2022年上半年的半导体行业有许多值得注意的主题或关键词。从这些主题中,我们梳理出五个重要的内容,其将围绕半导体市场环境、晶圆厂的状况、半导体产能和制造工艺来进行阐述。

1、Fab厂建设创历史新高

半导体制造业的变化,离不开市场需求、晶圆厂资产状况、半导体产能及产品设计尺寸。根据近期ICInsight、SEMI分析机构数据显示,今年的全球半导体总销售额可能达到创纪录的6807亿美元,并预计至2030年,这一数字有望突破万亿美元关口。

受半导体强大增长动能驱动,晶圆代工扩产充能。SEMI数据显示,2021年至2023年的Fab建设投资达到历史新高,仅2022年支出就增长14%,达到近260亿美元。28家新的量产晶圆厂将于今年(2022年)开始建设,其中包括23家300毫米晶圆厂和5家专用于200毫米及以下的晶圆厂。

表1:全球半导体晶圆代工Foundry工厂数量。(数据来源/SEMI)

图1数据显示,全球运营中的晶圆厂主要分布:美国有70家,中国有66家,欧洲和中东有61家,日本有63家,韩国27家,东南亚地区21家,中国台湾65家。由于台积电、英特尔、三星和Globalfoundries之间的军备竞赛,这个数字在未来几年还会增加。

2、汽车缺IC何时解？

自2020年下半年以来,半导体短缺问题变得十分严重,至今仍未完全解决。到2022年,芯片短缺仍然很复杂。用于生产汽车和医疗设备的芯片还是比较稀缺。最大的汽车半导体供应商之一英飞凌表示,其核心产品的短缺问题将在2023年才能结束。

英飞凌新上任的首席运营官Rutger Wijburg就曾表示,为了应对工业细分市场半导体的短缺,其已经计划将加速扩大产能,并现在只接受交货时间长的订单。就目前而言,12个月的交货时间都很正常,18个月或更长时间也不罕见。

另据台媒最新报道,用于服务器的电源管理IC的供应仍然紧张。受今年晚些时候新处理器的推出推动,部分电源管理IC供应商都在为预计的服务器需求激增做好准备。业内人士指出,服务器需求没有放缓的迹象。PMIC是除MCU之外最紧缺的芯片品类之一,有关数据显示,国际半导体厂商的交期已经高达20-24周,个别厂商交期已高达40-52周。

3、三星Intel结盟PK台积电

全球半导体企业营收排名第一的英特尔和排名第二的三星要合作了,其他半导体厂商会怎么看或怎么应对该联盟呢?据5月30日韩联社消息称,三星计划与英特尔在下一代存储IC、逻辑IC、晶圆代工以及消费电子应用等领域进行深度合作。

其中涉及的晶圆代工合作就比较有深意。在该领域,尽管三星代工作为一个完全独立的业务部门仅处于第六个年头,但就所服务的客户而言,它们并不落后于TSMC。尽管专家可能仍然认为三星的产量低于其台湾竞争对手,但这家韩国企业集团正在不断投资和改善其生产线,明确的目标是到2030年超越TSMC。

毫无疑问,TSMC也一直在与三星电子激烈竞争5纳米及以下产品,英特尔也参与了这场战斗。TrendForce的数据显示,TSMC以去年第四季度确立的52.1%的市场份额(基于销售额)排名第一,三星电子以18.3%的份额紧随其后,位居第二。

4、3D NAND竞争白热化

当前,各大厂商在NAND层数堆叠上的竞争日趋白热化。美光、SK海力士、三星等头部厂商都已突破176层3D NAND技术,进入200层以上的堆叠层数比拼。根据TrendForce集邦咨询数据,随着110+层闪存芯片的推出,2023年市场总产出的72.5%会被110+层3D NAND闪存占据。

1)三星正在加快200层以上NAND闪存的量产步伐,韩国媒体《Business Korea》曾报道,三星将在今年底明年初推出200层以上的NAND产品,并计划在2023年上半年开始量产。

2)美光科技(Micron Technology)将于今年晚些时候开始推出下一代3D NAND产品,这是一种232层的工艺,芯片上的密度高达1tb。Micron负责技术和产品的执行副总裁Scott DeBoer透露了未来十年3D NAND的路线图,该路线图显示将超过400层。

3)西部数据在近期公布的闪存技术路线图显示,其计划与合作伙伴铠侠于2022年底前开始量产162层NAND产品。西数还透露,2032年之前将陆续推出300层以上、400层以上与500层以上闪存技术。

4)SK海力士最新的3D NAND层数是176层,但其前CEO李锡熙在去年的IEEE国际可靠性物理研讨会(IRPS)上展望SK海力士产品的未来计划时曾预测,未来有可能实现600层以上的NAND产品。

5、3nm芯片即将上市

截至2022年3月,量产最先进的制造工艺是5nm。据最新报道,三星将会在近几周内启动全球首款基于3纳米工艺的大规模生产。TSMC也表示,其3纳米FinFET架构将在今年下半年进入大规模生产。在销售额方面,韩国三星代工一直落后于全球最大的半导体芯片代工制造商台积电。笔者认为,三星是想在征服3nm工艺技术方面超过TSMC。

通常,工艺节点数量越少,晶体管数量越多。这一点很重要,因为晶体管数量越多,芯片就越强大,越节能。目前,业界主流工艺技术是5nm,用于三星Galaxy S22和苹果iPhone13之类的产品。

因此,随着晶体管尺寸不断缩小,预计三星将在未来几周成为首家推出3nm芯片的代工厂。除了转向下一个工艺节点,三星还将使用其最新的晶体管设计,称为GAA,而预计将于2022年下半年开始量产3nm的TSMC仍将使用旧的FinFET设计。与FinFET相比,GAA工艺使得芯片功耗降低近一半,同时性能提高多达35%,性能提升多达30%。