略。材料供應(yīng)商Brewer Science說越小的節(jié)點，工藝控制存在的挑戰(zhàn)就越大。在3nm節(jié)點以后，EUV光刻、原子層沉積(atomic layer deposition)、檢測與量測等等技術(shù)都需要持續(xù)進(jìn)化。

談了這么多，可能仍然沒有很多同學(xué)最想了解的關(guān)鍵。畢竟3nm工藝現(xiàn)在還沒有成品芯片問世。即便問世了，恐怕我們也很難搞清楚三星當(dāng)前遭遇的主要技術(shù)挑戰(zhàn)在哪兒。

本文的上篇已經(jīng)談到了三星3nm GAA工藝與臺積電N3，預(yù)計在晶體管密度方面的變化——還算是比較直觀的比較?？偟膩碚f，三星雖然在3nm節(jié)點上轉(zhuǎn)向了GAAFET，在晶體管結(jié)構(gòu)和密度潛力上占據(jù)優(yōu)勢。但預(yù)期的晶體管密度、功耗與速度提升，都和臺積電N3 FinFET有著較大的差距。

只能說三星現(xiàn)階段相關(guān)GAAFET的技術(shù)儲備，在未來有機會發(fā)揮作用，并趕上臺積電。但一方面在于早做新技術(shù)探索總是充滿更多的不確定性，如前所述，foundry廠也需要解決大量GAAFET晶體管制造流程中的技術(shù)挑戰(zhàn)。

5. 英偉達(dá)黃仁勛承認(rèn)正在與Intel談代工合作

使用英特爾作為代工服務(wù)合作伙伴需要很長時間?！按び懻撔枰荛L時間，而且不僅僅是欲望。我們必須對齊技術(shù)，必須對齊商業(yè)模式，必須對齊產(chǎn)能，必須對齊兩家公司的運營流程和性質(zhì). 這需要相當(dāng)長的時間和大量深入的討論。

”英特爾現(xiàn)在生產(chǎn) GPU，英偉達(dá)現(xiàn)在生產(chǎn) GPU，這意味著兩家公司現(xiàn)在將在多個細(xì)分市場直接競爭。黃還評論了與英特爾分享英偉達(dá)秘密的潛在擔(dān)憂，他的回答頗具啟發(fā)性：“多年來，我們一直在與英特爾密切合作，在我們與公眾分享我們的路線圖之前就與他們分享了我們的路線圖。英特爾已經(jīng)知道我們的多年的秘密。AMD 多年來一直知道我們的秘密。我們足夠熟悉，并意識到我們必須合作。

6. 英偉達(dá)又炸自動駕駛?cè)?，拿下比亞迪Orin提前量產(chǎn)Hyperion 9性能翻倍

3月22日晚間，英偉達(dá)創(chuàng)始人黃仁勛在GTC 2022大會上宣布，其自動駕駛芯片Orin于本月正式投產(chǎn)銷售。與此同時，英偉達(dá)推出了基于Atlan芯片的新一代自動駕駛平臺DRIVE Hyperion 9，并計劃于2026年量產(chǎn)。

英偉達(dá)，既掌控自動駕駛的大腦，又掌控自動駕駛的神經(jīng)。

自動駕駛芯片、平臺與車型三者之間的關(guān)系并不容易理解，英偉達(dá)給出一個形象的比喻：汽車是軀體，自動駕駛平臺是神經(jīng)，自動駕駛芯片是大腦。

Hyperion 9自動駕駛平臺方面，相比目前的第8代平臺，最明顯的改變是支持感知硬件數(shù)量大幅度提升，最多可達(dá)50個。其中包括，車外部分14個攝像頭、9個毫米波雷達(dá)、3個激光雷達(dá)以及20個超聲波雷達(dá)；車內(nèi)部分，可支持3個攝像頭以及1個毫米波雷達(dá)。

Hyperion 9的感知硬件數(shù)量多了17個，但產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量將會是8代平臺的2倍以上。這意味著Hyperion 9的性能兩倍于第8代平臺。

Hyperion 9將支持L3級自動駕駛和停車場L4級泊車功能。

雖然英偉達(dá)還沒有公布各模塊具體的核心參數(shù)，但在算力方面，Atlan芯片的目標(biāo)算力是1000TOPS，而Orin芯片的算力水平是254TOPS。Atlan提升了3倍左右。

7. 臺積電英特爾三星全球布局對比

英特爾方面，其在全球共有約11萬名員工，目前生產(chǎn)布局以歐美地區(qū)為主，晶圓生產(chǎn)基地包括美國亞歷桑那、奧勒岡、及愛爾蘭、以色列等，另外在新墨西哥、哥斯大黎加與馬來西亞，也有封測相關(guān)據(jù)點。

目前，英特爾在全球10個地點擁有15處正常生產(chǎn)的晶圓廠。在美國的英特爾生產(chǎn)工廠地點包括：亞利桑那州Chandler、新墨西哥州Rio Rancho 、俄勒岡州Hillsboro。除美國本土之外，愛爾蘭萊克利普、以色列比薩、以色列Kiryal Gat、中國大連。封裝方面，英特爾在美國擁有一座測試基地和一座裝配開發(fā)工廠。其余裝配工廠均在美國境外，分別是中國上海、中國成都、哥斯達(dá)黎加圣荷西、馬來西亞 Kulim、馬來西亞檳城、越南胡志明市。

以制程來看，依照英特爾先前公布的制程技術(shù)發(fā)展藍(lán)圖，該公司已有采用Intel 7制程的產(chǎn)品，其Intel 4制程預(yù)計于今年下半準(zhǔn)備量產(chǎn)，2023年開始出貨，Intel 3制程計劃于2023年下半年準(zhǔn)備開始生產(chǎn)，Intel 20A制程估計于2024年逐步量產(chǎn)，另外，Intel 18A制程已進(jìn)入開發(fā)階段，于2025年初問世。

目前，臺積電擁有四座十二吋超大晶圓廠（GIGAFAB? Facilities）、四座八吋晶圓廠和一座六吋晶圓廠，并擁有一家百分之百持有子公司—臺積電（南京）有限公司之十二吋晶圓廠及二家百分之百持有子公司—WaferTech美國子公司、臺積電（中國）有限公司八吋晶圓廠產(chǎn)能。其中于2016年成立的臺積電（南京）有限公司，下設(shè)有一座十二寸晶圓廠以及一個設(shè)計服務(wù)中心。除此之外，臺積電還在臺灣島內(nèi)擁有4個后段封測廠。

目前，三星在本國、中國西安、中國蘇州、美國奧斯汀擁有7個制造中心，并在印度、美國、以色列、英國、丹麥、中國擁有多個研發(fā)中心。

展望今年第一季度，三星指出晶圓代工將專注于提高其先進(jìn)制程產(chǎn)量，進(jìn)而提升供應(yīng)穩(wěn)定性。此外，公司將在今年上半年量產(chǎn)3nm GAA首代制程3GAE，后續(xù)將開發(fā)第二代GAA制程3GAP。

8. 640億美元，2021年全球半導(dǎo)體材料市場收入增長15.9%

半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會SEMI報告全球半導(dǎo)體材料市場 2021 年收入增長 15.9% 至 643 億美元

9. 華虹半導(dǎo)體發(fā)行股份科創(chuàng)板上市！

華虹半導(dǎo)體在港交所公告，董事會批準(zhǔn)可能發(fā)行人民幣股份及將該等人民幣股份在上交所科創(chuàng)板上市的初步建議。將予發(fā)行的人民幣股份(包括將因超額配股權(quán)(如有)獲行使而發(fā)行的人民幣股份)不得超過本公司經(jīng)根據(jù)建議發(fā)行人民幣股份擬發(fā)行及配發(fā)的人民幣股份擴(kuò)大后的已發(fā)行股本25%。

10. 智算中心爭奪戰(zhàn)算力不能解決一切

在數(shù)據(jù)中心的生命周期里，80%的費用是運營費用，而其中一半是電費。比如，傳統(tǒng)的風(fēng)冷PUE差不多在2.2，這個損耗是非常巨大的，現(xiàn)在國家標(biāo)準(zhǔn)是PUE要到1.3。PUE是數(shù)據(jù)中心電力使用效率的衡量指標(biāo)，越小越好。

為了節(jié)能，各家企業(yè)都使用了絕技，有些把數(shù)據(jù)中心放在山洞里，有些放在海里，有些放在沙漠里?！拔磥淼臄?shù)據(jù)中心只有一種冷卻叫液冷?！崩顺毙畔⒏笨偛脛④妼?shù)智前線說。隨著摩爾定律的發(fā)展，服務(wù)器的面積會越來越小，散熱要求則越來越高，“只有液冷才能解決這個問題?！?/p>

11. 算一算蘋果的芯片成本賣貴了？

我們可以看到 ，如果M1 芯片每個die的良率為80%，那么其價值為$40 ， 良率為70%的M1 Pro 價值為$96，良率為60%的 M1 Max 在每個die價值為$200.這些芯片是由TSMC的5 nm工藝制造，并估計代工費用每片17，000美元。

12. 摩爾定律的現(xiàn)在及未來

技術(shù)對人類而言從未像現(xiàn)在這樣重要。在四大超級技術(shù)力量的推動下，萬物都在數(shù)字化。

這四大超級技術(shù)力量是無所不在的計算、從云到邊緣的基礎(chǔ)設(shè)施、無處不在的連接和人工智能，它們將超越并改變世界。目前，我們看到世界對算力的需求永無止境，更多的算力將持續(xù)推動行業(yè)進(jìn)行更多創(chuàng)新。例如，全球每天會產(chǎn)生約270000PB（即27x1019）的數(shù)據(jù)②。預(yù)計到2030年，平均每個人將擁有1petaflop（每秒進(jìn)行1015次浮點運算）的算力和1PB的數(shù)據(jù)，時延不到1毫秒③。這種對計算能力越來越強的需求，是驅(qū)動行業(yè)推進(jìn)摩爾定律的動力。

當(dāng)下的創(chuàng)新

制程

英特爾下一個偉大的架構(gòu)創(chuàng)新是RibbonFET，這是英特爾在Gate All Around（GAA）晶體管上的實現(xiàn)，將與Intel 20A一同推出。RibbonFET代表了英特爾自FinFET以來的首個全新晶體管架構(gòu)。RibbonFET能在更小的占用空間中，以相同的驅(qū)動電流提供更快的晶體管開關(guān)速度。同時，英特爾還提供業(yè)界首個背面電能傳輸架構(gòu)PowerVia。以前，電源來自裸片頂部并與信號互連“競爭”?，F(xiàn)在通過分離電源和信號，能更有效地使用金屬層，這減少了對兩者的權(quán)衡，并提升了性能。下一代極紫外（EUV）光刻技術(shù)，即高數(shù)值孔徑（High-NA），進(jìn)一步提高了分辨率并減少誤差，降低了制程工藝的復(fù)雜性，同時提高了設(shè)計規(guī)則的靈活性。英特爾正與ASML及其他生態(tài)伙伴緊密攜手，率先將這項技術(shù)投入量產(chǎn)。

封裝

展望未來，隨著進(jìn)入先進(jìn)封裝時代，我們看到封裝帶來了晶體管密度的提升。甚至連戈登本人也意識到了封裝的重要性，并在他的原始論文中寫到：“事實證明，用較小的功能模塊構(gòu)建大型系統(tǒng)可能會更經(jīng)濟(jì)，這些功能模塊將分別進(jìn)行封裝和互連?！雹茈S著進(jìn)入先進(jìn)封裝時代，這些2D和3D堆疊技術(shù)為架構(gòu)師和設(shè)計師提供了工具，以進(jìn)一步增加單個設(shè)備的晶體管數(shù)量，并將有助于實現(xiàn)摩爾定律所需的微縮。

例如Ponte Vecchio，英特爾將47種不同的晶片組合在一個封裝中，為先進(jìn)封裝功能樹立了新的基準(zhǔn)。

英特爾即將推出的下一代Foveros技術(shù)——Foveros Omni和Foveros Direct，提供了新的微縮、新的互連技術(shù)和新的混搭能力。Foveros Omni進(jìn)一步將互連間距微縮到25微米，并增加了多個基礎(chǔ)晶片的選擇，與EMIB技術(shù)相比，其實現(xiàn)了近4倍的密度提升，同時也擴(kuò)展了英特爾混搭基礎(chǔ)晶片的能力。Foveros Direct引入了無焊料直接銅對銅鍵合，可實現(xiàn)低電阻互連和10微米以下的凸點間距。由此產(chǎn)生的互連能力，為功能性裸片分區(qū)開辟了新的視野，這在以前是無法實現(xiàn)的。同時，該技術(shù)還能垂直堆疊芯片的多個有源層。隨著這些技術(shù)和其他技術(shù)進(jìn)入市場，先進(jìn)封裝將為設(shè)計師和架構(gòu)師提供另一種工具用于推進(jìn)摩爾定律。

摩爾定律的現(xiàn)在及未來

技術(shù)對人類而言從未像現(xiàn)在這樣重要。在四大超級技術(shù)力量的推動下，萬物都在數(shù)字化。

這四大超級技術(shù)力量是無所不在的計算、從云到邊緣的基礎(chǔ)設(shè)施、無處不在的連接和人工智能，它們將超越并改變世界。目前，我們看到世界對算力的需求永無止境，更多的算力將持續(xù)推動行業(yè)進(jìn)行更多創(chuàng)新。例如，全球每天會產(chǎn)生約270000PB（即27x1019）的數(shù)據(jù)②。預(yù)計到2030年，平均每個人將擁有1petaflop（每秒進(jìn)行1015次浮點運算）的算力和1PB的數(shù)據(jù)，時延不到1毫秒③。這種對計算能力越來越強的需求，是驅(qū)動行業(yè)推進(jìn)摩爾定律的動力。

總而言之，當(dāng)考慮到所有制程工藝和先進(jìn)封裝創(chuàng)新時，英特爾有諸多選擇能繼續(xù)按照客戶要求的節(jié)奏，將單個設(shè)備的晶體管數(shù)量翻一番。只有當(dāng)創(chuàng)新停止時，摩爾定律才會失效，而英特爾在制程工藝、封裝和架構(gòu)方面的創(chuàng)新將永不止步。預(yù)計到2030年，英特爾將在單個設(shè)備中提供約1萬億個晶體管，我們正為實現(xiàn)這一目標(biāo)不懈努力。

13. 高盛不看好晶圓代工的五大原因

高盛證券最新指出，根據(jù)外部風(fēng)險造成市場波動、設(shè)備交期拉長等五大因素，下修臺積電、聯(lián)電、世界股價預(yù)期，是繼美銀證券調(diào)整十檔電子股后，又一大型外資券商出手微幅修正估值，且主因均非看壞指標(biāo)企業(yè)基本面。

一、高盛總體經(jīng)濟(jì)學(xué)團(tuán)隊最近才下修全球GDP預(yù)測，盡管目前尚未看到晶圓代工端出現(xiàn)砍單，然考慮到總體經(jīng)濟(jì)下滑影響消費產(chǎn)品需求，確實不排除2022年底、2023年初面臨部分訂單調(diào)整。

二、基于需求的波動性，2022年要再看見晶圓代工迎來全面性漲價的機率不高，就算有任何漲價，那也將是針對急單或是先前取得相對低報價的客戶。整體而言，高盛對臺積電、聯(lián)電、世界2022年的財務(wù)模型中，都沒有納入進(jìn)一步漲價可能；至于2023年，高盛預(yù)期，除了臺積電8吋晶圓可能漲價外，其他晶圓代工價格都將持平。

三、根據(jù)高盛調(diào)查，因半導(dǎo)體設(shè)備產(chǎn)能吃緊，晶圓廠采購的設(shè)備平均出現(xiàn)三至六個月的延遲（特別是二線晶圓代工廠），高盛因而調(diào)降晶圓代工廠近二年產(chǎn)能擴(kuò)張幅度，亦下修2022年資本支出預(yù)期。

四、鑒于地緣政治風(fēng)險導(dǎo)致市場波動加劇，高通膨情況支持升息周期，高盛經(jīng)濟(jì)學(xué)家更新亞洲市場股權(quán)成本（COE）假設(shè)，同時，高盛宏觀團(tuán)隊將臺股市場的股票風(fēng)險溢價假設(shè)從6％上調(diào)至6.25％。

五、大部分晶圓代工廠向客戶收費都是以美元計價，因此，新臺幣相對美元貶值通常有利這些臺廠的營收；在獲利方面，盡管物料成本多以美元計價，可能會抵消部分營收來自新臺幣貶值的好處，但如人工成本、營運成本多不是以美元計價，整體來看對臺廠毛利率、營業(yè)利益率仍為有利因素。

14. 2022主要代工業(yè)者產(chǎn)能擴(kuò)充計劃

15. 格科半導(dǎo)體ASML先進(jìn)ArF光刻機正式MOVE IN！

自上市以來，格科微“12英寸CIS集成電路特色工藝研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化項目”推進(jìn)迅速，廠房建設(shè)基本完成，相關(guān)設(shè)備有序搬入、安裝。從2022年3月7日開始，格科半導(dǎo)體順利搬入光刻機主要廠商之一——ASML的相關(guān)設(shè)備。3月24日，格科半導(dǎo)體再次迎來了重要階段性成果，成功實現(xiàn)整套ASML光刻機中的關(guān)鍵設(shè)備——先進(jìn)ArF光刻機的搬入。如期搬入最關(guān)鍵的設(shè)備，標(biāo)志著公司能夠確保安全防疫和潔凈室生產(chǎn)線穩(wěn)定運營兩手抓、兩不誤，為公司高端CIS產(chǎn)品快速研發(fā)及市場化推廣打下堅實基礎(chǔ)。

16. 兩大因素所致部分非手機市場2022年訂單量或出現(xiàn)明顯下滑

“筆電市場已經(jīng)開始‘退熱’了，就目前的訂單和客戶需求情況來看是在持續(xù)下探，并且由于前兩年的漲幅太猛，今年市場整體的需求量或許會有比較明顯的衰退。如果是從公司本身的情況來看，我們預(yù)估全年訂單量縮減大概會達(dá)到20%左右?！?/p>

其實工業(yè)、醫(yī)療、可穿戴、智能家居等幾個熱度較高的非手機領(lǐng)域，都可以納入AIoT市場，因為AI技術(shù)的加持，給這些產(chǎn)品創(chuàng)造了更大的發(fā)展空間。根據(jù)IDC發(fā)布的報告數(shù)據(jù)，2019年全球AIoT市場規(guī)模達(dá)到2264億美元，預(yù)計到2022年達(dá)到4820億美元，2019-2022年復(fù)合增長率為28.65%。

如前所述，由于產(chǎn)業(yè)鏈原本預(yù)期的增長局面沒有出現(xiàn)，供給端的產(chǎn)能布局卻已經(jīng)就位，很可能造成供過于求的局面。不僅如此，AIoT領(lǐng)域中有相當(dāng)一部分終端的零部件規(guī)格參數(shù)僅僅停留在中低端智能手機的水平，具備量產(chǎn)能力的廠商數(shù)量也不在少數(shù)?；蛟S在市場規(guī)模增長前期這些產(chǎn)品的利潤水平尚可，但礙于產(chǎn)品本身的技術(shù)優(yōu)勢并不突出，這一水準(zhǔn)也將隨著需求量加大而持續(xù)降低。