解讀晶圓代工廠2018年的挑戰，各大巨頭都在預謀啥？

預計2018年晶圓代工業務將實現穩定增長，但增長背後存在若干挑戰。

在全球晶圓代工巨頭方面，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，因為這家晶片巨頭從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晶片製造商是否會在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。

儘管如此，這個行業也沒有想像的那麼悲觀，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慧、汽車和傳感器，」分析師說：「儘管智慧型手機銷量的增長速度已經放緩，但智慧型手機的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，快閃記憶體和邏輯的強勁需求。

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(電晶體密度每18個月翻一番)處於不斷變化中。

根據這個定律，晶片製造商每18個月就會推出一項新工藝，表面上是為了降低電晶體的成本。

目前來看，摩爾定律仍然是可行的，不過它正在經歷新的發展。

每經歷一個新的節點，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晶片的晶片設計成本約為8000萬美元，28nm晶片的晶片設計成本為3000萬美元。

相比之下，設計一個7nm晶片則要花費2.71億美元。

和以往一樣，手機仍是晶片業的最大市場。

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，個人電腦相關晶片是第二大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系統(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。

但是只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面對的挑戰：

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併購活動。

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。

對晶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，一些晶片製造商花費比預期更長的時間從平面節點遷移到16nm/14nm。

在16nm/14nm工藝中，許多供應商轉向下一代稱為FinFET的電晶體類型。

在FinFET中，對電流的控制是通過在鰭的三側面上的柵極來實現的。

圖3：FinFET與平面。

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在最近的一次採訪中表示：「英特爾10nmFinFET工藝看起來像是被推遲到了18年上半年。

「這可能是遭遇了一系列的問題。

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將面臨類似的問題。

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。

那麼隨著時間的推移，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。

台積電錶示，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，「台積電聯席執行長兼總裁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晶片，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，晶片開發成本低於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則採用了新的低功耗22nmFinFET技術。

從此以後，客戶必須權衡各種選項。

「這取決於你在什麼空間，」GlobalFoundries的Patton說：「如果你專注於高性能，並且正在嘗試製造大型晶片，那麼你會選擇FinFET。

如果你期望晶片體積小，而且成本和功耗達到了平衡，那麼你就可以沿著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。

儘管如此，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。

」

那麼，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。

」