8寸晶圓代工持續漲價缺貨，背後的產業運行邏輯到底是什麼？

前言：

2017年底開始MOSFET、IGBT、整流管、數字/通用電晶體等產品整體交貨期均有延長趨勢，與16年缺貨的存儲晶片、上游矽片不同，17年底缺貨品類有一個共性，即主要由8寸及以下晶圓製造廠生產。

因此我們深入探究8寸晶圓代工漲價背後的產業運行邏輯並對行業發展前景進行研判。

▌發展歷程

成本優勢+特種工藝，8寸晶圓廠競爭優勢顯著

摩爾定律驅動下，矽片尺寸從6寸—8寸—12寸的路徑變化矽單晶圓片越大，同一圓片上生產的集成電路就越多，這樣既可降低成本，又能提高成品率，但材料技術和生產技術要求會更高。

在摩爾定律的推動下，集成電路的集成度不斷增加，即一個矽片上所集成的元器件的數目增多。

而集成度提高的三個主要技術因素是:器件尺寸縮小、晶片面積增加及晶片集成效率提高。

一方面，矽片邊緣部分由於不平整和存在大量缺陷，因此在矽片上製造器件時，實際可利用的是大圓片中間的部分，當單個器件晶片面積增大的時候，矽片上成品率下降，所以要增大矽片面積。

另一方面，晶圓越大，同一圓片上可生產同規格的IC就越多，可有效降低IC成本，利潤空間也就越大。

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目前以8英寸和12英寸的矽片生產為主。

其中8英寸矽片主要應用於特色技術或差異化技術，產品包括各種電源晶片、攝影/指紋識別等傳感器、智能硬體中的MCU與無線通信晶片、智慧卡等，涵蓋消費類電子、通信、計算、工業、汽車等領域。

而12英寸矽片主要用於製造CPU、邏輯IC、存儲器等高性能晶片，多用於PC、平板、手機等領域。

隨著時間的推移，矽片的尺寸不斷增長。

▌8寸晶圓產線擁有四大核心競爭力

相比於12寸晶圓產線而言，8寸晶圓製造廠:

1)擁有特種晶圓工藝;

2)完全或大部分折舊的固定資產的固定成本較低;

3)光罩及設計服務的相應成本較低;

4)達到成本效益生產量要求較低，等方面的優勢，因此8寸晶圓和12寸晶圓能夠實現優勢互補、長期共存。

晶圓代工大尺寸趨勢下，8寸廠是中堅力量。

1990年IBM聯合西門子建立第一個8寸晶圓廠之後，8寸晶圓廠迅速增加，1995年即達到70座，在2007年達到頂峰——200座。

隨後8寸晶圓廠數目逐漸減少，從2008年到2016年，37座8寸晶圓廠關閉，同時有15座晶圓廠從8寸切換至12寸，到2016年全球8寸晶圓廠減少至180座左右。

從SEMI的數據可以看出，全球8寸晶圓廠產能以極低速度增長，2015~2017年僅增長約7%。

部分6寸產線關閉使得產品轉單至8寸產線。

從晶圓廠數目來看，2010~2016年約有25座6寸晶圓廠關閉，相應6寸晶圓產能減少約453kwpm(wpm:片每月waferspermonth)(換算為8寸)，而6寸線產能減少之後，原產線的產品(如分立器件、功率器件、MEMS、模擬晶片)將會切換至8寸晶圓產線。

根據SEMI和ICinsight的數據，2017年全球晶圓產能為17.9M/wpm(百萬8寸片/月，下同)，其中8寸片產能約為5.2M/wpm，前十大8寸晶圓廠產能占8寸晶圓總產能的54%。

▌當前狀況:多因素驅動，8寸晶圓廠供需趨緊

供給端: 核心設備的緊缺是8寸晶圓產能擴張的瓶頸。

多數8寸晶圓廠建廠時間較早，運行時間長達十年以上，8寸晶圓廠的部分設備太老舊或者難以修復，同時由於當前12寸晶圓廠資本支出規模巨大，部分廠商停止了8寸晶圓的生產銷售。

8寸晶圓產線設備主要來自二手市場，多來自從8寸向12寸升級的內存廠商，如三星和海力士，目前舊設備市場資源逐漸枯竭，因此2014年後8寸晶圓設備較為緊缺，其中蝕刻機、光刻機、測量設備最難獲得。

需求端: 新應用訂單拉動8寸晶圓廠需求

8寸晶圓產能的主要需求來自模擬晶片、分立器件、MEMS和部分邏輯晶片。

隨著大量12寸先進晶圓產能的逐漸投產，部分微處理器、基帶、DRAM及NAND的生產從8寸晶圓產線切換到了12寸晶圓產線，2006年33%的8寸晶圓產能應用於memory，而到2016年memory的產能需求占比3%，預計2018年將進一步降低至2%。

當前8寸晶圓產能中約47%為Foundary，其餘產能的需求主要來自模擬晶片、分立器件、邏輯晶片和MEMS，其中模擬晶片、分立器件和邏輯晶片(主要為MCU、指紋識別晶片、CMOS等)、MEMS等的產能需求占比已提升至50%。

下游:

汽車電子及物聯網中應用的晶片，包括先進輔助駕駛系統及感測器、車用電流控制IC、物聯網MCU等在8寸晶圓廠中大量投產，使得2016年下半年開始8寸晶圓廠的投片量快速提升。

上游:

供應商競爭格局來看，目前應用於汽車領域的半導體主要由恩智浦、英飛凌、瑞薩半導體、意法半導體、德州儀器和博世等廠商供應，合計占比超過55%。

而值得注意的是，這幾家廠商供應的半導體主要為non-memory，memory主要由鎂光、海力士、cypress等傳統存儲器巨頭供應。

memory在汽車半導體中也有較高的占比，因此汽車半導體市場主要集中於恩智浦、英飛凌、瑞薩半導體、意法半導體、德州儀器等傳統IDM廠。

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恩智浦、英飛凌、意法半導體等傳統專注於汽車電子的IDM廠主要為技術節點40nm以上的8寸和6寸晶圓產能，生產的模擬晶片、功率器件、傳感器更注重工藝技術的獨特性，無持續更新至先進技術節點的需求。

同時在2008年全球金融危機和12寸晶圓廠成為主流的背景下，各個IDM廠並未進行8寸晶圓的擴產，而隨著汽車半導體的需求逐漸旺盛，產能利用率進一步提高之後IDM廠外包部分產品到8寸foudary廠，最終出現了全球8寸晶圓廠(IDM和foundary)產能利用率上升乃至產能供不應求的結果。

供需共振，8寸晶圓廠產能趨緊供給方面，2007年以後全球8寸晶圓產能逐漸下降，在2011年以後保持穩定水平並小幅上升，8寸晶圓產能的主力—IDM廠並未進行大規模擴產。

需求方面，1)部分6寸晶圓產線關閉後產品轉單，8寸晶圓產能需求增加，2)汽車、工業領域對半導體的需求逐步增長，應用於汽車、工業領域的半導體多為8寸廠產品，IDM產能不足之後轉單部分產品至foundary廠，整體產能利用率提升。

從2017年報披露數據來看，目前UMC8寸晶圓產能約占總產能的一半，2016年平均產能利用率為88.6%，而在2017年攀升至94.4%。

華虹半導體是全球具有領先地位的8寸純晶圓代工廠，雖然自2016年下半年公司持續擴產產能，但產能利用率仍持續保持高位，其他8寸晶圓廠產能利用率亦保持高位。

根據產業鏈調研信息，2018年年初華虹半導體、台積電等8寸晶圓廠產能仍處於供不應求狀態。

▌展望未來:8寸晶圓產能緊張趨勢下對國內產業鏈的影響

8寸晶圓產能供需前景的判斷:產能吃緊或將持續至2019年我們認為，影響8寸晶圓產能供需關係的主要因素有:

1)8寸晶圓產能與需求;

2)6寸及以下晶圓產線和12寸晶圓產能供需變化對8寸晶圓產能供需的影響;3)8寸矽片的緊缺或許限制實際產能的完全釋放。

需求方面:

根據SUMCO在2018Q1業績說明會上的指引，2018Q1全球8寸晶圓需求約為5.5M/wpe，我們認為這是SUMCO通過下游晶圓廠所觀察到的需求，由於當前8寸晶圓產能緊缺，下游最終端的需求並未完全反映在該數字中，實際全球對8寸晶圓產能的需求高於5.5M/wpe。

供給方面:

根據SEMI的報告，2015~2020年全球將有27個新的8寸晶圓廠投入運營，預計到2020年全球8寸晶圓產能才能達到5.5M/wpe，而事實上晶圓廠產能並非能持續達到100%，如果考慮實際產能利用率，到2020年8寸晶圓產能的供給仍較為緊張。

而2016年以後6寸晶圓產能相對穩定並呈小幅下降趨勢，預計2019年產能小幅下降57kwpe，折算為8寸片為32kwpe，因此6寸晶圓產能的減小使得對8寸晶圓產能需求小幅度上升。

其中2015~2020年約一半的8寸晶圓產能增加來在中國大陸。

根據2017年7月SEMI公布的數據，當前大陸已量產的8寸晶圓產能約為0.7M/wpe，預計到2021年底將達到0.9M/wpe。

2016~2021年中國大陸將增加8座晶圓廠，其中2座foundary、2座用來生產模擬晶片、2座用來生產MEMS、一座用來生產功率半導體、一座用來生產數字晶片。

設計環節兩級分化:需求為王

製造環節占晶片成本比重高，隨著晶圓代工廠產能緊缺，價格逐季上調，下游設計廠商成本承壓。

我們認為受益於物聯網、車用電子等需求興起，電源管理與MCU、MOSFET用量逐步攀升，下游設計業者大機率提升產品價格在緩解成本壓力的同時提高自身產品盈利水平。

同時具備穩定產能供給的設計廠商有望迎來量價齊升好光景。

設備環節:8寸成熟設備迎生機

一是海外半導體設備巨頭聚焦於12寸設備領域，部分廠商停止了8寸晶圓的生產銷售。

然而目前仍有新增8寸晶圓廠投資計劃，相關設備需求旺盛。

二是與12寸先進位程晶圓製造設備相比，8寸設備技術較為成熟，工藝難度較低，國內設備廠商已實現技術積累。

材料環節:8寸矽片供需不平衡或加速矽片國產化進程

8寸矽片供需不平衡或加速矽片國產化進程:8寸矽片短缺、價格上漲的態勢將會延續，目前國內的Gritek(有研新材)、JRH(金瑞泓)、AST(超矽)等紛紛積極擴產，8寸矽片供需不平衡或加速矽片國產化進程。

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