成熟制程依然“頭大”？

作者：米樂(lè)

如果對(duì)未來(lái)畫(huà)餅，是不是說(shuō)明現(xiàn)在堪憂呢？

晶圓代工先進(jìn)制程需求熱絡(luò)，引領(lǐng)整體產(chǎn)業(yè)向上發(fā)展的背后，成熟制程市況顯得相對(duì)領(lǐng)清。研調(diào)機(jī)構(gòu)集邦科技發(fā)布最新報(bào)告指出，明年成熟制程產(chǎn)能利用率雖可提升10個(gè)百分點(diǎn)，對(duì)于這個(gè)“餅”，業(yè)界表示成熟制程持續(xù)擴(kuò)產(chǎn)將導(dǎo)致價(jià)格持續(xù)承壓。

?01、還是不行的原因

2025年受消費(fèi)性產(chǎn)品需求能見(jiàn)度低影響，供應(yīng)鏈建立庫(kù)存態(tài)度保守，對(duì)晶圓代工廠下單將與2024年同為零星急單模式，但汽車(chē)、工控、通用型服務(wù)器等應(yīng)用零組件庫(kù)存已陸續(xù)在2024年修正至健康水位，2025年將加入零星備貨行列，預(yù)期成熟制程產(chǎn)能利用率將因此提升10個(gè)百分點(diǎn)、突破七成。

不過(guò)，隨著各晶圓廠在連續(xù)兩年因需求清淡而放緩擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃后，預(yù)計(jì)在2025年將陸續(xù)開(kāi)出先前遞延的新產(chǎn)能，尤以28納米、40納米及55納米為主，在需求能見(jiàn)度低、新產(chǎn)能開(kāi)出雙重壓力下，成熟制程價(jià)格持續(xù)承壓。

5月9日，中國(guó)內(nèi)地最大晶圓代工廠發(fā)布2024年第一季度財(cái)報(bào)。在第二天的財(cái)報(bào)發(fā)布會(huì)上，首席執(zhí)行官坦言，公司12英寸晶圓生產(chǎn)線自2月份以來(lái)一直滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，但行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)依然激烈?！拔覀兒芏鄳?zhàn)略客戶，無(wú)論是機(jī)頂盒還是智能手機(jī)，如果市場(chǎng)上出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手降價(jià)，可能會(huì)丟掉訂單，幾千萬(wàn)的訂單就可能沒(méi)了。我們還是要適應(yīng)市場(chǎng)，和客戶一起面對(duì)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)?！敝鞴コ墒熘瞥叹A代工的公司各自出招，但也可以用清湯寡水來(lái)形容。

世界先進(jìn)12英寸廠及化合物半導(dǎo)體投資，并認(rèn)購(gòu)漢磊5萬(wàn)張私募股票，雙方合作預(yù)估2026下半年可望量產(chǎn)。聯(lián)電則專(zhuān)注提升特殊制程接單能量，目前已能提供22／28納米、eNVM和RFSOI等特殊制程，公司看好生成式AI市場(chǎng)潛力龐大，不會(huì)在AI市場(chǎng)中缺席。力積電董事長(zhǎng)黃崇仁先前曾說(shuō)，將以二大方向轉(zhuǎn)型，擺脫廠商殺價(jià)競(jìng)爭(zhēng)，其一是收取建廠授權(quán)金的Fab IP，其二是擁有堆疊技術(shù)優(yōu)勢(shì)的3D IC技術(shù)。

?02、AI讓先進(jìn)制程更上一層樓

臺(tái)積電領(lǐng)頭，全球晶圓代工產(chǎn)值明年將有望年增率重返兩成以上，年增率將為近三年來(lái)高點(diǎn)。研究機(jī)構(gòu)集邦科技公布最新預(yù)測(cè)，高速運(yùn)算（HPC）產(chǎn)品和旗艦智能型手機(jī)主流采用的5／4／3納米等先進(jìn)制程維持滿載，狀況將延續(xù)至2025年，以臺(tái)積電營(yíng)收表現(xiàn)將超越產(chǎn)業(yè)平均，預(yù)期在人工智能（AI）應(yīng)用推升下，將帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值成長(zhǎng)。

根據(jù)集邦科技最新調(diào)查，雖然消費(fèi)性終端市場(chǎng)明年能見(jiàn)度仍低，但汽車(chē)、工控等供應(yīng)鏈的庫(kù)存已從今年下半年起逐漸落底，明年將重啟零星備貨，加上edge AI推升單一整機(jī)的晶圓消耗量、cloud AI持續(xù)布建，預(yù)估明年晶圓代工產(chǎn)值將年增百分之廿，優(yōu)于今年的16%。

不過(guò)，業(yè)界觀察，若扣除臺(tái)積電明年全球晶圓代工產(chǎn)值僅年增百11.2%，等于光臺(tái)積電就貢獻(xiàn)近一半的增幅，且先進(jìn)制程維持高成長(zhǎng)動(dòng)能，先進(jìn)封裝重要性日增。從各晶圓代工廠的表現(xiàn)分析，集邦預(yù)期，先進(jìn)制程及先進(jìn)封裝將帶動(dòng)臺(tái)積電明年?duì)I收年增率超越產(chǎn)業(yè)平均。

此外，在AI持續(xù)推動(dòng)、各項(xiàng)應(yīng)用零組件庫(kù)存落底的支撐下，盡管晶圓代工產(chǎn)業(yè)明年?duì)I收年成長(zhǎng)將重返百分之二十水準(zhǔn)，廠商仍須面對(duì)諸多挑戰(zhàn)，包括總體經(jīng)影響終端消費(fèi)需求、高成本是否影響AI布建力道，以及擴(kuò)產(chǎn)將增加資本支出等。

集邦預(yù)估，明年7、6納米、5、4納米及3納米制程將貢獻(xiàn)全球晶圓代工營(yíng)收達(dá)45%。業(yè)界觀察，相關(guān)制程都是龍頭廠臺(tái)積電擅長(zhǎng)且領(lǐng)先的技術(shù)節(jié)點(diǎn)。先進(jìn)封裝產(chǎn)能吃緊，集邦分析，受AI芯片大面積需求帶動(dòng)，2.5D先進(jìn)封裝于2023至2024年供不應(yīng)求情況嚴(yán)重，臺(tái)積電、三星、英特爾等提供前段制造加后段封裝整套解決方案的大廠都積極建構(gòu)產(chǎn)能，預(yù)估明年晶圓代工廠配套提供的2.5D封裝營(yíng)收將年增120%以上，雖在整體晶圓代工營(yíng)收占比不到5%，但重要性日增。臺(tái)積電董事長(zhǎng)暨總裁魏哲家在前一次法說(shuō)會(huì)上提到，在封裝部分臺(tái)積將只會(huì)專(zhuān)注在最先進(jìn)的后段技術(shù)，這些技術(shù)將幫助客戶的前瞻產(chǎn)品。

?03、成熟節(jié)點(diǎn)的“過(guò)剩爭(zhēng)論”

首先，“成熟半導(dǎo)體”一詞涵蓋了一系列不同類(lèi)型的芯片，每種芯片都有自己的供需動(dòng)態(tài)。這些既包括特定類(lèi)型的半導(dǎo)體，包括邏輯、功率、射頻和混合模擬和數(shù)字半導(dǎo)體，也包括用于特定類(lèi)型最終用途的成熟半導(dǎo)體，例如汽車(chē)、機(jī)器人、無(wú)人機(jī)、工業(yè)自動(dòng)化、航空航天和其他行業(yè)。因此，“傳統(tǒng)半導(dǎo)體”沒(méi)有單一市場(chǎng)，不能一概而論的說(shuō)“產(chǎn)能過(guò)?！薄?/p>

其次，全球大多數(shù)成熟的半導(dǎo)體節(jié)點(diǎn)產(chǎn)能都掌握在IDM手中，在中國(guó)，成熟節(jié)點(diǎn)生產(chǎn)產(chǎn)能則由從事代工服務(wù)的公司主導(dǎo)，這包括高度專(zhuān)業(yè)化。代工廠根據(jù)客戶提供的設(shè)計(jì)制造半導(dǎo)體，取決于代工廠客戶而非代工廠本身確定的市場(chǎng)需求。公司設(shè)計(jì)的半導(dǎo)體與特定行業(yè)的需求緊密相關(guān)，力求謹(jǐn)慎地平衡供需，我們的商業(yè)模式旨在避免“產(chǎn)能過(guò)?！?。

代工廠往往高度專(zhuān)業(yè)化，通常由公司運(yùn)營(yíng)的每個(gè)晶圓廠都將針對(duì)非常特定的客戶產(chǎn)品而設(shè)立。另外，由于成熟節(jié)點(diǎn)半導(dǎo)體的利潤(rùn)率非常低，代工廠很難迅速切換生產(chǎn)線，因此代工廠和客戶更愿意簽訂長(zhǎng)期合同，以鎖定特定類(lèi)型半導(dǎo)體的供應(yīng)。這尤其適用于產(chǎn)品生命周期長(zhǎng)、安全要求高、需要嚴(yán)格認(rèn)證產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性的行業(yè)，例如醫(yī)療設(shè)備和汽車(chē)應(yīng)用。最后，是業(yè)內(nèi)經(jīng)常被忽視或誤解的“經(jīng)濟(jì)產(chǎn)能過(guò)?！备拍睢?/p>

這指的是全球行業(yè)實(shí)際上認(rèn)為一定量的過(guò)剩供應(yīng)是可取的，對(duì)于消除預(yù)期和常見(jiàn)的供需波動(dòng)至關(guān)重要。其中一些風(fēng)險(xiǎn)包括不可預(yù)測(cè)的工具停機(jī)時(shí)間；自然災(zāi)害，如影響前端制造和材料供應(yīng)商的福島地震；影響三星的德克薩斯州冬季冰凍；以及過(guò)去幾年發(fā)生的其他事故，如主要設(shè)施發(fā)生火災(zāi)。業(yè)內(nèi)一些人認(rèn)為，最佳的產(chǎn)能過(guò)剩水平是 15-20% 左右！即使在疫情期間出現(xiàn)嚴(yán)重芯片短缺之后，一些成熟節(jié)點(diǎn)仍會(huì)繼續(xù)出現(xiàn)滾動(dòng)短缺，整個(gè)系統(tǒng)的健康需要一定程度的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)能過(guò)剩。

?04、先進(jìn)制程只是巨頭battle的舞臺(tái)，成熟制程才是全球追求的“財(cái)富”

美國(guó)商務(wù)部在 2024 年第一季度對(duì)約 100 家美國(guó)公司進(jìn)行了調(diào)查，以確定它們對(duì)中國(guó)公司在成熟半導(dǎo)體方面的依賴程度。依賴問(wèn)題與產(chǎn)能過(guò)剩問(wèn)題緊密相關(guān)，因?yàn)槊绹?guó)官員擔(dān)心產(chǎn)能過(guò)剩可能導(dǎo)致更大的依賴，從而使公司容易受到成熟節(jié)點(diǎn)供應(yīng)鏈中斷的影響。

大量芯片在中國(guó)組裝，這也使情況更加復(fù)雜。美國(guó)公司很少進(jìn)口單個(gè)半導(dǎo)體，而是進(jìn)口包含一個(gè)或多個(gè)可能源自中國(guó)的成熟半導(dǎo)體的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品既來(lái)自國(guó)內(nèi)的代工廠，也來(lái)自在中國(guó)運(yùn)營(yíng)的外國(guó)代工廠。由于美國(guó)的出口管制以及中國(guó)對(duì)某些政府和國(guó)有企業(yè)供應(yīng)鏈?zhǔn)┘拥膲毫υ絹?lái)越大，要求其減少外國(guó)半導(dǎo)體的數(shù)量，外國(guó)公司在中國(guó)生產(chǎn)的 IT 產(chǎn)品中，來(lái)自中國(guó)的成熟半導(dǎo)體的比例可能會(huì)上升。

制造尖端芯片的公司通常將需求增長(zhǎng)歸因于依賴 CPU、GPU 或?qū)Ｓ蒙窠?jīng)處理芯片的 AI 應(yīng)用的增長(zhǎng)。較少出現(xiàn)在頭條新聞中的應(yīng)用包括智能手機(jī)應(yīng)用處理器、高性能計(jì)算 (HPC) 和云端服務(wù)器芯片。當(dāng)下一代技術(shù)投入使用時(shí)，領(lǐng)先應(yīng)用的關(guān)鍵客戶已經(jīng)準(zhǔn)備好轉(zhuǎn)向下一個(gè)前沿節(jié)點(diǎn)，然后晶圓廠就會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)能空缺，尤其是在產(chǎn)量很高的情況下。但更多的芯片是建立在較成熟的節(jié)點(diǎn)上的。例如，電動(dòng)汽車(chē)對(duì)電源管理 IC (PMIC) 的需求不斷增加。

PMIC 通常使用 180nm 或 130nm 等成熟節(jié)點(diǎn)，但采用 BCD 工藝（雙極、CMOS、D-MOS），PMIC 變得越來(lái)越智能，除了模擬電路外，還整合了越來(lái)越多的數(shù)字邏輯。因此，設(shè)計(jì)正在轉(zhuǎn)向 90nm、55nm 和 40nm BCD 工藝節(jié)點(diǎn)。

與此同時(shí)，傳感器的需求可能還低于 180 和 150nm 節(jié)點(diǎn)。對(duì)于需要耐高壓的汽車(chē)應(yīng)用，它們與其他模擬電路集成在 BCD 工藝上同樣主要采用 180nm 或 130nm，先進(jìn)的智能傳感器集成了微控制器，正在向 65nm 或 40nm 轉(zhuǎn)移，但這是這些應(yīng)用的最新技術(shù)。

頂級(jí) CMOS 圖像傳感器采用 22nm 低功耗工藝，正在向 12nm finFET 工藝轉(zhuǎn)移。工藝節(jié)點(diǎn)通常針對(duì)特定應(yīng)用和用例。用于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的芯片代表了目標(biāo)工藝節(jié)點(diǎn)的一些分歧，出于成本原因，它們大多停留在 40 和 22nm 這樣的節(jié)點(diǎn)。但隨著人工智能走向邊緣，更多設(shè)備將具備一些推理能力，而執(zhí)行該功能的芯片將需要比其他數(shù)字邏輯更高的性能，因此它們正在轉(zhuǎn)向 6nm。模擬和混合信號(hào)芯片也趨于落后。

聯(lián)華電子指出：“如果應(yīng)用中混合了模擬和數(shù)字電路，那么我們認(rèn)為 55nm 是最佳選擇。純模擬趨于停留在 8 英寸先進(jìn)節(jié)點(diǎn)——通常是 180 和 150nm?！背墒熘瞥滩皇且怀刹蛔兊摹?/p>

一些晶圓廠通過(guò)改進(jìn)來(lái)吸引新設(shè)計(jì)，從而為舊工藝注入新的活力。包括引入特定的晶體管設(shè)備來(lái)提高性能或最大限度地減少泄漏，縮小工藝以改善成本和工具利用率，增加特定的射頻功能或高電壓以實(shí)現(xiàn)混合信號(hào)系統(tǒng)，或增加汽車(chē)級(jí)認(rèn)證。Chiplet技術(shù)的出現(xiàn)也影響了這些選擇。

理論上，人們不再需要將某些功能遷移到更先進(jìn)的節(jié)點(diǎn)，只需將所有功能放在一個(gè)芯片上即可。

相反，只有真正需要先進(jìn)節(jié)點(diǎn)功能的部分才能移動(dòng)到那里，從而最大限度地減少昂貴節(jié)點(diǎn)的芯片尺寸。其余部分可以作為單獨(dú)的小芯片集成在封裝內(nèi)。盡管小芯片可以節(jié)省芯片成本，但先進(jìn)封裝成本必須降低才能實(shí)現(xiàn)凈成本節(jié)約。