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制程 “微缩” 空间变窄,晶圆代工评价将有新标准?

2021-10-08 09:48:50    来源:中国电子报、电子信息产业网 张心怡

代工产业迎来了市场蜜月期。市场研究机构IC Insights最新数据显示,全球晶圆代工市场有望实现创纪录的23%增长,销售额将在今年首次超过千亿美元大关,达到1072亿美元。随着制程微缩步伐放慢,代工的竞争维度日益多元,制程数字已不再是衡量代工能力的唯一指标。面向中长期的景气上涨周期,如何将市场机遇持续转化为营收表现,考验着代工厂商的综合服务能力。

周期性与中长期需求共同推动

受疫情防控引发的周期性需求和数字化转型引发的中长期需求双重推动,半导体代工市场开启上行周期。

疫情防控使下游市场需求激增,带动代工产业量价齐涨。一方面,PC、手机、游戏机等几乎所有电子产品实现增长;另一方面,线上教育、线上办公等线上系统对算力、传输、存储的需求,带动了数据中心、云计算、服务器的市场需求。

“线上系统使许多国家和地区在疫情中仍然能够恢复基本的社会、教育、医疗和经济活动。因此,过去10年间不太景气的PC市场在2020年实现了两位数的增长。现在,5G 智能手机的普及率正在以高于 4G 的速度增长,预计近一半新售出的设备将具备 5G 功能。” 三星电子代工业务总裁兼负责人Siyoung Choi指出。

从各大代工厂商的财报,不难看出电子产品及线上系统对代工产业的拉动能力。在台积电2021年季报中,智能手机在第一、二季度分别为台积电贡献了45%和42%的营收,与PC、服务器相关的高效能计算在第一、二季度分别贡献35%和39%的营收。中芯国际2021年半年报显示,智能手机和消费电子的营收占比分别为33.2%和23.0%,同比增长分别为47.5%和17.8%。

需求上涨引发的供不应求,也引发了一波代工涨价潮。联电第二季度财报显示,其晶圆平均售价自2020年第二季度至今一直处于小幅上升,预计第三季度将增加约6%。中芯国际半年报显示,其晶圆平均售价(销售晶圆收入除以总销售晶圆数量)由2020年同期的4143 元增加至4390元。

“需求的增长带来订单过饱和、产能利用率持续保持高位。同时,由于裸晶圆、材料等涨价,多家国际代工企业已经宣布涨价。” 芯谋研究高级分析师张彬磊向《中国电子报》记者指出。

而数字化转型催生的中长期需求,既带动了代工业务的增长,也是各大代工厂进行产能扩张的底气所在。联电在第二季度业绩电话会指出,5G推动下,2020-2025年全球半导体市场会持续受数字化转型、高性能计算、电动汽车、物联网的结构性需求驱动,行业上升周期会持续一段时间。台积电也指出,为了解决长期需求方面的结构性增长,正在与客户紧密合作,并进行投资以支持他们的需求。预计未来三年将投资约1000亿美元,以提高产能,以支持先进工艺的制造和研发。

制程不是逻辑代工的唯一竞争点

虽然代工市场规模持续增长,但如何将增长机遇转化为营收表现,考验着厂商的获客和应变能力。长期以来,制程数字被视为逻辑代工能力的标志。但是,随着制程微缩空间越来越小,代工厂商的竞争维度也越来越多元,设计方案、PPACt、平台支持等帮助客户优化性价比和上市时间的要素,越来越受到业界重视。

“代工仅仅看制程节点其实是浮于表面,本质是追求更低的功耗、更快的运算速率和更小的芯片面积。由于代工工艺逐渐多元化甚至是客制化,代工巨头之间的竞争也不再仅仅是制程节点,而是综合服务能力,包括逻辑工艺能力、设计服务能力、IP库丰富程度、高端封测服务能力等。” 张彬磊表示。

在设计服务方面,台积电、三星、英特尔、联电等顶尖代工厂商都出了IP服务,以支持客户在芯片设计中的功能集成。三星代工还推出了虚拟研发服务,与客户在早期共同定义并共同开发工艺设计。得益于对工艺和产品相辅相成的共识,客户能够设计出有望更快上市的芯片。

各代工厂商的设计支持还体现在制程升级过程中的技术迁移。台积电6nm制程的设计法则就与其7nm技术完全相容,让7nm相对完备的设计生态系统能够被再使用,客户可借由7nm技术设计的直接移转而达到加速产品上市的目标。联电的22nm制程也提供了与28nm制程技术相容的设计规则,有利于缩短上市时间。

随着制程“微缩”空间变窄,PPACt(功耗、性能、面积、成本、上市时间)或将取代微缩,成为逻辑代工新的评价标准。对此,代工厂商通过材料创新、代工工艺、封装技术等多种方式,提升客户的PPACt收益。例如台积电基于low-k(低介电系数)材料和工艺,以及对二维材料等材料技术创新,进一步提升片上互联技术,提升芯片性能。同时,台积电通过硅转接层、扇出、SOIC封装,提升芯片的PPACt表现。联电推出22nm制程时,一方面相较28nm具有更小的晶粒面积和更佳的功率效能比。另一方面与28nm保持相同的光罩层数,从而降低了生产复杂度和成本。

针对垂直行业或场景的代工需求,代工厂商还推出了平台化的解决方案。台积电推出了汽车电子、智能手机、物联网、高性能计算等技术平台,三星也推出了高性能、互联、自动驾驶等平台,以满足客户的具体应用需求。

中小代工企业在特色工艺大有机会

一般来说,头部代工企业的综合服务能力较强,而中小规模代工企业则有更强的客制化服务意愿,在特色工艺领域具有机会。

“中小规模代工企业之间的竞争集中在特色工艺代工能力、客制化服务意愿。光芯片、功率芯片、MEMS传感器等产品适合由中小规模代工企业进行。但由于特色工艺门槛不高,客户容易流失或走向IDM路线。” 张彬磊指出。

除了客制化,特色工艺还注重产品的规模化和平台化。

“相对先进工艺厂商来说,先进工艺厂商每年需要花费大量的资金用在技术研发和产品研发上,而特色工艺厂商专注于规模生产上,降低成本。特色工艺的竞争点主要在产品的成熟度和稳定性,产品的多样性以及平台的多样化,关注多种产品布局,并且研发出相应产品的平台。”赛迪顾问集成电路产业研究中心高级分析师杨俊刚表示。

同时,5G、物联网、汽车电子等技术对SOI技术的需求,也成为国内外代工厂商的角逐点。其中,RF-SOI在5G射频器件具有广阔的发展前景,FD-SOI对于NB-IOT、MCU、ADAS等领域具有吸引力。

“格芯和TowerJazz为了与台积电等差异化发展路线,很早开始布局SOI代工工艺,如今看来也是不错的技术路线。SOI工艺的盈利能力与传统工艺差别不大,SOI工艺在射频低功耗方面优势明显,目前在射频LNA和SWT等方面应用非常广,随着5G和物联网的深度发展,SOI将越来越多的被设计公司所熟悉。” 张彬磊表示。


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