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半导体竞争拉开序幕,代工制造成主导方向

2020-08-15
来源: RUNTO洛图科技

半导体产业的竞争正在发生变化,趋势正在从整合元件制造(IDM,Integrated Device Manufacture)、半导体设计(Fabless)转移到委托代工(Foundry)。

芯片代工大厂业绩齐创新高科技产业调查机构洛图科技(RUNTO)数据显示,台积电(TSMC)在全球芯片代工市场占据超过50%的市场份额,尤其在高端芯片代工领域,几乎垄断了整个市场。三星电子排在其后,而中国大陆芯片制造商中芯国际(SMIC)的市场占有率则不到5%。

台积电(TSMC)7月份销售额达1059亿台币,同比去年上升25%。这还是克服了因“COVID-19”疫情而导致的手机市场萎靡不振、美国制裁导致华为数量减少等因素最终的结果。TSMC 2020年1-7月的月平均销售额为1039亿台币,远超过2019年的892亿台币,今年有望再创新高。

三星电子芯片代工事业也取得了良好业绩。第二季度业绩发布会数据显示,尽管COVID-19带来的不确定性和手机需求萎缩,但仍然实现了季度及半年最高销售额。

中国最大的芯片制造商中芯国际(SMIC)第二季度销售额达9.3850亿美元,同比去年上升18.7%,为季度最高值。

以上均得益于高附加值产品的增加和尖端工艺的开发。随着5G、人工智能、高性能计算(HPC)等领域的发展,高端生产技术成为刚需,但能够应对的企业只有少数。

存在技术工艺差距的同时,建厂扩产不减速中芯国际(SMIC)的最先进工艺是14nm。尽管其正在不断进行改善工艺和下一代技术开发,但受美国介入,关键设备ASML的极紫外线(EUV)光刻机很难保障供给。7月31日,SMIC与北京经济技术开发区管理委员会签署《合作框架协议》,双方将成立合资企业,中芯国际出资拟占比 51%。首期计划投资76亿美元、注册资本金拟为50亿美元,用于生产28nm及以上集成电路项目。该项目将分两期建设,项目首期计划最终达成每月约10万片的12英寸晶圆产能,二期项目将根据客户及市场需求适时启动。

而台积电(TSMC)工艺能力已达到5nm。整体销售额结构中,7nm工艺占30%以上。台积电(TSMC)已决定在美国亚利桑那州建设5nm工艺的Fab,并计划增加3nm生产线,以此来巩固与苹果公司的关系,台湾台南市也将规划建厂。

台积电(TSMC)芯片工艺布局

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信息来源:洛图科技(RUNTO)整理

除TSMC外,唯一拥有7nm生产技术的三星电子在去年宣布将投资133万亿韩元扩大产能。三星电子也已经开始批量生产5nm产品,并发布了4nm、3nm、2nm等计划。今年5月,三星电子决定在以存储器为主的平泽工厂建设代工生产线。另外,还有可能扩建美国奥斯汀工厂。

洛图科技(RUNTO)认为,芯片代工市场将持续增长,尤其在高端产品领域。但不同水准的工厂并不能保证全部享受这一波红利。

GAA接棒FinFET,给摩尔定律续命

台积电(TSMC)和三星电子从7nm工艺开始就建立了两强格局,但竞争不止于此,三星电子和TSMC宣布将分别从3nm和2nm开始引入环绕式栅极技术(gate-all-around,简称 GAA)。GAA是FinFET技术的演进,可以有效抑制短沟道效应。

FinFET工艺全称Fin Field-Effect Transistor,中文名叫鳍式场效应晶体管,其晶体管的形状与鱼鳍相似。依托FinEFT技术,芯片工艺已经发展到了7nm、5nm甚至是3nm,开始遇到了瓶颈。FinFET本身的尺寸已经缩小至极限,无论是鳍片距离、短沟道效应、还是漏电和材料都已触及极限,这使得晶体管制造变得难度加大,甚至物理结构都无法完成。

Planar和FinFET晶体管结构示意图

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来源:洛图科技(RUNTO)整理

一般公认,FinFET的极限就是3nm,之后要用GAA逻辑去量产2nm。

三星电子在技术方面处于领先地位,引入GAA后,芯片面积减少35%以上,耗电量减少50%,处理速度提高30%。7月初,在韩国京畿道高阳市举行的“纳米韩国”活动中,三星公开了GAA工艺的3nm芯片,预计到2022年量产。继GAA之后,还公开了有望接棒GAA技术的MBC(Multi Bridge Channel)工艺。

洛图科技(RUNTO)分析师认为,在芯片代工市场,TSMC和三星电子不满足现状,不仅是在纳米尺寸上,同时在GAA技术上掀起了双线竞争。其他代工厂将面临更大的技术代差和压力。

华为可能重组半导体生态系统

华为是三星电子、英特尔、TSMC等的主要客户。美国的“华为制裁”效果正在显现。美国商务部今年5月向华为公布了出口限制修订案,该制度从同月15日开始实施,宽限120天,即于今年9月正式施行,之后,利用美国软件和技术出口产品时必须得到官方正式许可。

“华为制裁”有可能对代工市场进行重组。TSMC与美国关系密切,TSMC的创始人兼前总裁张忠谋曾在美国德州仪器公司(TI)工作20年,TSMC的主要客户是高通、苹果等美国公司。TSMC从华为腾出的产能自然而然地流向苹果、高通等公司。苹果,高通在芯片设计上和三星电子存在竞争关系。

8月7日,华为表示其领先的麒麟系列芯片将在9月15日后无法再制造。但是,得益于前期向台积电的下单备货,华为预计将在9月推出华为高端旗舰MATE 40系列产品,该系列产品搭载的华为海思麒麟9000系列高端芯片组将成为绝唱。

华为海思受到冲击的同时,台湾半导体设计企业MTK则从中受益。虽然MTK的性能不如高通、三星电子等,但正在快速提升。如果再加上华为,就能形成规模效应,其与同样是台湾企业的TSMC的交易不存在问题。未经证实的消息显示,华为已经向联发科采购超过1.2亿颗的芯片, 其中,既有4G也有5G,可用来替代华为海思芯片组。以此判断,MTK今年第三季度的销售额与去年同期相比有望增长20%以上。

人才成为核心资源被抢夺8月4日,中国国务院发布了“半导体发展政策”,其中重要一条是将致力于培养产业人才。7月31日,中国国务院学位委员会已投票通过集成电路专业将作为一级学科,并从电子科学与技术一级学科中独立出来。洛图科技(RUNTO)认为,半导体是一个门槛高见效慢的行业,长期以来,半导体始终是二级学科,大大约束了资源投入和人才发展,相关人才纷纷流失,进而造成半导体产业的被动,直至被美国“卡脖子”。

据日媒报道,泉芯集成电路制造(济南)(QXIC)和武汉弘芯半导体(HSMC)这两家半导体厂商近期各自挖来50多位前台积电员工,包括工程和主管层级来协助发展14nm和12nm工艺,薪酬待遇最好的翻至两倍到两倍半。

由此可见,全球半导体行业已经掀起了政策、技术、产能、资金、人才全方位的竞争大幕。


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