莫大康：(2021.5.6)半導(dǎo)體一周要聞

半導(dǎo)體一周要聞

2021.4.26- 2021.5.6

1. 臺積電最新進展：2nm正在開發(fā)，3nm和4nm將在明年面世

全球最大的晶圓代工廠，擁有近500個客戶，這就是他們的獨特之處。一方面，公司幾乎可以為提出任何需求的所有客戶提供服務(wù)；另一方面，就容量和技術(shù)而言，他們必須領(lǐng)先于其他任何人；就產(chǎn)能而言，臺積電（TSMC）是不接受任何挑戰(zhàn)，而且未來幾年也不會。臺積電今年300億美元的資本預(yù)算中，約有80％將用于擴展先進技術(shù)的產(chǎn)能，例如3nm，4nm / 5nm和6nm / 7nm。分析師認為，到今年年底，先進節(jié)點上的大部分資金將用于將臺積電的N5產(chǎn)能擴大，擴大后的產(chǎn)能將提到至每月110,000?120,000個晶圓啟動（WSPM）。

分析師估計，臺積電的N5晶體管密度約為每平方毫米1.7億個晶體管（MTr / mm 2），如果準(zhǔn)確的話，它是當(dāng)今可用的最密集的技術(shù)。相比之下，三星Foundry的5LPE的晶體管密度介乎125 MTR /平方毫米?130 MTR /平方毫米之間，而Intel的10納米設(shè)有一個約100 MTR /平方毫米的密度。

魏哲家說：“ N4將利用N5的強大基礎(chǔ)來進一步擴展我們的5 nm系列?！?“ N4是具有兼容設(shè)計規(guī)則的N5的直接移植，同時為下一波5納米產(chǎn)品提供了進一步的性能，功率和密度增強。N4風(fēng)險生產(chǎn)的目標(biāo)是今年下半年，到2022年實現(xiàn)批量生產(chǎn)。

2022年，全球最大的芯片合同制造商將推出其全新的N3制造工藝，該工藝將繼續(xù)使用FinFET晶體管，但預(yù)計PPA將大幅提升。N3將進一步增加EUV層的數(shù)量，但將繼續(xù)使用DUV光刻技術(shù)。而且，由于該技術(shù)一直在使用FinFET，因此不需要從頭開始重新設(shè)計和開發(fā)全新IP的新一代電子設(shè)計自動化（EDA）工具，這可能會成為基于Samsung Foundry基于GAAFET / MBCFET的3GAE的競爭優(yōu)勢。臺積電首席執(zhí)行官說：“ [N3]風(fēng)險生產(chǎn)計劃在2021年進行?！?“目標(biāo)是在2022年下半年實現(xiàn)量產(chǎn)。引入N3技術(shù)將成為PPA和晶體管技術(shù)中最先進的鑄造技術(shù)。[…]我們對我們的[N5]和[N3]充滿信心，他們將是臺積電的大型持久節(jié)點?！?/p>

Gate-all-around FETs（GAAFET）仍是臺積電發(fā)展路線圖的一部分。預(yù)計該公司在其“后N3”技術(shù)（可能是N2）中使用新型晶體管。實際上，該公司處于下一代材料和晶體管結(jié)構(gòu)的探路模式，這些材料和晶體管結(jié)構(gòu)將在未來的許多年中使用。

該公司在最近的年度報告中說：“對于先進的CMOS邏輯，臺積電的3nm和2nm CMOS節(jié)點正在順利進行中?！?“此外，臺積電加強了探索性的研發(fā)工作，重點放在2nm以外的節(jié)點以及3D晶體管，新存儲器和low-R interconnect等領(lǐng)域，這些領(lǐng)域有望為許多技術(shù)平臺奠定堅實的基礎(chǔ)。

至少按臺積電董事長劉德音、德國智庫Stiftung Neue 4月初，臺積電董事長劉德音公開提到，美國和歐洲擴大其半導(dǎo)體晶圓廠產(chǎn)能的計劃是“經(jīng)濟上不現(xiàn)實的”，因為這些計劃是為了滿足其自身需求而進行的，如果整個半導(dǎo)體供應(yīng)鏈轉(zhuǎn)移到美國和歐洲，或者如果這些地區(qū)計劃擴大產(chǎn)能，則將導(dǎo)致大量“非盈利性”企業(yè)的產(chǎn)生。

2. 德國智庫：歐洲建2nm晶圓廠是徒勞的努力

4月29日報道，歐盟正有意拿出上百億歐元的補貼，邀請先進芯片制造商赴歐建廠。歐盟內(nèi)部市場專員蒂埃里?布雷頓（Thierry Breton）將在4月30日與英特爾、臺積電高管進行對話，并將與三星的代表會談。知情人士透露，Breton計劃與英特爾談判的歐洲新廠，規(guī)模比歐洲現(xiàn)有最大的晶圓生產(chǎn)基地還要大好幾倍。Breton還計劃下周見荷蘭半導(dǎo)體巨頭恩智浦、荷蘭芯片制造設(shè)備巨頭阿斯麥的代表，討論打造歐洲半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的可能性。作為“2030年數(shù)字指南針”戰(zhàn)略的一部分，歐盟委員會的目標(biāo)是到2030年讓歐洲在全球半導(dǎo)體生產(chǎn)市場中的份額達到20％，并擁有能生產(chǎn)先進2nm芯片的晶圓廠。這將需要數(shù)百億歐元的投資。但砸下如此巨額的投資，真能換來大的水花嗎？

依賴于“摩爾微縮”的邏輯芯片通常是通過無晶圓廠公司和晶圓廠的協(xié)作，這樣的勞動分工更具成本收益。如今，無晶圓廠芯片設(shè)計公司占全球集成電路銷售額的近33%，遠高于2000年的9%。美國擁有65%的市場份額，是迄今最大的無晶圓廠公司聚集地。由于無晶圓廠公司可以完全專注于芯片設(shè)計，他們擁有半導(dǎo)體行業(yè)中最高的研發(fā)利潤率，通常是20-30%甚至更高。 

3. 蘋果M2芯片曝光雙芯封裝三季度開始量產(chǎn)

蘋果第一顆雙芯封裝的 CPU （姑且稱為M2 dual，采用2顆M2 SIP，其中一顆旋轉(zhuǎn)180度）將會在今年三季度開始量產(chǎn)。據(jù)爆料人介紹，M2芯片的性能會更強勁，而且最強版本會在蘋果自家臺式機Mac Pro上首發(fā)。

M1之后，大家對M2的關(guān)注度日益提升，日經(jīng)亞洲評論此前曾報道士稱，M2已于本月已進入量產(chǎn)階段，最早可能于7月開始出貨，計劃用于下半年上市的MacBook，以及其他Mac和蘋果設(shè)備。報道同時透露，M2芯片由臺積電生產(chǎn)，采用了最新的5-nanometer plus（N5P）制程工藝。

4. 韓國政府參與美國主導(dǎo)的半導(dǎo)體供應(yīng)鏈重組

據(jù)東亞日報報道，韓國政府已向拜登政府表明立場，將參與美國總統(tǒng)拜登強調(diào)的“美國主導(dǎo)的半導(dǎo)體全球供應(yīng)鏈重組”。因此，韓美確定在當(dāng)?shù)貢r間21日召開的文在寅總統(tǒng)和拜登總統(tǒng)的首次首腦會談中，韓美半導(dǎo)體合作將成為主要議題。拜登總統(tǒng)1月就任，在白宮與文在寅總統(tǒng)直接會面，這是世界首腦中繼日本首相菅義偉之后的第二人。

韓國政府相關(guān)人士30日表示：“已向拜登政府表明立場，將參與美國關(guān)于應(yīng)該擁有半導(dǎo)體和汽車用電池等核心技術(shù)、生產(chǎn)自身供應(yīng)網(wǎng)的構(gòu)想?！睋?jù)悉，政府認為，如果在美中技術(shù)霸權(quán)競爭中不能參與由美國主導(dǎo)的半導(dǎo)體供應(yīng)網(wǎng)，國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)將遭受打擊。

5. 美國半導(dǎo)體公司對中國市場依賴有多大

據(jù)美國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會（SIA）統(tǒng)計，2020年全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)銷售額為4390億美元，與2019年的4123億美元相比增長了6.5%。其中，美國半導(dǎo)體公司的銷售額約為2080億美元，占全球銷售額的47%。同時2020年美國芯片市場銷售額增長了19.8%達到941.5億美元。芯思想研究院（ChipInsights）對美國15家主要芯片公司營收進行了梳理和分析，現(xiàn)將有關(guān)情況整理如下。 

美國15家主要芯片公司2020年整體營收為2187億美元，較2019年2057億美元增加了130億元，增幅6.3%。15家公司中，有8家營收實現(xiàn)正增長，其中英偉達（nVIDIA）增長53%，AMD增長45%，其他6家增幅在10%以內(nèi)；有7家營收出現(xiàn)下滑，美光（Micron）下滑最大，為-8.4%。

6. 為何臺積電難過水關(guān)？

在90nm工藝節(jié)點制程下，只需要90次左右的清洗步驟就可以達到較好的良率。但是在下一代65nm工藝節(jié)點時，清洗步驟增加到140步左右。而到22nm/20n節(jié)點，清洗步驟增加到210次左右。如此多次頻繁的清洗，具體用水量如何？數(shù)據(jù)顯示，在產(chǎn)能在4萬片每月的200mm晶圓廠中，一天用水量約為8000到10000 噸，其中70%是用來生成超純水。但是到16nm，7nm工藝，同樣產(chǎn)能為4萬片的12英寸晶圓廠，每天用水量大概是20000噸。按照IC Insight數(shù)據(jù)，如果全球晶圓廠產(chǎn)能增加量按照200mm等效晶圓計算，全球晶圓產(chǎn)能在2020年至2022年三年增加量分別為1790萬片，2080萬片和 1440萬片，按照這個數(shù)字計算，用水量將是無比巨大的！

據(jù)悉，臺積電每年需消耗約160億噸淡水，目前臺積電已經(jīng)實現(xiàn)了86%的廢水回收利用率，平均每升水可重復(fù)利用3-4次，但仍然消耗巨大。對于半導(dǎo)體制造廠商來說，每天的用水量巨大，如果供水出現(xiàn)問題，恐影響生產(chǎn)。為了減少用水量同時也為了緩解缺水危機，中國臺灣也同步采取了多項措施。一是相關(guān)部門要求產(chǎn)業(yè)界提出節(jié)水計劃，臺積電被要求將用水量減少7%以上。臺積電發(fā)言人還表示，“臺當(dāng)局”將撥款170億元新臺幣（約合39億元人民幣），在2026年之前建造11座水回收廠。據(jù)了解，臺積電全臺廠區(qū)日用水量達15.89萬噸，若全以水車載水，每天要達近8000車次。另外，最新的消息稱臺積電正在建設(shè)一座能夠處理工業(yè)用水的工廠，以便將水可以再利用，用于制造半導(dǎo)體。

7. Fabless占據(jù)2020年33%市場份額，創(chuàng)歷史新高

市調(diào)機構(gòu) IC Insights在《The McClean Report 2021》4月更新中描述了Fabless（無晶圓廠）廠商與IDM（集成設(shè)備制造商）廠商的銷售增長率在歷史上有很大不同（圖1）。通常，F(xiàn)abless 廠商所記錄的銷售增長率要高于IDM所顯示的增長率。實際上，有史以來第一年IDM廠商IC銷售增長過Fabless 。上一次出現(xiàn)這種情況是2010年，當(dāng)時IDM IC銷售量增長35％，F(xiàn)abless 廠商銷售額增長29％。

8. 芯海科技龐功會：如何在芯片缺貨狀態(tài)下從國產(chǎn)替代中勝出

國產(chǎn)替代的機會有哪些？龐功會把國產(chǎn)替代的機會分成了三大類：市場大、應(yīng)用清晰、門檻高的A類 ；市場多樣化、應(yīng)用差異化、有一定門檻的B類；市場大、應(yīng)用清晰、門檻低的C類。

A類主要有PC CPU、GPU、手機SOC、FPGA、服務(wù)器芯片，DDR、NAND Flash，高速ADC、手機射頻、高速PHY、Switch等，市場對技術(shù)能力和資金要求較高。C類主要包含消費電子數(shù)字芯片（CPU、8位/32位MCU），中低端藍牙音頻芯片、BLE、IoT Wi-Fi，消費電源芯片（DC-DC、AC-DC、LDO），LED Driver，低精度運放等，市場國產(chǎn)芯片競爭激烈。

龐功會重點闡述了在B類市場的挑戰(zhàn)與機會。B類市場主要包含高性能藍牙音頻、超低功耗藍牙，汽車電子MCU、汽車MPU、低功耗MCU，高速Wi-Fi、通用PHY、Switch，馬達驅(qū)動芯片，高精度運放、調(diào)理芯片，高精度ADC，工業(yè)、手機電源芯片（AC-DC、DC-DC、Charge Pump）等。在B類市場中，目前存在品質(zhì)供應(yīng)鏈、產(chǎn)品開發(fā)交付延遲、產(chǎn)品定義不夠準(zhǔn)確、市場應(yīng)用多元化、系統(tǒng)應(yīng)用復(fù)雜、客戶需求難以把握的挑戰(zhàn)。

9. 吳漢明：本土可控的55nm芯片制造比完全進口的7nm更有意義

在中國工程院主辦的“中國工程院信息與電子工程前沿論壇”上，中國工程院院士吳漢明對光刻機、產(chǎn)業(yè)鏈國產(chǎn)化等關(guān)鍵問題進行了分析。整個產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，重點的三大“卡脖子”制造環(huán)節(jié)包括了工藝、裝備/材料、設(shè)計IP核/EDA。他表示，在半導(dǎo)體材料方面，我國光刻膠、掩膜版、大硅片產(chǎn)品幾乎都要依賴進口；在裝備領(lǐng)域，世界舞臺上看不到中國裝備的身影。吳漢明強調(diào)，自主可控固然重要，但也要認識到集成電路產(chǎn)業(yè)是全球性的產(chǎn)業(yè)。以EUV光刻機為例，涉及到十多萬零部件，需要5000多供應(yīng)商支撐，其中32%在荷蘭和英國，27%供應(yīng)商在美國，14%在德國，27%在日本，這就體現(xiàn)了全球化技術(shù)協(xié)作的結(jié)果。在其中，“我們有哪些環(huán)節(jié)拿得住的？是我國研發(fā)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心點?！?/p>

他援引數(shù)據(jù)稱，10納米節(jié)點以下先進產(chǎn)能占17%，83%市場在10納米以上節(jié)點，創(chuàng)新空間巨大。在先進制程研發(fā)不占優(yōu)勢的情況下，我國可以運用成熟的工藝，把芯片的性能提升。也正是因此他提出一個觀點：本土可控的55nm芯片制造，比完全進口的7nm更有意義。

10. 晶圓制造產(chǎn)能吃緊，眾廠商急吼吼擴產(chǎn)

2020年和2021年晶圓制造產(chǎn)能相當(dāng)吃緊，在產(chǎn)能為王的時期，IDM運營的公司具有相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)能保證，可以有很大的騰挪空間。IDM手握充裕的產(chǎn)能，將是打擊競爭對手的大殺器。芯思想研究院為您梳理了全球19家公司30個新增或擴產(chǎn)項目的情況，不包括存儲擴產(chǎn)項目。

11. 全球封測市場地區(qū)分布

12. ASML 與Nikon 近10年浸潤式光刻機銷售量比較

13. 尹志堯公開發(fā)聲：中國造芯之路毀于人才，美國頂尖人才均是中國人

我們不難發(fā)現(xiàn)，雖然中國目前已經(jīng)在盡最大的努力去研發(fā)芯片了，但仍然無法打造出完整的一條產(chǎn)業(yè)鏈，部分技術(shù)雖然已經(jīng)達到全球頂尖狀態(tài)了，但國內(nèi)沒有能匹配得上的同等工藝，導(dǎo)致了尖端技術(shù)的價值被無限縮小，而華為的麒麟芯片就是一個很好的例子。

14. 臺積電宣布采用AMD EPYC芯片負責(zé)其關(guān)鍵生產(chǎn)線控制

臺積電與AMD的合作更進了一步，日期臺積電已經(jīng)宣布，開始使用基于AMD EPYC霄龍?zhí)幚砥鞯膞86服務(wù)器，來負責(zé)其生產(chǎn)線的關(guān)鍵任務(wù)控制操作。臺積電負責(zé)人士表示，為了提升自動化率，任何機器都要配備x86服務(wù)器來控制操作速度、耗電、用氣、給水等。臺積電方面介紹，生產(chǎn)機器非常昂貴，可能要花費數(shù)十億美元，但控制它們的服務(wù)器便宜得多。我需要確保很高的有效性，即萬一一個機架壞了，另一個機架可以迅速頂上來。當(dāng)前一個標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建塊可以生成大約1000個虛擬機，這些虛擬機可以控制我們潔凈室中的1000個fab工具。

15. 美國卡位中國28nm以下先進工藝？

對于遏制中國半導(dǎo)體崛起這一目標(biāo)，美國前后兩任政府表現(xiàn)得空前一致?！芭_積電現(xiàn)在重新決定在南京擴建28nm產(chǎn)線，實際上也是考慮到了美國政策的影響。從中我們也可以看出，美國對中國先進工藝的容忍上限可能就是28nm?！?8nm對大多數(shù)芯片而言都具備較好的性價比，這也意味著28nm擁有巨量市場和空間。根據(jù)《2019集成電路行業(yè)研究報告》，28nm及以下工藝的先進工藝占據(jù)了48%的市場份額，而成熟工藝則占據(jù)了52%的市場份額。而國內(nèi)的產(chǎn)能稀缺并不是僅僅是16/14nm，7nm，5nm，還包括28nm。知名大V“寧南山”分析指出，中芯國際+華力微的28nm產(chǎn)值全球占比不過4%左右，另外廈門聯(lián)芯（臺聯(lián)電旗下公司）也有28nm產(chǎn)線?？偟膩碚f，全球28nm代工產(chǎn)能大部分在中國臺灣地區(qū)，這里面存在嚴(yán)重的大陸本土供給和大陸本土需求不匹配。

通過梳理近年來美國對中國半導(dǎo)體的政策，王進分析：“回過頭來看，美國對中國其實是有種一步步‘溫水煮青蛙’的試探。在禁運其中一家企業(yè)之后，發(fā)現(xiàn)中國沒有動靜，就繼續(xù)禁運下一家。美國不會一下子完全打壓死中國，他會選擇性給予一定的‘空子’，按照美國的打法，肯定是走一步看一步，如果一條路堵不死中國，我相信它還會有新的政策出來?！?/p>

結(jié)語：來自美國的壓力源源不絕，無論從哪個角度來看，中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)都該拋棄幻想，認真“應(yīng)戰(zhàn)”了。

16. 日經(jīng)：全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈風(fēng)險極高，八成依賴亞洲

據(jù)日經(jīng)新聞報導(dǎo)，亞洲的半導(dǎo)體出口量目前已占全球80%；半導(dǎo)體生產(chǎn)基地過于集中、半導(dǎo)體廠大型化等因素，讓半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的風(fēng)險難以消除，也促使一些國家開始推動讓半導(dǎo)體生產(chǎn)回歸國內(nèi)。

第一個因素是生產(chǎn)基地集中。另一個風(fēng)險因素，是半導(dǎo)體廠的大型化；中國臺灣、韓國的單一半導(dǎo)體廠產(chǎn)能，目前是2009年的約兩倍，日本則是約1.4倍。以上種種讓業(yè)界普遍對半導(dǎo)體供給風(fēng)險的疑慮日益升高，一些國家在設(shè)法降低對進口的依賴；英特爾CEO基辛格表示：“最先進半導(dǎo)體的生產(chǎn)偏重于東亞，必須加以平衡?！庇⑻貭栍媱澰诿绹鴣喞Ｄ侵菖d建新廠，是美國讓半導(dǎo)體生產(chǎn)回歸的跡象。此外，歐洲也準(zhǔn)備提高在新一代半導(dǎo)體領(lǐng)域的市占率，日本則打算在國內(nèi)建立先進半導(dǎo)體廠。中國大陸也計劃提高半導(dǎo)體自給率。