ZT 晶圆代工厂2018年的挑战

预计2018年晶圆代工业务将实现稳定增长，但增长背后存在若干挑战。

 

　　在全球晶圆代工巨头方面，GlobalFoundries、Intel、Samsung和TSMC正在从16nm/14nm向10nm/7nm节点迁移。分析师表示，英特尔已经遇到了一些困难，因为这家芯片巨头从2017年下半年至2018年上半年刚推出了新的10nm制程。此外时间也将会证明其他芯片制造商是否会在10/7nm节点下完成平稳或粗糙的过渡。

 

　　不仅如此，另外几家代工厂也正在抓紧推出22nm工艺，不过目前这种技术的需求前景不算很明朗。重要的是，代工厂商看到了8英寸晶圆的巨大需求，然而2018年，8英寸晶圆的需求依旧很短缺。

 

　　尽管如此，这个行业也没有想象的那么悲观，据SemicoResearch的分析师JoanneItow透露，代工业务预计继续保持稳定增长(2018年将比2017年增长8%)。这与2017年的增长预测完全一致。

 

　　“增长的驱动因素包括人工智能、汽车和传感器，”分析师说：“尽管智能手机销量的增长速度已经放缓，但智能手机的BOM仍然是代工业务中最重要的部分。其中包括传感器、处理器、图像传感器、无线和模拟射频。”

 

　　代工厂也在关注高性能计算、电力电子甚至加密货币的增长。中国市场是最值得关注的，许多代工厂都在扩大或建造新的晶圆厂。

 

　　根据研究公司TrendForce的数据，在全球晶圆代工市场中，台积电继续占主导地位(2017年占有55.9%的份额)。根据该公司的数据，GlobalFoundries排在第二位，联电，三星，中芯，TowerJazz，力晶，先锋，华虹和东部紧随其后。

　　

　　图1：按收入排名前十的代工厂商(三星，力晶的数据属于预估)。来源：TrendForce

 

　　更多数据

 

　　世界半导体贸易统计公司(WSTS)最近预测，2017年半导体市场将达到4090亿美元，比2016年增长20.6%。收入增长是由于DRAM平均销售价格的上涨。以及对于模拟，闪存和逻辑的强劲需求。

 

　　WSTS预计2018年IC产业市场将达到4370亿美元，比2017年增长7%。根据VLSIResearch的统计，2018年IC总体预计增长7.1%，而2017年为12.8%。

 

　　多年来，IC产业一直围绕着摩尔定律(晶体管密度每18个月翻一番)处于不断变化中。根据这个定律，芯片制造商每18个月就会推出一项新工艺，表面上是为了降低晶体管的成本。

 

　　目前来看，摩尔定律仍然是可行的，不过它正在经历新的发展。每经历一个新的节点，流程成本和复杂性都在急剧上升，因此，一个完全扩展的节点节奏已经从18个月延长到2.5年或更长的时间。此外，更少的代工业务客户能负担起往高级节点跃迁的能力。根据Gartner的数据，一款16nm/14nm芯片的芯片设计成本约为8000万美元，28nm芯片的芯片设计成本为3000万美元。相比之下，设计一个7nm芯片则要花费2.71亿美元。

 

　　和以往一样，手机仍是芯片业的最大市场。根据ICInsights的数据，手机IC销售占IC市场总收入的25%，预计2018年将达到973亿美元，比2017年增长8%。该机构还认为，个人电脑相关芯片是第二大IC市场，预计2018年将增长5%，达到726亿美元。

 

　　其他市场增速更为惊人。例如，汽车IC销售额预计在2018年将增长16%，达到324亿美元;到2018年，与物联网相关的IC销售额将增长16%，达到约168亿美元。

 

　　

 

　　图2：IC领域的市场增长情况(以十亿美元计)。数据来源ICInsights

 

　　“越来越多的客户正在重新定义他们的产品组合，以适应物联网、汽车市场，”UMC美国销售副总裁WalterNg说：“就拿汽车领域来说，信息娱乐、数据安全和先进操作功能的进步，正在增加对MCUs的需求，其集成了嵌入式非易失性存储器、RF元件和MEMS传感器。

 

　　WalterNg还表示：“在物联网领域，我们看到了许多不同类型的设备，但主要关注的焦点似乎是将MCU与多协议通信集成在一起的IC，包括Wi-Fi，蓝牙甚至Zigbee。我们也看到了企业对家庭自动化的巨大兴趣。”

 

　　考虑到这些增长驱动因素，代工厂商必须开发更多不同的工艺来满足客户日益增长的需求。GlobalFoundries首席技术官GaryPatton表示：“一个技术平台能满足从高端IBMz系统(大型机)一直到电池供电的物联网设备，这显然是不切实际的。”

 

　　为了满足这些需求，晶圆厂必须每年增加他们的资本支出和研发支出。但是只有少数的晶圆厂有开发多种技术的资源。规模较小的公司当然也是可行的，不过他们对市场必须更专一。

 

　　除了研发资本的支出，还有一些晶圆代工厂需要面对的挑战：

 

　　经济和政治问题可能影响电子行业。

 

　　低迷的需求和库存问题往往会在第一季度出现，这可能会在随后的季度中持续存在。

 

　　集成电路业务正在进行一波并购活动。整合的结果则是代工厂商的客户群缩减。

 

　　硅片的可用性令人担忧。在多年的供应过剩之后，硅片供应商看到了新的需求。但是，供应商并没有对新工厂进行投资，许多公司已经提高了价格。

 

　　封装测试供应链是晶圆厂的另一个问题。对芯片需求的上升导致了制造能力、各种封装类型甚至一些设备的短缺。

 

　　10nm/7nm，22nm工艺技术的迁移

 

　　到2018年，英特尔预计将增长10纳米投入。此外，GlobalFoundries，三星和台积电将开始出货各自的7nmfinFET工艺产品。三星还宣布了各种半节点产品。

 

　　节点名称很混乱。简而言之，Intel的10nm技术大致相当于其他晶圆厂的7nm节点。

 

　　无论如何，节点迁移是具有挑战性的。例如，一些芯片制造商花费比预期更长的时间从平面节点迁移到16nm/14nm。在16nm/14nm工艺中，许多供应商转向下一代称为FinFET的晶体管类型。在FinFET中，对电流的控制是通过在鳍的三侧面上的栅极来实现的。

　　

　　图3：FinFET与平面。来源：LamResearch

 

　　一般而言，FinFET解决了短沟道效应和其他缩放问题，但是该技术制造起来更困难且成本更高。

 

　　举个例子：英特尔本应在2017年下半年发布10纳米FinFET工艺，但最近的进度有所下滑。投资银行公司晨星(Morningstar)分析师AbhinavDavuluri在最近的一次采访中表示：“英特尔10nmFinFET工艺看起来像是被推迟到了18年上半年。“这可能是遭遇了一系列的问题。但是，他们解决14纳米工艺问题的时间，在10nm工艺基本上是成倍增加。因为现在你正在做自对齐的四轴模式，而不是双模式。它需要更多的步骤和更好的功能尺寸，显然这两个问题是相互矛盾的。”

 

　　从时间上来看，GlobalFoundries，三星和台积电在7nm将面临类似的问题。Gartner分析师SamuelWang表示：“三家代工厂似乎都在取得良好的进展。”

 

　　SamuelWang预计，在2018年7nm工艺将有一个较大的增长，但在短期内，根本不能与10nm抗衡。预计在2017年，10nm将产生价值50亿美元的业务。相比之下，预计到2018年，7nm的销售额将从25亿美元增至30亿美元。

 

　　那么随着时间的推移，7nm将如何发展呢?“这是一个循序渐进的过程，”GlobalFoundries的Patton说。“有一些客户在更积极地布局到下一个节点。其他人则会缓慢跟进。”

 

　　根据Patton的说法，7nm将会是一个长寿的节点。FinFET将会有很多延伸，有很大的扩展空间。

 

　　台积电表示，7nm节点可能会达到28nm一样的成就。“7nm的最初应用是高端应用处理器和高性能计算。我们预计到2018年底，将会有超过50次流片，“台积电联席首席执行官兼总裁C.C.Wei在最近一次电话会议上表示。

 

　　然而，并非所有的代工厂客户都是世界领先厂商。虽说许多公司正在开发新的芯片，并正在探索迁移到16nm/14nm甚至更远的想法。但是许多公司都停留在28纳米节点以上，因为他们无法承受先进节点的高昂IC设计成本。

 

　　为填补市场空白，GlobalFoundries，英特尔，台积电和联电正在开发一种新的22纳米工艺。22纳米比28纳米更快，芯片开发成本低于16纳米/14纳米。

 

　　然则并不是所有的22nm技术都一样。例如，GlobalFoundries正在准备22纳米FD-SOI技术。台积电和联电正在开发22纳米大容量CMOS工艺。而Intel则采用了新的低功耗22nmFinFET技术。

 

　　从此以后，客户必须权衡各种选项。“这取决于你在什么空间，”GlobalFoundries的Patton说：“如果你专注于高性能，并且正在尝试制造大型芯片，那么你会选择FinFET。如果你期望芯片体积小，而且成本和功耗达到了平衡，那么你就可以沿着FD-SOI路径走下去。

 

　　大容量CMOS工艺也是一种选择，联电正在开发一个22nm制程，用于RF、毫米波和其他应用。“这个工艺能提供性能和成本的最佳组合，”联电的专业技术部门的副总裁RajVerma说。

 

　　尽管如此，在未来许多晶圆厂客户仍将坚持使用28nm。Gartner公司的Wang说：“28纳米级技术提供了速度，功耗和成本的最佳组合，其将继续保持良好的需求，28nm晶圆代工年收入可达100亿美元。”

 

　　那么，22nm会起飞吗?“是的，因为22纳米是28纳米的延伸，”Wang说。“它提供了更好的性能和密度。”