從5納米到3納米,晶圓代工廠商的工藝糾葛爭霸賽

晶圓代工產業資本競賽愈演愈烈,7納米制程已見高下,臺積電2019年將是首家真正量產7納米EUV製程的廠商,5納米更將只有1-2家廠商有能力持續前進。2020年之初,全球半導體龍頭大廠在先進工藝競爭上的火藥味就已經十分濃重。

晶圓代工市場保持增長

據預測,2019年全球晶圓代工市場約627億美元,佔全球半導體市場約15%。預計 2018-2023年晶圓代工市場複合增速為4.9%。

從5納米到3納米,晶圓代工廠商的工藝糾葛爭霸賽

開創專業分工模式,晶圓代工廠在半導體產業鏈中越來越重要。臺積電開創了晶圓代工+IC 設計的模式。隨著半導體制造規模效應的凸顯,以及技術和資金壁壘的提升, IDM模式下的廠商擴張難度加大,沉沒成本提高。目前垂直分工模式成為了行業的發展趨勢,半導體新進入者大多采用 Fabless 模式,同時有更多的 IDM 公司都將走向 Fabless 或 Fablite 模式。

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在晶圓代工的支持下, IC設計廠迅速崛起。根據相關數據, 2009-2019 年 IC 設計行業的收入複合增速為 8%,IDM行業的收入複合增速為5%。IC設計的繁榮興起與先進製程的資本、技術密度提升,使得以臺積電為代表的晶圓代工廠在半導體產業鏈中扮演越來越重要的角色。

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2020年晶圓代工市場重返增長,0.016micron、 0.032micron 為當前收入佔比最高的節點。2019 年全球晶圓代工收入627億美元,增速為-0.2%。預計 2020年增速回到8%結構上,收入貢獻最大的為0.016micron( 12/14/16納米),達到97億美元;其次為0.032micron( 22/28/32納米),達到86億美元。10納米預計26億美元,7納米預計85億美元。臺積電2019年收入為346億美元,佔比達 55%。

從產能分佈角度而言,2019年全球晶圓代工等效8寸片年產能為7838萬片,其中0.18micro達到1363萬片,其次65納米達到982萬片,45納米達到882萬片,32納米達到80萬片。據悉,臺積電2019年等效8寸片產能超過2700萬片,佔比約34%。2019年,28納米以下製程的營收在前五大廠商在的合計營收中佔比約44%。

全球晶圓代工市場以晶圓廠所在地劃分,全球晶圓代工前三大區域分別為中國臺灣、中國大陸、韓國。臺灣佔比達到 66%左右,並在先進製程導入和新型產業趨勢下引領行業發展。大陸處於追趕角色,比重正在持續提升,從 2017年的 9.0%提升至 2023 年的12.9%。韓國三星持續加大投資,因此韓國的份額也保持略有增長。

2019 年中國大陸晶圓代工市場約 2149 億元,大陸集成電路向“大設計-中製造-中封測”轉型, 大陸的設計、 製造將起航。2018 年中國大陸集成電路產業繼續保持快速增長,規模達到 6531.4 億元,同比增長 20.7%,預計到 2020 年突破 9000 億。中國大陸集成電路產業結構將繼續由“小設計-小製造-大封測”向“大設計-中製造-中封測”轉型,產業鏈逐漸從低端向高端延伸,產業結構更趨於合理。

5納米/6納米將成今年競爭焦點

如果說2019年先進工藝的競爭重點是7納米+EUV光刻工藝,那麼2020年焦點將轉到5納米節點上。

此前三星在先進工藝方面與臺積電的競爭並不順利。2018年三星選擇了跳過LPE低功耗階段,直接進入7納米 EUV的大膽策略,意圖在工藝技術上搶佔先機。但是新工藝的良品率一直不高,使得大膽策略沒有奏效。而臺積電仍採用傳統多次曝光技術,先行佔領市場,取得了幾乎100%的7納米市場。不過三星顯然並沒有放棄對先進工藝市場的開發與爭奪。2020年三星再次將重點轉移到5納米之上,顯然是有意再次向臺積電發起挑戰。若按照三星此前發佈的工藝規劃,5納米工藝在2019年4月份開發完成,下半年實現首次流片,在2020年實現量產。

從5納米到3納米,晶圓代工廠商的工藝糾葛爭霸賽

臺積電對於5納米也同樣重視。5納米工藝2019年上半年導入試產,2020年上半年實現量產。臺積電5納米投資250億美元,月產能5萬片,之後再擴充至7萬-8萬片。根據設備廠商消息,下半年臺積電5納米接單已滿,除蘋果新一代A14應用處理器外,還包括華為海思新款麒麟芯片等。即使是三星已經拿下高通5納米訂單,也不代表臺積電就會失去高通的訂單。事實上,高通一直以來就是把晶圓代工訂單交由臺積電和三星等多家廠商生產的。此外,臺積電還規劃了一個5納米工藝的加強版,有點像7納米節點的N7+。資料顯示,5納米加強版在恆定功率下可提高7%的性能,降低15%的功率。預計該工藝平臺將在2021年量產。

6納米是今年競爭的另一個重點。紫光展銳最新發布的5G芯片虎賁T7520就採用了臺積電的6納米工藝,相較7納米工藝,晶體管密度提升18%,功耗下降8%。根據臺積電中國區業務發展副總經理陳平的介紹,6納米是7納米的延伸和擴展。臺積電於2018年量產7納米工藝,2019年量產7納米+EUV的升級版,在芯片的部分關鍵層生產中導入EUV設備,從而減少光罩的採用,降低成本,提高製造效率。6納米工藝平臺則是7納米工藝的另一個升級版。由於它可以利用7納米的全部IP,此前採用7納米的客戶可以更加便捷地導入,在提高產品性能的同時兼顧了成本。

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