半導(dǎo)體周期與摩爾定律漫筆

2004年9月A版

　　全球半導(dǎo)體工業(yè)周期性的循環(huán)如圖1曲線所示。其主要特點(diǎn)是：平均每五年一個(gè)周期，每10年出現(xiàn)一個(gè)大低谷。

　　英特爾創(chuàng)始人之一摩爾于1968年為美國電子學(xué)雜志紀(jì)念35周年寫了一篇文章，作了一個(gè)大膽的預(yù)言，認(rèn)為“芯片上的元件數(shù)量每過18個(gè)月要增加一倍，即元件的成本可能下降一半”。這一預(yù)言使全球半導(dǎo)體工業(yè)不斷地增加芯片的集成度，降低價(jià)格。四十年后的今天，半導(dǎo)體及計(jì)算機(jī)的進(jìn)步已改變了人類的生活，正如1995年老布什總統(tǒng)為摩爾先生頒發(fā)總統(tǒng)自由勛章時(shí)充分肯定了摩爾先生對(duì)于人類的巨大貢獻(xiàn)。

　　摩爾定律象一盞明燈，照耀著全球半導(dǎo)體工業(yè)的前進(jìn)，每過兩至三年工藝技術(shù)邁向一個(gè)新的臺(tái)階。假設(shè)1968年時(shí)每個(gè)晶體管是一美元，那到今天已是5000萬個(gè)晶體管一美元。

　　市場(chǎng)需求更高性能的器件，如眼下1Gb flash等，迫使芯片制造工業(yè)采用更高水平的技術(shù)如0.11微米或者0.09微米技術(shù)，這將導(dǎo)致全球硅片產(chǎn)能逐年增大。

　　然而，市場(chǎng)的需求不可能總是呈線性上升態(tài)勢(shì)，產(chǎn)品有生命周期。2000年，由于千年蟲問題，人們擔(dān)心計(jì)算機(jī)功能出問題，所以在2000年，全球掀起了一個(gè)計(jì)算機(jī)購買高潮。在此推動(dòng)下，半導(dǎo)體的固定資產(chǎn)投入增加了60%多，建設(shè)了許多芯片生產(chǎn)線。進(jìn)入2001年后，市場(chǎng)需求陡然下降，造成芯片生產(chǎn)線產(chǎn)能利用率下降，廠商利潤下降，半導(dǎo)體工業(yè)走向下坡路。開始進(jìn)入下降周期。

　　2001年及2002年，半導(dǎo)體工業(yè)已經(jīng)持續(xù)低迷了兩年，人們盼望2003年工業(yè)迅速回暖，但2003年初的美伊戰(zhàn)事及SARS侵襲延誤了半導(dǎo)體工業(yè)再起，直到2003年 10月半導(dǎo)體工業(yè)真正進(jìn)入第八次周期循環(huán)的上升期。

　　歸根結(jié)底，半導(dǎo)體工業(yè)的循環(huán)周期是由市場(chǎng)供需不平衡所造成的，市場(chǎng)對(duì)于終端產(chǎn)品的需求呈周期性變化，導(dǎo)致引導(dǎo)了半導(dǎo)體工業(yè)的變化，預(yù)計(jì)這種趨勢(shì)還將繼續(xù)持續(xù)下去。

半導(dǎo)體工業(yè)周期變化的因素

許多的市場(chǎng)調(diào)查公司對(duì)2004年半導(dǎo)體工業(yè)的銷售預(yù)測(cè)如表1。

　　對(duì)于全球半導(dǎo)體工業(yè)制造業(yè)、設(shè)備業(yè)甚至掩膜制造業(yè)等有關(guān)公司，基于自己掌握的材料及判斷，也會(huì)作出預(yù)測(cè)，結(jié)果不一樣是勢(shì)所必然。例如此次半導(dǎo)體周期將何時(shí)下降，樂觀的觀點(diǎn)是2006年，比較謹(jǐn)慎的觀點(diǎn)是2005年中期。國際上常用的判斷半導(dǎo)體業(yè)周期變化的因素有：

　　訂單反映工業(yè)的前景。正常情況下，半導(dǎo)體設(shè)備的交貨期為6個(gè)月。所以訂單能至少反映6個(gè)月之后工業(yè)的前景，銷售則反映過去的業(yè)績。半導(dǎo)體工業(yè)一直拿B/B的比值來反映工業(yè)的景氣程度，大于或接近1表明工業(yè)在上升，小于1，表明工業(yè)正走下坡路。

芯片生產(chǎn)線的產(chǎn)能利用率

　　表示芯片生產(chǎn)線產(chǎn)能與實(shí)際拿到訂單的比值，顯然接近100%為佳，低于60%就可能賠錢了。

Capital Spending

　　固定資產(chǎn)的投入反映半導(dǎo)體工業(yè)對(duì)未來前景的信心，一般芯片生產(chǎn)線從土建開始至少16個(gè)月之后才能投產(chǎn)。此外，任何生產(chǎn)線還有一個(gè)達(dá)到量產(chǎn)穩(wěn)定階段。所以從投資回報(bào)率的角度，最快反映24個(gè)月之后的市場(chǎng)。

　　全球半導(dǎo)體固定資產(chǎn)投資中，約有70%的錢用來購買設(shè)備2002~2004年全球固定資產(chǎn)支出，如下表所示，其中2004年的固定資產(chǎn)投入達(dá)415.25億美元，比上年增長38.9%。

ASP(Average Selling Price)平均銷售價(jià)格

　　以DRAM為例。已經(jīng)下降了好長時(shí)間的ASP，最近256MDRAM的ASP已經(jīng)開始回升，反映市場(chǎng)態(tài)勢(shì)不錯(cuò)，ASP連續(xù)下跌，反映供大于求，市場(chǎng)疲軟。

庫存

　　這也是反映工業(yè)景氣的重要指標(biāo)，庫存低于平均水平，反映市場(chǎng)貨源緊張，最近全球IC產(chǎn)品如flash低于平均水平，Intel ,Samsung等廠商便紛紛擴(kuò)產(chǎn)以滿足市場(chǎng)需求。

　　以上五個(gè)最基本參數(shù)之中，B/B及產(chǎn)能利用率是反映半導(dǎo)體工業(yè)實(shí)時(shí)的景氣程度，而資本開支是反映半導(dǎo)體工業(yè)周期(24個(gè)月左右)的景氣程度。除此之外，尚有風(fēng)險(xiǎn)投資基金及產(chǎn)品的供貨周期等，而且有的公司還有專門測(cè)量指數(shù)如semicoindex等，不過，說到底這一切僅僅都是預(yù)測(cè)。

　　看待半導(dǎo)體工業(yè)市場(chǎng)，任何時(shí)候也不能忽視最基本面，即終端產(chǎn)品市場(chǎng)，如PC，移動(dòng)電話，網(wǎng)絡(luò)及消費(fèi)類電子產(chǎn)品等。每一類產(chǎn)品都包含一定的器件量，稱之為硅含量。最早300美元電視機(jī)，其中IC約為30美元，而現(xiàn)在的數(shù)字電視每臺(tái)500美元，IC約為100美元，由此可以從每年銷售多少臺(tái)數(shù)字電視機(jī)來測(cè)算出IC的消耗量，以此類推，也是半導(dǎo)體市場(chǎng)預(yù)測(cè)的基本方法。

　　目前的工業(yè)態(tài)勢(shì)B/B接近1，芯片生產(chǎn)線產(chǎn)能利用率達(dá)到90%以上，全球固定資產(chǎn)投入猛增和庫存下降等綜合因素來看，肯定半導(dǎo)體工業(yè)處在上升周期，可何時(shí)下降，至少現(xiàn)在還沒有統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。例如，4月30日美國American Technology Research市場(chǎng)咨詢公司聲稱已經(jīng)看出半導(dǎo)體設(shè)備工業(yè)的前景不妙，只能維持12個(gè)月的上升期。

　　硅材料由于自身物理特性的局限，芯片尺寸不可能無限制的繼續(xù)縮小下去。按國際半導(dǎo)體工藝路線圖(ITRS)，2004年進(jìn)入90nm節(jié)點(diǎn)的器件批量生產(chǎn)，2007年為65nm，2016年為22nm。然而即使在目前向90nm節(jié)點(diǎn)器件的過渡中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)不少問題，相信這一切都與逼近摩爾定律極限有關(guān)。

　　4月26日美國In-Start/MDR認(rèn)為半導(dǎo)體市場(chǎng)的格局將發(fā)生巨大變化，90年代PC及手機(jī)那種殺手級(jí)產(chǎn)品已經(jīng)沒有，目前市場(chǎng)呈現(xiàn)出多個(gè)產(chǎn)品，如DVD、Player、Digital camera、Digital TV等都難成殺手級(jí)產(chǎn)品，而且面臨著標(biāo)準(zhǔn)化的競爭及價(jià)格下降等問題。

　　5月4日電子時(shí)報(bào)消息，稱過去IC設(shè)計(jì)初創(chuàng)公司僅需投入1000~1500萬美元，經(jīng)過幾個(gè)季度就能達(dá)收支平衡；如今所需資金增加到4000~5000萬美元，提高了初創(chuàng)IC設(shè)計(jì)公司的入門門檻。

　　5月3日美國IBM公司的CTO首席技術(shù)執(zhí)行官發(fā)表言論說，在ITRS推動(dòng)下，芯片尺寸繼續(xù)縮小。IBM認(rèn)為進(jìn)入130nm及90nm時(shí)已經(jīng)遇到強(qiáng)大阻礙。此種局面與80年代中期CMOS工藝替代Bipolar工藝技術(shù)時(shí)十分相似。由于柵氧化層的厚度只有5個(gè)原子的高度，漏電流劇增，晶體管的特性也完全不同。僅功耗的矛盾就很難克服。如果電路真到17nm的水平，那每平方厘米的硅片就有5000億個(gè)元件，計(jì)算機(jī)只能在液氦溫度下才能工作。

　　許多報(bào)道認(rèn)為，摩爾定律還能維持15年，甚至更長。其實(shí)多少年并沒有實(shí)際意義。芯片的發(fā)展不可能總是以每18個(gè)月集成度翻一倍繼續(xù)下去，一切事物除了可能之外，更重要的是市場(chǎng)接受。相信在沒有討論完半導(dǎo)體工業(yè)下一步怎么走之前，一定會(huì)有新的材料替代硅或者硅材料經(jīng)過某種改變，再繼續(xù)生存下去，世上事物的發(fā)展總是永無止境的。