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缺货涨价已成半导体行业主旋律

2021-05-05

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    “目前,我们的芯片产能预订已经排到了今年三季度之后,整年应该都处于供应紧张的状态。”华润微相关人士在接受记者咨询时如此表示。

  华润微是国内做芯片全产业链的一家企业,从设计、晶圆制造到封装测试。目前的产品主要供应消费电子和工业控制。上述人士还告诉记者,目前公司部分产品已经涨价,后续根据市场和工艺的紧张程度,还会继续进行调整。

  根据美国半导体行业协会的数据,2021年2月份全球半导体销售额395.88亿美元,同比增速达14.66%。其中中国市场137.35亿美元,同比增长18.91%。

  这段时间,半导体相关产业频频传出缺货消息。信达证券的电子行业首席分析师方竞在近期的一份研究报告中表示,2020年下半年以来,缺货涨价已成为半导体行业主旋律,缺芯甚至影响到下游终端市场正常运行。其中最严重的是汽车市场,IHS预计二季度汽车减产将达130万辆。

  汽车芯片严重缺货 5g手机芯片需求增长在即

  方竞认为,当前车厂纷纷停产或减产的主要原因是MCU(微控制单元)芯片短缺。汽车电子化发展使得车企对MCU需求大为提升,平均单辆汽车搭载超20个MCU以上。且每款车都依赖多家MCU供应商,如奥迪豪华SUV搭载的38个MCU采购自瑞萨、恩智浦等七家供应商。而且,上游芯片供应商需建立较长时间的认证过程,因此短期内无法由某家供应商切换至另一家供应商。

  目前全球约70%的车用MCU由台积电生产,供应商对台积电依赖度高。“去年四季度疫情缓解时,台积电产能需提前预定,供应难以快速恢复,远远无法满足市场需求,所以出现断崖式缺货的现象。”方竞表示。

  据方竞估计,车载芯片晶圆厂生产平均需2到3月个以上,封装环节需1月左右。而当前整体晶圆代工紧缺,芯片交货期延长至26周以上,部分需求较大的组件更是延长达38周,因此目前芯片到整车生产周期至少需半年以上。

  一季度起,台积电转移部分其他产品的产能,以紧急方式生产汽车芯片。台积电总裁魏哲家在一季报投资者会议上表示,车用芯片吃紧自三季度起可大幅改善。

  然而,方竞表示:“但长期来看,随着汽车电子化率提升,对车用芯片需求显著提升,预计功率器件长期仍将维持紧张状态。”

  在谈到手机行业时,方竞表示,与汽车行业不同的时,手机行业的流动性更快、周转天数更高,故品牌商有备库存的习惯,所以并未出现断崖式缺货的困境。同时,由于海外市场仍以4G为主,而4G中低端芯片主要集中在10nm等相对不是那么紧缺的制程。所以进入2021年,中低端机型的套片供给有了快速改善。当下,虽然手机行业仍受缺货困扰,但相较前期缺货状况已有显著改善。目前依旧缺货的芯片主要有:旗舰机套片,摄像头芯片,电源芯片。

  目前,智能手机已经进入存量时代,但5G手机的推广普及仍在持续。方竞认为,5G手机渗透率提升对半导体市场的需求有较大的促进作用。在半导体各大下游市场中,通讯(手机)占比达35%左右,且预计2024年将超越计算机,成为最大下游市场。

  2020年全球手机出货量12.80亿台,其中5G手机出货约1.99亿台,渗透率约为16%。并且,中国是5G市场的引领者,5G手机渗透率已达50%以上。综合Gartner,IDC,Omdia三家咨询机构数据预测,2024年全球5G渗透率将达70%,庞大的换机需求将推动整体半导体产业链稳定增长。

  5G手机的推广使得对存储和逻辑类芯片需求大为提升。根据SUMCO测算,5G手机对存储和逻辑类芯片需求是原来4G的1.7倍。相比于4G手机而言,5G手机DRAM(动态随机存储器)由1-12GB升级为6-13GB,NAND闪存由8-512GB升级至128-512GB,AP(应用处理器)由4-8核升级为8核,图像处理芯片由1-7个升级为4-7个。同时,5G手机还需额外外挂一颗基带芯片或集成于AP之中。5G手机对上述存储和逻辑类芯片需求的提升,也大大提升了12英寸晶圆的需求量。

  晶圆制造产能不足 设计和封测环节相对稳定

  芯片产业链的三个关键环节分别是集成电路设计、晶圆制造和封装测试。方竞表示,目前全球缺芯困境主要是由于晶圆厂产能的不足,近年来全球晶圆厂产能仅维持小幅增长。

  根据ICInsights数据,2019年全球晶圆产能约为2.31亿片(等效8英寸),2020年约为2.48亿片,同比仅增长7.3%。根据Gartner的数据,2019 年台积电占据全球晶圆代工产能 55.5%市场份额。大陆厂商中芯国际和华虹半导体共计占到全球 6.5%市场份额,大陆晶圆代工自给率仍然较低

  为缓解产能紧缺,大陆晶圆厂纷纷加大投产。华虹半导体逐步推进12英寸扩产,预计2021年年中投片可达3.5-4万片,至年底有望达5.5万片以上。中芯国际也在加大12英寸成熟制程产能。3月17日,中芯国际宣布和深圳政府拟以建议出资的方式经由中芯深圳进行项目发展和营运,该项目重点生产28纳米及以上的集成电路和提供技术服务,旨在实现最终每月约4万片12英寸晶圆的产能,预期将于2022年开始生产。

  记者咨询了做芯片设计的汇顶科技。其内部人员告诉记者,公司只做设计,不涉足晶圆制造环节。因此,虽然该公司的业务也处于饱和状态,但相对稳定,没有涨价的计划。

  另外,为了了解芯片封装测试环节企业的生产状况,记者还咨询了长电科技的相关人员,该公司目前主要做半导体封测相关的业务。该人士告诉记者,目前该公司的订单情况还是比较稳定的,暂时也没有出现排队或者涨价的情况。不过,和其它半导体企业一样,长电科技的产能也比较饱满,今年也有投资扩产的计划。

  5纳米抢手 8英寸紧缺

  方竞表示,目前晶圆制造仅有12英寸14nm-28nm制程略微缓解,其余的如5-7nm先进制程、40nm-65nm成熟制程,以及8英寸产能都有紧缺。“与上一轮2017-2018年全球8英寸晶圆产能紧缺不同,本轮缺货呈全线产能紧缺的态势。”

  英寸描述了晶圆的直径,纳米(nm)指的是晶体管之间的距离。晶圆直径越大、晶体管之间的距离越小,单片晶圆上集成的晶粒(芯片)数越多,这样集成度就越高,技术要求也越复杂。

  随着技术的发展,晶圆持续大尺寸化,从2英寸直径晶圆(50mm),到4英寸(100mm)、5英寸(125mm)、6英寸(150mm)、8英寸(200mm),再到12英寸晶圆开始成熟应用。目前,12英寸晶圆厂逐渐成为主流,2020年全球总产能占比69%,而8英寸及6英寸占比分别为25%及6%。

  方竞分别总结了晶圆制造环节不同制程的缺货现状。首先,5-7nm先进制程产能长期保持着供不应求的态势,高性能运算的需求驱使工艺制程不断微缩。然而,由于技术难度大和研发成本高,先进制程为少数晶圆厂垄断,目前仅有台积电、三星两家在7nm及以下工艺方面竞争。

  由于产能稀缺,一直以来先进制程代工是卖方市场,产能长期满负荷运转。一有先进制程的新产能便被苹果、高通、AMD、英伟达等客户瓜分。另外,PC、服务器、高端GPU、矿机ASIC芯片等也是7nm及以下产能长期供不应求的关键原因。

  “目前高通旗舰机处理器骁龙888选用三星代工,这部分也是因为台积电5nm芯片产能有限。”方竞表示。

  10nm-20nm产能紧缺目前已经有所缓解。14nm主要用于生产4G手机处理器、中低端显卡、服务器芯片、机顶盒芯片、安防芯片、物联网系统芯片等。据ICinsights数据,10-20nm产能占比达到38.4%,为各制程产能中最大占比。未来伴随着5G渗透率提升,4G手机需求亦将下行,该制程段的产能紧缺将进一步缓解。

  40-65nm工艺则长期维持供需紧平衡。下游包括CIS(图像传感)芯片、WiFi蓝牙芯片、闪存储器、MCU等。无论是CIS芯片面积持续增大,还是物联网需求爆发带动WiFi蓝牙销量增长,都是这类芯片需求的驱动力。

  据方竞分析,8英寸晶圆下游主要以汽车、工业、智能手机、物联网等为主。从占比来看,汽车占比为33%,工业占比为27%,智能手机19%,其它则为白色家电、PC、平板等。

  根据ICInsights统计,全球8英寸产能排名前十的公司主要有台积电、联电等晶圆厂及意法半导体、英飞凌等公司。从晶圆厂产能利用率来看,目前各大主流晶圆厂产能利用率持续位于高位,如2020年4季度华虹8英寸产能利用率达104.4%,联电整体产能利用率也在99%。

  方竞分析,长期以来8英寸晶圆厂扩产动力不足。一方面,由于12英寸晶圆相比8英寸晶圆面积更大,在材料和工艺成本适度增加的情况下可切割芯片数量越多,芯片成本可下降40%以上。另一方面,12英寸晶圆厂投资效率更高。

  近十几年以,越来越多的厂商使用20nm以下先进制程技术生产IC器件,而大部分8英寸以下晶圆厂产线过于老旧,许多8英寸及以下晶圆厂关闭或升级为12英寸厂。

  由于晶圆厂逐渐向12英寸升级,也使得设备供应商不再供应8英寸新设备。新建或扩产8英寸晶圆厂,只能通过购买二手设备的方式扩充产能。而二手设备供应商SurplusGlobal表示,行业需要2000-3000台新的或翻新8英寸设备来满足8英寸晶圆厂的需求,但可用8英寸设备不到500台。

  据ICInsights数据,2009年以来关闭或改建晶圆厂数量高达100家,其中8英寸25家,但更多的则是6英寸及4英寸等晶圆厂,数量高达64家。“6寸晶圆产线的关停,使得需求向8寸晶圆转移,进一步增加8寸晶圆产能压力。”方竞表示。 

责任编辑:王聪
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