ZT 晶圓代工廠2018年的挑戰

預計2018年晶圓代工業務將實現穩定增長，但增長背後存在若幹挑戰。

 

　　在全球晶圓代工巨頭方麵，GlobalFoundries、Intel、Samsung和TSMC正在從16nm/14nm向10nm/7nm節點遷移。分析師表示，英特爾已經遇到了一些困難，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製程。此外時間也將會證明其他芯片製造商是否會在10/7nm節點下完成平穩或粗糙的過渡。

 

　　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，這個行業也沒有想象的那麽悲觀，據SemicoResearch的分析師JoanneItow透露，代工業務預計繼續保持穩定增長(2018年將比2017年增長8%)。這與2017年的增長預測完全一致。

 

　　“增長的驅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放緩，但智能手機的BOM仍然是代工業務中最重要的部分。其中包括傳感器、處理器、圖像傳感器、無線和模擬射頻。”

 

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

 

　　根據研究公司TrendForce的數據，在全球晶圓代工市場中，台積電繼續占主導地位(2017年占有55.9%的份額)。根據該公司的數據，GlobalFoundries排在第二位，聯電，三星，中芯，TowerJazz，力晶，先鋒，華虹和東部緊隨其後。

　　

　　圖1：按收入排名前十的代工廠商(三星，力晶的數據屬於預估)。來源：TrendForce

 

　　更多數據

 

　　世界半導體貿易統計公司(WSTS)最近預測，2017年半導體市場將達到4090億美元，比2016年增長20.6%。收入增長是由於DRAM平均銷售價格的上漲。以及對於模擬，閃存和邏輯的強勁需求。

 

　　WSTS預計2018年IC產業市場將達到4370億美元，比2017年增長7%。根據VLSIResearch的統計，2018年IC總體預計增長7.1%，而2017年為12.8%。

 

　　多年來，IC產業一直圍繞著摩爾定律(晶體管密度每18個月翻一番)處於不斷變化中。根據這個定律，芯片製造商每18個月就會推出一項新工藝，表麵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，不過它正在經曆新的發展。每經曆一個新的節點，流程成本和複雜性都在急劇上升，因此，一個完全擴展的節點節奏已經從18個月延長到2.5年或更長的時間。此外，更少的代工業務客戶能負擔起往高級節點躍遷的能力。根據Gartner的數據，一款16nm/14nm芯片的芯片設計成本約為8000萬美元，28nm芯片的芯片設計成本為3000萬美元。相比之下，設計一個7nm芯片則要花費2.71億美元。

 

　　和以往一樣，手機仍是芯片業的最大市場。根據ICInsights的數據，手機IC銷售占IC市場總收入的25%，預計2018年將達到973億美元，比2017年增長8%。該機構還認為，個人電腦相關芯片是第二大IC市場，預計2018年將增長5%，達到726億美元。

 

　　其他市場增速更為驚人。例如，汽車IC銷售額預計在2018年將增長16%，達到324億美元;到2018年，與物聯網相關的IC銷售額將增長16%，達到約168億美元。

 

　　

 

　　圖2：IC領域的市場增長情況(以十億美元計)。數據來源ICInsights

 

　　“越來越多的客戶正在重新定義他們的產品組合，以適應物聯網、汽車市場，”UMC美國銷售副總裁WalterNg說：“就拿汽車領域來說，信息娛樂、數據安全和先進操作功能的進步，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：“在物聯網領域，我們看到了許多不同類型的設備，但主要關注的焦點似乎是將MCU與多協議通信集成在一起的IC，包括Wi-Fi，藍牙甚至Zigbee。我們也看到了企業對家庭自動化的巨大興趣。”

 

　　考慮到這些增長驅動因素，代工廠商必須開發更多不同的工藝來滿足客戶日益增長的需求。GlobalFoundries首席技術官GaryPatton表示：“一個技術平台能滿足從高端IBMz係統(大型機)一直到電池供電的物聯網設備，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支出。但是隻有少數的晶圓廠有開發多種技術的資源。規模較小的公司當然也是可行的，不過他們對市場必須更專一。

 

　　除了研發資本的支出，還有一些晶圓代工廠需要麵對的挑戰：

 

　　經濟和政治問題可能影響電子行業。

 

　　低迷的需求和庫存問題往往會在第一季度出現，這可能會在隨後的季度中持續存在。

 

　　集成電路業務正在進行一波並購活動。整合的結果則是代工廠商的客戶群縮減。

 

　　矽片的可用性令人擔憂。在多年的供應過剩之後，矽片供應商看到了新的需求。但是，供應商並沒有對新工廠進行投資，許多公司已經提高了價格。

 

　　封裝測試供應鏈是晶圓廠的另一個問題。對芯片需求的上升導致了製造能力、各種封裝類型甚至一些設備的短缺。

 

　　10nm/7nm，22nm工藝技術的遷移

 

　　到2018年，英特爾預計將增長10納米投入。此外，GlobalFoundries，三星和台積電將開始出貨各自的7nmfinFET工藝產品。三星還宣布了各種半節點產品。

 

　　節點名稱很混亂。簡而言之，Intel的10nm技術大致相當於其他晶圓廠的7nm節點。

 

　　無論如何，節點遷移是具有挑戰性的。例如，一些芯片製造商花費比預期更長的時間從平麵節點遷移到16nm/14nm。在16nm/14nm工藝中，許多供應商轉向下一代稱為FinFET的晶體管類型。在FinFET中，對電流的控製是通過在鰭的三側麵上的柵極來實現的。

　　

　　圖3：FinFET與平麵。來源：LamResearch

 

　　一般而言，FinFET解決了短溝道效應和其他縮放問題，但是該技術製造起來更困難且成本更高。

 

　　舉個例子：英特爾本應在2017年下半年發布10納米FinFET工藝，但最近的進度有所下滑。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。“這可能是遭遇了一係列的問題。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。”

 

　　從時間上來看，GlobalFoundries，三星和台積電在7nm將麵臨類似的問題。Gartner分析師SamuelWang表示：“三家代工廠似乎都在取得良好的進展。”

 

　　SamuelWang預計，在2018年7nm工藝將有一個較大的增長，但在短期內，根本不能與10nm抗衡。預計在2017年，10nm將產生價值50億美元的業務。相比之下，預計到2018年，7nm的銷售額將從25億美元增至30億美元。

 

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

 

　　根據Patton的說法，7nm將會是一個長壽的節點。FinFET將會有很多延伸，有很大的擴展空間。

 

　　台積電表示，7nm節點可能會達到28nm一樣的成就。“7nm的最初應用是高端應用處理器和高性能計算。我們預計到2018年底，將會有超過50次流片，“台積電聯席首席執行官兼總裁C.C.Wei在最近一次電話會議上表示。

 

　　然而，並非所有的代工廠客戶都是世界領先廠商。雖說許多公司正在開發新的芯片，並正在探索遷移到16nm/14nm甚至更遠的想法。但是許多公司都停留在28納米節點以上，因為他們無法承受先進節點的高昂IC設計成本。

 

　　為填補市場空白，GlobalFoundries，英特爾，台積電和聯電正在開發一種新的22納米工藝。22納米比28納米更快，芯片開發成本低於16納米/14納米。

 

　　然則並不是所有的22nm技術都一樣。例如，GlobalFoundries正在準備22納米FD-SOI技術。台積電和聯電正在開發22納米大容量CMOS工藝。而Intel則采用了新的低功耗22nmFinFET技術。

 

　　從此以後，客戶必須權衡各種選項。“這取決於你在什麽空間，”GlobalFoundries的Patton說：“如果你專注於高性能，並且正在嚐試製造大型芯片，那麽你會選擇FinFET。如果你期望芯片體積小，而且成本和功耗達到了平衡，那麽你就可以沿著FD-SOI路徑走下去。

 

　　大容量CMOS工藝也是一種選擇，聯電正在開發一個22nm製程，用於RF、毫米波和其他應用。“這個工藝能提供性能和成本的最佳組合，”聯電的專業技術部門的副總裁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納米級技術提供了速度，功耗和成本的最佳組合，其將繼續保持良好的需求，28nm晶圓代工年收入可達100億美元。”

 

　　那麽，22nm會起飛嗎?“是的，因為22納米是28納米的延伸，”Wang說。“它提供了更好的性能和密度。”