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晶圓產能將持續緊缺至2022年后，客戶已出現恐慌！問題根源在哪？
2022-03-10
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今年下半年以來晶圓代工產能奇缺，代工費用也是持續上漲，并且已向下傳導到了封測端，使得封測產能也被擠爆，封測價格也是出現了一波上漲，而下游的很多芯片也都出現了缺貨及價格上漲的情況。有分析稱，晶圓代工產能緊缺問題將持續至明年年中。而昨日臺灣晶圓代工大廠力積電董事長黃崇仁在接受采訪時則表示，全球晶圓代工產能不足將持續到2022年之后，目前已經有客戶出現了恐慌的情緒。
晶圓產能緊缺將持續至2022年？
11月30日，臺灣晶圓代工大廠力積電召開法人說明會，力積電董事長黃崇仁對外表示，由于需求成長率大于產能成長率，且包括5G及AI等應用帶動更多需求，使得晶圓代工市場出現了產能緊缺，而新建晶圓廠成本高昂，并且從興建到量產至少需要三年，因此新建產能的“遠水”難救“近火”。目前產能吃緊已經到了客戶會恐慌的情況。黃崇仁對認為，全球晶圓代工產能不足會持續到2022年之后。
黃崇仁表示，今年晶圓代工產能不足，除了需求端爆發之外，另一大原因在于產能增加十分有限。
黃崇仁援引相關數據稱，近幾年來除了臺積電、三星等積極擴充先進制程產能外，其它晶圓代工廠的成熟制程的產能增加很少，過去五年產能成長率不到5％ 。但是2020-2021年的全球晶圓產能需求成長率卻達了30～35％，2022年之后，隨著5G及AI相關的大量應用的增長又會帶動龐大需求。
但是在供應方面，目前半導體產業如果要興建新的晶圓廠，一定會優先投資制程更為先進的晶圓廠，而對于像40nm或28nm等成熟制程的晶圓廠的投資則很少。并且，新建晶圓廠的成本高昂，從建廠到量產需要三年左右的時間，而近期在成熟制程上，很少有新的投資建廠計劃。
目前力積電擁有2座8英寸及3座12英寸晶圓廠，產能利用率已達100%。黃崇仁表示，雖然力積電12英寸晶圓產能有10萬片，但是現在連兩三百片的產能也擠不出，產能已緊缺到不可思議，客戶對于產能的需求甚至已經達到了恐慌的程度。
黃崇仁的話并非危言聳聽。早在今年10月中旬，芯謀研究的顧文軍就在微博上發文表示，“一個（芯片）設計公司的老總為了拿到產能近日給代工廠的高管下跪！”
為了解決產能不足的問題，力積電已計劃在明年3月建全新的基于成熟制程的12英寸晶圓廠。不過，黃崇仁也表示，從建廠到量產需要三年左右的時間。總體來看，新產能“遠水”救不了“近火”，產能會一路缺到2022年之后。
8吋產能爆滿，擴產受限，“漲”聲不斷
自2019下半年以來，8英寸晶圓產能就已經很緊張，疊加今年新冠疫情的影響，以及傳統旺季的來臨，今年下半年CMOS圖像傳感芯片、指紋識別芯片、電源管理芯片、顯示驅動IC、射頻芯片、MEMS傳感器、MOSFET、部分特殊存儲芯片、部分MCU芯片等主要依賴于8吋晶圓的芯片需求爆發，進一步加重了8英寸晶圓的產能的緊缺問題。
根據資料顯示，世界先進、華虹宏力在2020Q3的8英寸晶圓廠產能利用率均超過 100%，聯電，中芯國際的8英寸晶圓廠產能利用率也處在 95%的高位附近。工廠已經超負荷運轉，供貨期也相應延長，以功率器件IGBT 為例，當前的供貨期遠高于 IGBT 正常 7-8 周的供貨期。英飛凌、安森美、Microsemi等 IGBT 供應商 2020Q1 的供貨期已達 13-30 周。
另外，隨著近年來6英寸晶圓廠的陸續大量關閉，使得近年來原本依賴于6英寸晶圓的器件，如分立器件、功率器件、MEMS、模擬芯片等產品需求切換至8英寸晶圓，這也持續的加重了8英寸產能的負擔。有數據顯示，在2010~2016年間，約超過20座6英寸晶圓廠關閉。
目前模擬芯片和功率器件適配8英寸晶圓主要有兩大優勢：1）8英寸晶圓已具備了成熟的特種工藝，上述芯片對特種工藝的要求較高。2）8英寸晶圓相對于12英寸晶圓線具有成本優勢，剩余折舊額較低等。這也使得越來越多的“釘子戶”集聚在8英寸晶圓產能上。
同樣對于聚焦于成熟制程的晶圓廠來說，現有的8英寸晶圓廠大多都已經完成折舊，在市場產能緊缺及漲價效應下，更具經濟效益。但是如果貿然新建新的8英寸晶圓廠，不僅需要大幅增加資金投入，而且即使現在建也要兩三年后才能量產，屆時市場需求是否還有現在這么旺盛？這將是一個大問題。如果量產后，市場需求不足，產能利用率低下，再加上高額的折舊費用，那真是血虧了。畢竟12英寸晶圓廠已經是大勢所趨。所以，8英寸晶圓廠的數量近年來一直是沒有怎么增加，而是維持在一個平衡。
根據SEMI（國際半導體產業協會）預計，2019年至2022年，全球8英寸晶圓產量將增加70萬片，增加幅度為14%，年均增速約為4.5%；其中，MEMS傳感器相關產能約增加25%，功率器件產能約增加23%，年均增速約為6%。未來幾年將推升全球8寸晶圓廠產能至每月接近650萬片。
另外需要指出的是，現存的8英寸晶圓當中有一些還把持在IDM廠商手中，并且部分轉向12英寸晶圓廠的IDM廠商還會將一些依賴于8英寸晶圓的產品外包出去，這些也會進一步擠壓8英寸晶圓代工市場。
總體來看，8英寸晶圓的供給增速落后于市場需求增速，在很多細分領域差距更為明顯。
而從供給端來看，雖然在2008年以前，8英寸晶圓廠還是主流，但隨著更具利用效率的12英寸晶圓廠的每年新建數量的增加（12英寸晶圓的可利用面積達到了8英寸晶圓的兩倍），12英寸晶圓廠已經成為當前主流。與此同時，不少的8英寸晶圓廠也開始關閉，轉向12英寸晶圓廠。資料顯示，1999年到2018年間，全球總共關閉了76家8英寸晶圓廠。
由于12英寸晶圓廠已經成為當前主流，這也使得上游的半導體設備廠近年來也開始將產品線轉向12英寸產線，很多8英寸產線所需的半導體設備已經停產，二手設備昂貴又流通量少，導致8英寸晶圓新產能增長有限。
去年國產半導體設備龍頭北方華創副總裁、首席科學家劉韶華在“2019中國（珠海）集成電路產業高峰論壇”上就曾表示，由于車用半導體、物聯網MCU、PMIC、CIS、分立器件、MEMS、指紋識別芯片等對于8英寸廠投片需求的持續增長，以及部分MOSFET由6英寸廠轉向8英寸廠，致使目前8英寸晶圓代工廠的產能爆滿，大廠的產能利用率持續維持在90%以上。雖然當時（2019年12月）國內不少8英寸產線正在擴產，在建的產線有6條，但是未來較長一段時間內產能很難增加，關鍵瓶頸在于核心設備的緊缺。
劉韶華當時曾表示，上游的設備大廠現在更多的關注于12英寸設備，對于8英寸設備的供應量已經減少，與此同時，市場上流通的二手8英寸設備也比較有限。根據Surplus Global統計，近年來全球8英寸二手設備供應量逐年萎縮，2018、2019年供應已不足500臺。而新建一個月產能9萬片的8英寸成熟制程工廠，大約需要800臺各類設備。顯然，上游的8英寸設備供應目前是極其緊缺的，這也推動了二手8英寸設備的價格持續上漲。
正是由于上游8英寸設備供應的緊缺，也直接導致了目前8英寸的產能很難在短時間進行擴大。即便是現在新建8英寸晶圓廠也需要2-3年才能實現達產，這也意味著目前8英寸產能爆滿的狀況，難以在短時間內得到緩解。
在此背景之下，今年下半8英寸晶圓代工市場產能持續爆滿，供不應求，價格也是水漲船高。此前就有產業鏈人士透露，在今年8月份，包括臺積電、聯華電子在內的芯片代工商將8英寸晶圓代工報價提高了10%-20%。近日，又有消息稱，今年四季度包括聯華電子、格芯和世界先進在內的純代工企業將8英寸晶圓代工報價提高了約10%-15%。另有預測稱，2021年，8英寸晶圓代工報價可能最多還將上漲40%。
12吋產能同樣緊缺
受新冠疫情影響，由于上半年廠商對于市場的預判、產品的規劃及備貨都偏保守，而隨著下半年國內疫情的控制，以及在5G及AI推動下的以智能手機、PC、平板電腦等為代表的消費電子、服務器、汽車電子需求快速反彈，也推動了中高端芯片對于12英寸晶圓投片量的大幅增長。
比如臺積電的7nm及5nm產能就一直很緊張，即使9月15日斷供華為之后，臺積電三季度也創下了新記錄達到約121.4億美元，而對于四季度營收預計，即使華為貢獻的營收為0，其營收也將會在124-127億美元之間，依然會保持增長。而這也主要得益于AMD CPU/GPU、蘋果A14/M1等芯片的需求。
另外，主要基于成熟制程的聯電的12英寸晶圓代工廠，下半年來得益于聯電80/90nm制程的TDDI芯片投片量增加，以及三星、聯發科、瑞昱等大客戶訂單的增加，產能也是持續滿載。
據此前臺灣媒體的報道顯示，聯發科因應物聯網應用需求增長，緊急增加聯電22納米下單量；瑞昱主動式降噪無線藍牙耳機IC、擴充底座控制IC訂單也涌入聯電；三星的ISP影像處理器也從9月開始追加聯電12寸廠投片量，估計總量將達1萬片，而且三星28納米OLED驅動芯片需求增加，都推動了聯電12英寸晶圓代工廠產能的緊張。
根據富邦投顧最新的研報資料也顯示，由于目前半導體增長主要來自 HPC/AI/5G/ADAS 等需要先進制程支援的應用領域需求的快速增長，這也使得高階晶圓的投片量大幅增加，推動12英寸晶圓代工產能需求在2020年下半年出現供應吃緊的情況，并預計2021-2022年供應吃緊情況仍不易緩解。
另外，前面提到，相對于12英寸晶圓來說，目前8英寸晶圓已具備了成熟的特種工藝，并且成本優勢明顯。而對于現有的8英寸晶圓代工廠商來說，轉向12英寸晶圓廠，不僅整體投入成本高，量產后，折舊成本也很高，并且基于8英寸晶圓產能的相關芯片產品的售價也偏低，因此不論是擴產還是新建8英寸晶圓廠都沒有太大的成本效益。而且更為關鍵的是，其眾多的客戶仍然還是停留在8英晶圓產能上。
特別是對于像PMIC（電源管理芯片）、LDDI（大尺寸顯示驅動芯片）等產品來說，在8英寸晶圓廠生產是最具成本效益的，并且此類產品也沒有往12英寸晶圓廠及先進工藝轉進的必要性。
不過，隨著8英寸晶圓代工產能的持續緊缺，以及代工費用的持續上漲，也確實迫使部分客戶不得不開始對于一些適合轉向12英寸晶圓代工廠生產的相關產品（比如OLED驅動芯片、CMOS圖像傳感器等）進行更改設計，逐步轉向12英寸晶圓代工廠生產。
這也進一步加重了12英寸晶圓代工市場產能緊張的問題。
雖然根據IC Insights統計和預測，2020年全球將有10座新的12英寸晶圓廠進入量產階段，全球晶圓產能將新增相當于1790萬片8英寸晶圓，2021年新增產能將創歷史新高，達到約相當于2080萬片8英寸晶圓。但是這其中相當大一部分都屬于是三星、SK海力士、長江存儲等存儲廠商用于生產自家存儲芯片的產能，只有華虹無錫的12英寸晶圓廠是基于成熟制程的12英寸晶圓代工廠。
資料顯示，無錫12英寸晶圓廠目前已經有包括90納米嵌入式閃存、65納米邏輯與射頻工藝平臺、分立器件三個平臺進入量產階段，預計在2020年底月產量有望達到2萬片。預計2021年該廠產能有望擴張到4萬片/月，產能有望在2021年四季度達到接近滿產。
正如前面力積電董事長黃崇仁所指出的那樣，目前新建12英寸晶圓廠大都是追求先進制程，而基于成熟制程的12英寸晶圓代工廠可謂是少之又少。而這也在一定程度上限制了現有的基于8英寸晶圓的成熟制程產品向12英寸晶圓轉移。
小結：
綜合來看，目前晶圓代工市場市場的產能緊缺及漲價的情況，短期內是難以解決的，并且產能緊缺的問題可能確實會一直持續至2022年之后。這主要是由于此前的一些新建產能可能要在未來兩年才能得到釋放，而今明兩年新建的產能也要等到2022年之后才能量產。另外一些客戶的產品由8吋轉向12吋也需要時間。
對于芯片設計廠商來說，能否搶到足夠的產能，也就成為了未來兩年能否在市場競爭當中脫穎而出的關鍵。簡單來說，對于有實力的芯片設計大廠，這或許將是一次機會，但是對于實力較弱的中小型芯片設計廠商來說，這可能將是一場災難。
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