晶圆国产化迫在眉睫 国产厂商如何布局
2020年半导体行业的关键词就是缺货,下半年开始产能紧张传遍了整个行业,不只是高端的先进工艺缺产能,偏向中低端及特殊产品的8英寸晶圆产能更紧张,连代工老大台积电也没余力了,这意味着8寸晶圆产品遭到全球芯片厂商抢购,表明了28nm及其以上工艺的芯片需求量激增。
晶圆是指制作硅半导体积体电路所用的硅晶片,其原始材料是硅。在半导体行业,尤其是集成电路领域,晶圆的身影随处可见。晶圆代工也称为芯片代工生产,是半导体产业中最为重要的制造环节。晶圆代工兴起更为深远的影响在于全球化分工后,半导体行业的周期性波动也发生了明显的变化。现在很多晶圆代工厂还是投进去了很多资金、采购了很多设备。这足以说明晶圆代工将在不久的未来取得很大发展,占全球半导体产业的比重也将与日俱增。
一、缺货、涨价成为目前晶圆的标签
全球性“缺芯”、“涨价潮”也波及到了很多行业,甚至就连传统汽车厂商也未能够避免“缺芯”的尴尬局面,由于8寸硅晶圆产品缺货,遭到了很多IC厂商的疯狂抢购,而某知名老牌硅晶圆厂商不仅仅将8寸硅晶圆按片销售,同时还掀起了一股涨价潮,售价涨幅高达50%,可以看出目前晶圆产能已紧张到不可思议,客户对产能的需求已达恐慌程度,有业内人士预估明年下半年到2022年下半年,逻辑、DRAM市场都会缺货到无法想象的地步。
8英寸晶圆之所以比较紧张,主要是因为5G、汽车电子和AIoT等市场需求超预期增长。实际上,8英寸晶圆代工产能紧张程度已经持续了好几年,到目前形成了愈演愈烈之势。在晶圆持续缺货的背景下,许多终端制造厂纷纷寻找替代,因此也给国内厂商带来了机遇。
其中作为纯晶圆代工厂中的领头羊中芯国际也一直在积极布局,目前中芯国际的8英寸产能处于满载状态,公司已有计划在今年年底前增加3万片的8英寸月产能。值得一提的是,中芯国际14nm在去年第四季度进入量产,良率已经达到业界量产水准,第二代先进工艺n+1正在稳步推进,目前在做客户产品验证,进入小量试产阶段。
随着大陆晶圆产能不断扩大,晶圆再生的市场也不断扩大,一些国内企业例如至纯科技和协鑫集成开始布局晶圆再生相关业务,作为大陆大规模量产再生晶圆的先行者,有望从这个正在扩张的广阔市场中获益。
随着国内企业持续扩增产能,再生晶圆领域有望加速前进,其带动一系列产业链乘风而起,国产替代未来可期。
二、5G时代需求量上涨,晶圆代工持续发展
智能手机、PC 等下游应用和产品升级要求高端芯片在性能及功耗指标上进一步提升。随着对 于 5G 通信网络的建设不断推进,不仅带动数据量的爆炸式提升,要求芯片对数据的采集、处理、 存储效率更高,而且也催生了诸多 4G 时代难以实现的终端应用,增加了终 端对芯片的需求范围。对于芯片需求的增长将使得下游的晶圆代工赛道收益,未来市场前景极其广阔。
虽然全球晶圆代工市场已经连续5年实现增长,但是其规模在2019年是有所下降,即便如此,还是有研究机构预测,2020年又将恢复增长。那么从图中我们可知,在2019年,全球纯晶圆代工市场的规模达到了570亿美元,与2018年相比较的578亿美元减少了8亿美元;据预测全球纯晶圆代工市场的规模在2020年将会达到677亿美元,同比实现19%的增长。纯晶圆代工市场经历了一系列的繁荣和萧条之后,总体仍然保持稳健增长态势,也就意味着在他们看来,这一市场在未来将有望迎来新一轮的高潮。
三、全球晶圆发展情况分析
1、晶圆目前以12英寸为主
半导体晶圆的尺寸主要有2 英寸、3 英寸、4 英寸、16 英寸、8 英寸与 12 英寸等规格。从图中我们可知,12英寸的晶圆是主要核心,从2019年全球晶圆出货量中,12英寸晶圆占整体晶圆的67%,而8英寸晶圆出货量达到20%,相比2018年的全球8英寸晶圆出货量的26%是下滑了6%,此外还有一些6寸的、4寸的晶圆也有少量的销售。
由于主流半导体设备厂商多将资源放在12英寸设备,造成8英寸设备供给短缺,新的8英寸设备必须借由现有的12英寸设备进行修改,使得8英寸设备成本不低于12英寸设备,造成8英寸晶圆产能扩产步调缓慢,而晶圆制造端厂商对8英寸空白晶圆的扩产仍有动作。现在半导体设备厂商将大部份资源投入12英寸策略短期难以动摇,因此在此情形下12英寸的晶圆已经成为主力,出货量也是比其它尺寸的晶圆高很多。
2、 我国在晶圆市场不断扩大
全球半导体产品的重要材料硅晶圆市场近期出现了复苏的迹象。今年1月-3月,全球面向半导体的硅晶圆出货面积为29.2亿平方英寸,比上季度增加2.7%。虽然尚未达到去年同期水平,但这是自2018年7月-9月以来,时隔6个季度环比增加。有相关媒体报道,晶圆市场自2018年下半年起一直呈现负增长,但是中国5G业务发展迅猛,拉动了全球晶圆市场行情。
从图中的信息可知,2019年中国台湾地区的晶圆厂装机产能占整体的22%,同时也是位居全球首位,近年来中国大陆地区的产能扩张使其排名不断攀升,截至2019年12月,中国大陆地区的晶圆厂装机产能占全球的14%,虽然现在排名在后面,但是根据IC Insights预计到2022年有望跃升为全球第二,仅次于中国台湾地区。未来,我国在晶圆市场的产能份额将不断扩大,中国市场更加值得期待。[page]
3、今年全球晶圆出货面积逐渐提高
2018年全球晶圆出货量拿下新高,到2019年全球晶圆出货量有所下降,比2018年同比减少了7.2%,下滑的原因主要是因为存储器市场存货调整造成;而2020年因为疫情的重大打击,导致2020年Q1季度的晶圆出货量只达到29.2亿平方英寸,虽然因为疫情的原因,在短期之内全球出货量没有那么容易一下就恢复正常,但是我们可以看到2020年Q2季度的晶圆出货量是有所上升的,Q3季度全球晶圆的出货量延续了二季度同比上涨的趋势,但环比略有下滑,其中2020年Q3季度,全球晶圆出货面积达到31.30亿平方英寸,虽然环比略有下滑,但全球晶圆三季度的出货量,同比还是有明显增长。
四、我国晶圆市场情况
半导体产业链主要包含芯片设计、晶圆制造和封装测试三大核心环节,此外还有为晶圆制造与封装测试环节提供所需材料及专业设备的支撑产业链。晶圆制造也是非常重要的一个环节,晶圆制造产业是属于典型的资本和技术密集型产业。
从数据中可知,2016年我国晶圆制造行业市场规模是首次突破一千亿元的一年,而到了2019年我国晶圆制造行业市场规模扩大,是达到了2149.1亿元,从数据上可以看出我国晶圆制造行业市场规模这几年都是逐年增加的,因此,有业内人士大胆预测,2020年结束后,我国圆晶制造行业市场规模或达到2623.5亿元。
目前全球都出现了“缺芯”的尴尬局面,如今国内芯片制造商在大规模扩产下急需补足硅片来源,为国产硅片制造商带来了更多的机遇。
大硅片产量将供不应求:硅片生产线的建设周期较长,一般为2-3年,意味着在未来的一段时间内大硅片产能不具备快速提升的基础,使得大硅片市场供不应求。从数据中我们可知,2017年12英寸的硅片需求是比8英寸的硅片需求要低很多,但是到了2020年,我们可清楚知道12英寸的硅片需求已经超过了8英寸硅片的需求,12英寸硅片需求量快速增长,主要还是受益于半导体高端需求拉动。
根据天风证券统计,目前国内晶圆制造大概有54个运营主体,共计94个晶圆厂或产线项目。其中,2019年共有12座晶圆厂投产,包括10个12寸晶圆厂和2个8寸晶圆厂。
根据有关资料显示,不管是2018年还是2019年我国晶圆制造厂装机产能里6英寸和4英寸的晶圆产能比较多,其中2019年6英寸晶圆制造厂装机产能约230万片,较2018年增长15%;4英寸晶圆制造厂装机产能约260万片,较2018年增长30%;对比2018年与2019年的晶圆制造厂装机产能可知,除了5英寸、5英寸晶圆制造厂装机产能出现下滑的情况,其它英寸的晶圆制造厂装机产能都有所增长。根据当前94个晶圆厂项目规划及目标总计,预计至2024年,大陆区域12英寸目标产能达273.0万片/月,相比2019年增长超过2倍,8英寸目标产能达187万片/月,相比2019年增长90%。若这些晶圆厂如期达到产能目标,将大幅拉动对国产半导体设备和材料的需求。
2020年是奇特的一年,年初各家晶圆代工厂库存过高,中间经历疫情、华为禁令再到如今的中芯国际事件,打乱了全球的供应链秩序,也将全球半导体生产产能推向了最紧张的阶段。供应不足的主要原因也出在8英寸晶圆代工产能上,由于市场需求突增,晶圆厂扩产或转换成12寸厂需要半年左右的时间,目前来看,2021年的涨价潮已经不可避免,并且会持续很长一段时间。
这次涨价,对于我们而言影响很大,毕竟我们是全球最大的芯片进口国,消耗国,但如果国产厂商们抓住机会,实现更多的自给率,进行国产规划,则是一个大的机遇了。而且到2021年全球8寸、12寸晶圆的市场需求非常大,未来市场潜力巨大。
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