純晶圓代工市場(chǎng)今年強(qiáng)勁增長(zhǎng)19％，一文揭秘晶圓代工格局

1.半導(dǎo)體代工模式——應(yīng)運(yùn)而生
半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的上游包括以半導(dǎo)體材料和儀器為主的支撐產(chǎn)業(yè)；中游為設(shè)計(jì)、制造和封裝測(cè)試等環(huán)節(jié)，核心部分是集成電路的設(shè)計(jì)、晶圓代工和封測(cè)；下游應(yīng)用領(lǐng)域包括計(jì)算機(jī)、電子、通信和醫(yī)療設(shè)備等行業(yè)。

隨著芯片制程微縮、晶圓尺寸成長(zhǎng)，建設(shè)一間晶圓廠動(dòng)輒百億美金的經(jīng)費(fèi)，往往不是一般中小型公司所能夠負(fù)擔(dān)得起。晶圓代工(Foundry)就應(yīng)運(yùn)而生，晶圓代工廠專門從事半導(dǎo)體晶圓制造生產(chǎn)，接受其他IC設(shè)計(jì)公司委托制造，而不自己從事設(shè)計(jì)，IC設(shè)計(jì)公司只設(shè)計(jì)，而不必負(fù)擔(dān)高階制程高額的研發(fā)與興建費(fèi)用。
IDM模式：企業(yè)將設(shè)計(jì)、制造、封裝等全部芯片生產(chǎn)流程進(jìn)行垂直整合。這種模式下的企業(yè)規(guī)模體量較大，技術(shù)水平高。典型企業(yè)有：英特爾、三星。
Fabless模式：企業(yè)只負(fù)責(zé)芯片的電路設(shè)計(jì)及銷售，外包生產(chǎn)、測(cè)試、封裝等環(huán)節(jié)，特點(diǎn)是初始投資額較小，輕資產(chǎn)特征明顯，運(yùn)營費(fèi)用低廉，轉(zhuǎn)型靈活，但與IDM相比，無法達(dá)成技術(shù)工藝上的協(xié)同效應(yīng)，完成設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)嚴(yán)苛的任務(wù)時(shí)顯得力不從心；與Foundry相比承擔(dān)了更多的市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)。典型企業(yè)有：高通、博通。
Foundry模式：廠商不負(fù)責(zé)芯片設(shè)計(jì)，只負(fù)責(zé)制造或封測(cè)，可同時(shí)為多家設(shè)計(jì)廠商提供服務(wù)，特點(diǎn)是規(guī)避了由于市場(chǎng)調(diào)研和設(shè)計(jì)缺陷等因素帶來的決策問題，但其投資規(guī)模較大，運(yùn)營成本較高。

2.全球代工廠市場(chǎng)格局—少數(shù)大廠壟斷
少數(shù)大廠壟斷是晶圓代工市場(chǎng)的典型特點(diǎn)。從下圖可以看出，市場(chǎng)前十名的市占率高達(dá)96%，其中臺(tái)積電一家獨(dú)大，市占率高達(dá)54%。

關(guān)于為什么晶圓代工為什么行業(yè)技術(shù)壁壘太高，之前在知乎上看到一篇很形象的回答，可以幫助大家理解晶圓代工的技術(shù)難點(diǎn)。

衡量晶圓代工技術(shù)先進(jìn)程度，我們?nèi)粘Ｂ牭降挠芯A直徑和制程，常用的8寸、12寸晶圓，代表的是硅晶柱切成薄片后的晶圓直徑，而我們聽到的10nm、7nm制程是用于衡量制作工藝的精度，制程指的是晶體管中源極和漏極之間的距離，所謂的XXnm指的是集成電路的MOSFET晶體管柵極的寬度，也被稱為柵長(zhǎng)，先進(jìn)工藝制程的壟斷導(dǎo)致行業(yè)壁壘較高。
當(dāng)一個(gè)半導(dǎo)體晶體管工作時(shí)，通過給柵極通電，原本處于絕緣狀態(tài)的硅會(huì)變得可導(dǎo)通，此時(shí)，電流（電子）單向地從源極流向漏極，而兩者之間的距離（溝道長(zhǎng)度）就是我們平時(shí)所說的“制程數(shù)字”。一般來說，制程越小則可以在相同尺寸的硅片上集成更多的晶體管。


先進(jìn)制程將會(huì)帶來性能提升和功耗降低：制程越先進(jìn)，電子從一極到另一極所流經(jīng)的距離就越短，晶體管反應(yīng)就越迅速；晶體管的體積也越小，單位面積容納的晶體管數(shù)目越多，運(yùn)算速度越快，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的高性能設(shè)計(jì)；同時(shí)縮減晶體管之間的距離之后，晶體管之間的電容也會(huì)更低，而晶體管在切換電子信號(hào)時(shí)的動(dòng)態(tài)功率消耗與電容成正比，所以制程越小功耗越低。
目前的主要制程大致可以分為先進(jìn)先進(jìn)制程和成熟制程，28nm區(qū)分了先進(jìn)制程和成熟制程，主要是因?yàn)?8nm以下制程引進(jìn)了新工藝技術(shù)FinFET，制造難度加大。
隨著制程越小，設(shè)計(jì)成本也是逐漸增加，但從性價(jià)比角度上看，制程的縮減還是值得的。


3. 摩爾定律放緩給追趕者縮小差距提供可能
各晶圓代工廠商市場(chǎng)位勢(shì)基本由其最先進(jìn)節(jié)點(diǎn)所決定。根據(jù)其最先進(jìn)節(jié)點(diǎn)可以分為三個(gè)級(jí)別，臺(tái)積電技術(shù)及規(guī)模優(yōu)勢(shì)明顯，處于第一梯隊(duì)；大陸晶圓代工廠仍位于二三線陣營，中芯國際作為大陸先進(jìn)工藝標(biāo)桿在二線陣營，華虹、武漢新芯、華潤等在三線陣營。從技術(shù)角度，在先進(jìn)制程上，臺(tái)積電處于絕對(duì)領(lǐng)先地位，三星位居其次，中芯國際在28nm節(jié)點(diǎn)上落后，目前大力投入到14nm及以下制程研發(fā)；華虹在實(shí)現(xiàn)28nm量產(chǎn)以后，在華力微二廠積極布局14nm。

晶圓代工行業(yè)屬于資本密集型和技術(shù)密集型行業(yè)，中國企業(yè)要想縮短與國際巨頭的差距，必須集中并加大研發(fā)及資本開支投入來縮短技術(shù)差距，另一方面技術(shù)的研發(fā)離不開人才的投入，因此中國大陸晶圓代工企業(yè)要做好激勵(lì)體制以吸引海外高端人才及培養(yǎng)國內(nèi)人才。
此外，半導(dǎo)體業(yè)環(huán)境在近兩年產(chǎn)生了巨大的變化。體現(xiàn)在摩爾定律作為三四十年引領(lǐng)IC業(yè)發(fā)展的強(qiáng)推動(dòng)力，已然接近物理極限。雖然半導(dǎo)體仍會(huì)繼續(xù)創(chuàng)新，但不會(huì)像以往這么快，沖擊將非常大。4.中芯國際對(duì)國產(chǎn)設(shè)備、材料的空間提升

中芯國際是中國大陸最大的晶圓代工企業(yè)，在大陸市場(chǎng)中占據(jù)58%的市場(chǎng)份額。中芯國際九成以上收入來自28nm以上的成熟制程產(chǎn)品，不過中芯國際之前表示，在今年上半年能夠生產(chǎn)14nm的芯片了，而一旦能夠量產(chǎn)14nm，那么60%的芯片都能夠生產(chǎn)了。

隨著技術(shù)節(jié)點(diǎn)的不斷縮小，集成電路制造的設(shè)備投入呈大幅上升的趨勢(shì)。 據(jù)SMIC公告，2019年設(shè)備投入資本高達(dá)21億美元。

盡管國產(chǎn)設(shè)備尚未大量進(jìn)入中芯國際的14nm FinFET SN1工廠，但以中微公司等已具備7nm/5nm制程部分設(shè)備供應(yīng)能力，北方華創(chuàng)、盛美半導(dǎo)體具備14nm制程部分設(shè)備供應(yīng)能力。隨著中美貿(mào)易的摩擦，未來國產(chǎn)設(shè)備的替換是理所當(dāng)然。

從材料上看，中芯國際近三年采購半導(dǎo)體材料價(jià)值量持續(xù)上升，2019年達(dá)到47.2億，其中硅片占比最大，為43%，光刻膠及配套試劑、濕化學(xué)品、電子氣體、拋光液、拋光墊、靶材占比分別為15%、14%、8%、9%、6%、5%；

采購的半導(dǎo)體材料中，掩模版、研磨液國產(chǎn)化率較高，而其他材料則以進(jìn)口為主，但隨著國產(chǎn)材料在成熟工藝上的突破，國產(chǎn)材料的替代率會(huì)越來越高。整個(gè)市場(chǎng)成向上趨勢(shì)

在過去幾年，全球半導(dǎo)體行業(yè)增長(zhǎng)主要依賴智能手機(jī)等電子設(shè)備的需求，以及物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)應(yīng)用的擴(kuò)增。預(yù)計(jì)全球半導(dǎo)體行業(yè)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)有望持續(xù)至下一個(gè)十年，未來國產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備及材料增長(zhǎng)空間巨大。