晶圓廠成熟制程之爭，前所未有的激烈

來源：半導(dǎo)體行業(yè)觀察

作者：杜芹DQ

相較于3納米/2納米這樣的先進(jìn)制程，在成熟制程領(lǐng)域的看客似乎越來越多。一方面是因?yàn)槌墒熘瞥淌袌龇N類百花齊放，有模擬芯片、功率半導(dǎo)體、MCU、射頻芯片等等。再就是鎖定這塊市場的晶圓代工業(yè)者愈發(fā)多，隨著臺(tái)積電和三星開始反攻成熟制程，對于成熟制程晶圓廠商來說，挑戰(zhàn)愈發(fā)大。最后還有在細(xì)分領(lǐng)域小而美的專業(yè)代工業(yè)者正在不斷蓄力。成熟制程領(lǐng)域粥多僧多，競爭正處于前所未有的激烈。

先進(jìn)制程玩家反攻成熟制程

過往，在摩爾定律的驅(qū)動(dòng)下，晶圓廠一直在緊追先進(jìn)工藝，這場決賽的最后僅剩臺(tái)積電、三星和英特爾這幾家。隨著先進(jìn)制程逐漸逼近極限，現(xiàn)在這些晶圓代工廠開始反攻成熟制程，他們開始紛紛大幅擴(kuò)產(chǎn)成熟工藝，這是前所未有的現(xiàn)象。不過也表露出成熟制程的市場空間，以臺(tái)積電為例，其傳統(tǒng)節(jié)點(diǎn)(16nm及以上成熟制程)的份額占其2021年收入的50%。

臺(tái)積電早在去年就放出要擴(kuò)產(chǎn)成熟產(chǎn)能的信號。為了解決車用及工控等芯片產(chǎn)能短缺問題，臺(tái)積電今年在高壓及電源管理IC、MEMS微機(jī)電及CMOS影像傳感器、嵌入式快閃存儲(chǔ)器（eFlash）等特殊成熟制程領(lǐng)域大幅擴(kuò)產(chǎn)，資本支出達(dá)到過去三年平均支出的3.5倍，今年特殊成熟制程產(chǎn)能會(huì)較去年增加14％，占整體成熟制程比重亦將提升到63％。臺(tái)積電要擴(kuò)產(chǎn)的成熟工藝工廠主要有3個(gè)：臺(tái)積電高雄Fab 22廠區(qū)將興建P1～P2廠，還有就是南科Fab 14廠區(qū)P8廠，這些都將用來支援特殊成熟制程。

三星在最近的年報(bào)中也披露今年將擴(kuò)大成熟制程晶圓代工布局，主要是CIS所需的成熟制程產(chǎn)能，此舉勢必將瓜分聯(lián)電、世界先進(jìn)、格芯等主攻成熟制程的晶圓廠訂單。三星也將繼續(xù)推出通過改進(jìn)成熟工藝、提高性能和成本競爭力的衍生工藝技術(shù)。三星還提到，中長期將擴(kuò)大成熟制程產(chǎn)能，并且不排除蓋新廠，但三星并未揭露投資金額、新產(chǎn)能規(guī)畫等訊息。

此前三星與聯(lián)電有緊密的合作關(guān)系，去年三星將28納米的圖像信號處理器（ISP）給聯(lián)電代工，后雙方又合作開發(fā)最先進(jìn)的22納米高壓制程，聯(lián)電將為三星代工OLED驅(qū)動(dòng)芯片。如今三星宣示要強(qiáng)化成熟制程晶圓代工布局，意味未來也將成為聯(lián)電的強(qiáng)大競爭對手，雙方是既合作又競爭的關(guān)系。

在代工領(lǐng)域，英特爾長久以來都是只給自己代工，但是去年英特爾的IDM 2.0策略中，將晶圓代工業(yè)務(wù)重啟。英特爾在今年公布了2022第一季的代工業(yè)務(wù)表現(xiàn)，從去年的1.03億美元增至2.83億美元，同比暴漲175%，雖然相比臺(tái)積電、聯(lián)電仍有較大差距，但已逐步逼近了力積電等廠商。根據(jù)英特爾對投資人公布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，主要來自思科、亞馬遜等30多家客戶的訂單。這還不包括收購的Tower Semiconductor，若再完成合并高塔半導(dǎo)體，整體體量會(huì)更大，將逐步進(jìn)逼力積電、聯(lián)電等臺(tái)廠。

晶圓廠的大幅擴(kuò)產(chǎn)也反映到了設(shè)備市場中，光刻機(jī)設(shè)備供應(yīng)商ASML一季度賣出了62臺(tái)光刻機(jī)，實(shí)現(xiàn)凈銷售額35億歐元，凈利潤6.95億歐元，新增訂單金額70億歐元，其中25億歐元來自0.33 NA和0.55 NA EUV系統(tǒng)訂單以及大量的DUV訂單，這反映了市場對先進(jìn)和成熟節(jié)點(diǎn)持續(xù)性的強(qiáng)勁需求。

成熟制程晶圓廠，更要打造出差異化

所有這些都在搶食主攻成熟制程晶圓廠商的蛋糕。在這樣的背景下，這些晶圓廠更應(yīng)該打造出差異化來。不過，他們在成熟制程的深耕也有自身優(yōu)勢，除了產(chǎn)能方面，還有價(jià)格優(yōu)勢等因素。

聯(lián)電是全球第一家宣布放棄先進(jìn)工藝研發(fā)的晶圓代工廠，從那時(shí)起，聯(lián)電將戰(zhàn)略重點(diǎn)放在改善公司的投資回報(bào)率上，主攻28nm及以上的制程。目前，聯(lián)電對成熟產(chǎn)能的押注也是史無前例，尤其是28nm，并且甚至在22年來未擴(kuò)產(chǎn)的新加坡地區(qū)擴(kuò)建產(chǎn)能。

今年4月份，聯(lián)電斥資48.58億元將分3次收購廈門聯(lián)芯所有股權(quán)，聯(lián)芯集成為聯(lián)電與廈門市政府及福建省電子信息集團(tuán)合資成立的提供12英寸晶圓專工服務(wù)的晶圓廠。聯(lián)電表示，當(dāng)初與投資方簽約時(shí)，即約定聯(lián)芯成立7年后，將納為持股100%子公司。聯(lián)電財(cái)報(bào)表示，廈門聯(lián)芯目前月產(chǎn)能2.75萬片，今年將擴(kuò)產(chǎn)至3.2萬片，主要以28納米以下制程為主。

成熟制程究竟有多搶手呢？前段時(shí)間因?yàn)槊姘弪?qū)動(dòng)IC等消費(fèi)領(lǐng)域的砍單潮，聯(lián)電釋放出產(chǎn)能松動(dòng)的信號，接著國際車用芯片大廠英飛凌、恩智浦、德州儀器和Microchip紛紛來搶產(chǎn)能，并喊出有多少產(chǎn)能都收。這四家客戶全球車用芯片市占總和超過三成，車用芯片多以成熟制程生產(chǎn)，聯(lián)電在四大車用芯片大單挹注下，營運(yùn)熱轉(zhuǎn)。

在技術(shù)層面，聯(lián)電正透過旗下聯(lián)穎布局第三代半導(dǎo)體，鎖定6英寸氮化鎵產(chǎn)品。并且與imec聯(lián)合研發(fā)。聯(lián)電透露，在6英寸氮化鎵領(lǐng)域站穩(wěn)腳步之后，也將展開碳化硅（SiC）布局，并朝8英寸晶圓發(fā)展。

同樣放棄先進(jìn)制程的是格芯，早在2018年，格芯就意識(shí)到，通過建造更清潔的潔凈室和購買單位數(shù)的EUV光刻機(jī)等晶圓廠工具，它仍然可以滿足70%的市場需求。相反，該公司將放棄追逐先進(jìn)工藝而節(jié)省下來的資金，用于從現(xiàn)有工藝節(jié)點(diǎn)中開發(fā)更多功能。

今年初，格芯CEO Tom Caulfield在一份聲明中表示，公司簽署了更多長期合作協(xié)議，有30家客戶承諾出資合計(jì)32億美元以幫助公司擴(kuò)產(chǎn)，以支持強(qiáng)勁的芯片需求。近日據(jù)日經(jīng)亞洲的報(bào)道，格芯將在未來5到10 年內(nèi)繼續(xù)追求產(chǎn)能以滿足需求，并決定在今年底之前，要選新加坡、紐約或德國加碼投資擴(kuò)產(chǎn)。

在技術(shù)創(chuàng)新層面，格芯與MRAM供應(yīng)商Everspin合作開發(fā)了一種替代NVM技術(shù)——MRAM(磁性RAM)模塊。將閃存擴(kuò)展到了28nm以下，該MRAM模塊可用于GF的12納米FinFET和22納米FDX平臺(tái)。該公司還為相同的平臺(tái)提供了RRAM(電阻RAM) NVM模塊。

在模擬射頻芯片領(lǐng)域，格芯已轉(zhuǎn)向射頻SOI和SiGe晶體管，以將晶體管單位增益頻率 (fTs) 推向太赫茲。今年5月，格芯宣布了一個(gè)名為GF Connex的RF元平臺(tái)，該平臺(tái)包含該公司的RF SOI、FDX、SiGe 和 FinFET平臺(tái)的元素。

再一個(gè)是硅光子芯片，硅光子學(xué)可能是改變數(shù)據(jù)中心游戲規(guī)則的技術(shù)，數(shù)據(jù)中心已經(jīng)采用光互連實(shí)現(xiàn)服務(wù)器之間 200 Gbps 及以上的高速鏈路。目前該芯片的整體成本仍偏高，業(yè)界都在努力降低系統(tǒng)級成本。在這方面，格芯推出了SiPh平臺(tái)，到今年3月已發(fā)布了其第二代GF Fotonix SiPh平臺(tái)。該平臺(tái)使格芯能夠制造結(jié)合了光子發(fā)射器和檢測器、硅光波導(dǎo)、射頻組件和高性能CMOS邏輯的單片器件。格芯采用各向異性蝕刻在單片硅光子芯片中創(chuàng)建精確的V形槽，以簡化直接、無源光纖對準(zhǔn)和連接。

大陸晶圓廠小步快走

大陸晶圓代工因?yàn)闊o法向先進(jìn)制程進(jìn)擊，所以也在加大力度投資成熟制程。中芯國際在成熟晶圓制程領(lǐng)域也占據(jù)很重要的一席，從2020年?duì)I收39億美元，到2021年的54億多美元，中芯國際如今已成為全球前四大晶圓代工廠中成長最快的公司。在成熟工藝方面，中芯國際主要布局了8個(gè)主要產(chǎn)品平臺(tái)，其中，高壓、驅(qū)動(dòng)、微控制器，超低功耗邏輯和特殊存儲(chǔ)器收入成長最快，其他平臺(tái)雖然市場需求很強(qiáng)但受到產(chǎn)能限制。

中芯國際也加快了產(chǎn)能擴(kuò)張的步伐，據(jù)中芯國際聯(lián)合首席執(zhí)行官趙海軍在今年前兩月的業(yè)績溝通會(huì)上介紹，中芯國際的投產(chǎn)計(jì)劃正在穩(wěn)步推進(jìn)，2022年初，上海臨港新廠破土動(dòng)工，北京和深圳兩個(gè)項(xiàng)目穩(wěn)步推進(jìn)，預(yù)計(jì)2022年底前投入生產(chǎn)。上述三個(gè)新項(xiàng)目滿產(chǎn)后，中芯國際的產(chǎn)能將實(shí)現(xiàn)倍增。中芯國際2022年的資本指出預(yù)計(jì)約為50億美元，同比增長11%。

值得一提的是，中芯國際今年開年就保持了良好的增長勢頭，2022年前兩月實(shí)現(xiàn)營收12.23億美元，較去年同期躍增59.1%，凈利更大增94.9%至約3.09億美元。

華虹半導(dǎo)體是一家特色工藝純晶圓代工企業(yè)，特別專注于嵌入式非易失性存儲(chǔ)器、功率器件、模擬及電源管理和邏輯及射頻等差異化工藝平臺(tái)，其中嵌入式非易失性存儲(chǔ)器仍是其營收的主要來源，主要是主要包括智能卡芯片和MCU兩大類芯片應(yīng)用；功率器件IGBT也已連續(xù)7年保持高增長，作為全球第一條12英寸功率器件代工生產(chǎn)線，公司的功率器件產(chǎn)品在12英寸已通過IATF 16949汽車質(zhì)量管理體系認(rèn)證。除了這些平臺(tái)之外，華虹半導(dǎo)體還加強(qiáng)了射頻、標(biāo)準(zhǔn)式存儲(chǔ)器、圖像傳感器等工藝平臺(tái)的研發(fā)，并在2021年取得豐碩回報(bào)。

2022年，華虹半導(dǎo)體無錫12英寸產(chǎn)線將繼續(xù)擴(kuò)充，目前該廠的月投片量超6.5萬片，全年產(chǎn)能利用率均維持在100%以上，擴(kuò)充之后預(yù)計(jì)到今年底將產(chǎn)能釋放至9萬片/月。

另外一家大陸晶圓廠合肥晶合集成已經(jīng)躍居全球第一季度前十名，第一季營收達(dá)4.4億美元，季增26.0%。晶合集成專注于12英寸的晶圓代工服務(wù)，以生產(chǎn)0.1Xμm及90nm大尺寸驅(qū)動(dòng)IC為主，同時(shí)具備DDIC、CIS、MCU、PMIC、Mini LED、E-Tag 等工藝平臺(tái)晶圓代工的技術(shù)能力。晶合集成目前正募資95億向更先進(jìn)的成熟制程升級，其中31億投資于“收購制造基地廠房及廠務(wù)設(shè)施”，24.5億元用于“28納米邏輯及OLED芯片工藝平臺(tái)研發(fā)項(xiàng)目”，15億元用于“40納米邏輯芯片工藝平臺(tái)研發(fā)項(xiàng)目”，這是晶合集成投資最高的三大募投項(xiàng)目。

力積電主要進(jìn)行先進(jìn)存儲(chǔ)、客制化邏輯IC電路與分離式元件的三大晶圓代工服務(wù)。并陸續(xù)發(fā)展晶圓堆棧(3D interchip)、新影像傳感器、GaN功率元件、40nm顯示器驅(qū)動(dòng)芯片、90nm 電源管理等制程技術(shù)以及48nm NOR產(chǎn)品線。2021年力積電依計(jì)劃擴(kuò)大了8英寸、12英寸晶圓廠的產(chǎn)能，并順利啟動(dòng)銅鑼P5廠興建計(jì)劃，計(jì)劃于今年建成，今年4月初P5廠兩座12英寸晶圓廠舉行了上梁典禮。

小而美的專業(yè)代工廠繼續(xù)蓄力

在射頻PA代工領(lǐng)域，穩(wěn)懋就是一個(gè)不容小看的市場領(lǐng)導(dǎo)者，穩(wěn)懋是全球最大的砷化鎵晶圓代工龍頭，砷化鎵是制作功率放大器（PA）的重要材料，穩(wěn)懋的市占率超過70%。而且在第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域，穩(wěn)懋十年前就與客戶投入開發(fā)第三代半導(dǎo)體，目前在GaN on SiC已有穩(wěn)定營收貢獻(xiàn)，主要用于5G和衛(wèi)星相關(guān)領(lǐng)域，占總營收的個(gè)位數(shù)。穩(wěn)懋今年持續(xù)進(jìn)行擴(kuò)產(chǎn)，晶圓C廠和南科高雄園區(qū)路竹廠均為擴(kuò)產(chǎn)之列。穩(wěn)懋預(yù)估，今年資本支出在120億元左右，由于新產(chǎn)能加入，折舊費(fèi)用預(yù)計(jì)較2021年增加1成到2成。

在射頻領(lǐng)域還有Tower Semiconductor，不過已經(jīng)被英特爾收購，Tower Semiconductor專門為制造差異化產(chǎn)品提供定制模擬解決方案，提供尖端工藝技術(shù)，包括射頻 (RF)、高性能模擬 (HPA)、集成電源管理、CMOS 圖像傳感器 (CIS)、非成像傳感器 (NIS)和混合信號 CMOS，以及微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS) 功能。

X-Fab是一家專門從事模擬/混合信號應(yīng)用的純晶圓代工廠，主要提供從 1.0 μm到130 nm 的模塊化 CMOS 和 SOI 工藝，以及特殊的MEMS和SiC工藝能力。尤為值得一提的是其SiC代工能力。第一季度X-Fab的SiC收入與去年同期相比幾乎翻了一番，達(dá)到1210萬美元。而且市場對X-Fab SiC技術(shù)的需求進(jìn)一步加速，第一季度訂單達(dá)到2140萬美元，同比增長149%，環(huán)比增長26%。

X-FAB也正在擴(kuò)大所有工廠的產(chǎn)能，第一季度X-Fab資本支出大幅增加至4880萬美元，主要是2021年設(shè)備訂單在2022年第一季度交付。全年資本支出預(yù)計(jì)約為2億美元。

寫在最后

對于成熟制程，有人認(rèn)為明年產(chǎn)能將過剩，有人說前景不被看好，至于最終結(jié)果如何，沒有準(zhǔn)確答案，不如交給市場。但是有一點(diǎn)可以確認(rèn)，隨著晶圓廠一直不斷加碼擴(kuò)產(chǎn)，成熟制程的戰(zhàn)爭將異常激烈。