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先进制程只是巨头battle的舞台,成熟制程才是全球追求的“财富”
2024-02-28 来源:贤集网
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关键词: 芯片 汽车电子 MCU

曾经,先进制程是芯片制造的王道,各家厂商争先恐后,摩尔定律的脚步仿佛永不停歇。然而,随着技术壁垒的不断垒高,先进制程的研发成本和风险也呈指数级增长,这条通往未来的道路变得愈发艰难。

与此同时,曾经被视为落后的成熟制程却迎来了王者归来。在智能手机、物联网、汽车电子等领域,大量的芯片需求都可以由成熟制程满足,就拿汽车来说,汽车行业使用的芯片95%都是传统芯片。而更低的成本和更高的性价比,也让它成为了市场中的香饽饽。

一场场轰轰烈烈的成熟制程大战,正在全球范围内上演。



成熟制程仍然是中流砥柱

说到芯片制程,可能很多人都是云里雾里,其实我们经常听到的28nm、7nm、5nm、3nm等,这些词说的就是芯片制程。一块芯片由无数的晶体管组成,每个晶体管由源极、栅极、漏极组成,其中栅极相当于一个通道,主要负责控制两端源极和漏极的通断。而栅极的宽度,就是制程节点,也就是我们常说的多少纳米工艺中的数值。

一般来说,晶体管中栅极的宽度越窄,晶体管就越小,电流通过时的损耗越低,性能也越高,制造工艺也更复杂。目前,业界普遍认为28nm是成熟制程与先进制程的分界线,28nm及以上的制程工艺被称为成熟制程,28nm以下的制程工艺被称为先进制程。

或许很多人认为,随着先进制程的发展,成熟制程早晚是要被淘汰的,这么说确实有一定的道理,但并不正确。

要知道,芯片不是越小越好,先进制程芯片的性能虽好,但不耐操,只在手机处理器等少数领域应用,在工业、汽车、军事等领域,反而成熟制程芯片可靠。

直至今日,成熟制程仍然有着无法替代的价值。

比如,中小容量的存储芯片、模拟芯片、MCU、电源管理芯片、模数混合芯片、CMOS 传感器、传感器等主要采用成熟制程。在应用层面,受益于下游新能源汽车、新一代通信技术、安防、云计算等领域的快速发展,射频、功率半导体等使用成熟制程的芯片需求量大增。

2022年以来,消费电子终端持续低迷,芯片市场从全面缺芯转向结构性缺货,至今还缺的就是采用成熟制程的汽车芯片。就拿汽车MCU芯片来说,汽车的ESP车身电子稳定系统和ECU电子控制单元等都需要用到这种芯片,它主要由8英寸晶圆生产,芯片的制程普遍在45-130nm之间。

总的来说,成熟制程可满足大部分应用场景,很多领域并不需要7nm、5nm、3nm这样的先进制程,制程并不是衡量芯片价值的唯一标准。



中国成熟制程产能最高

根据TrendForce发布的市场报告,表示2023年至2027年全球晶圆代工市场成熟制程及先进制程的产能比重大概维持在7:3。其中中国大陆地区致力于推动本土化生产等政策和补贴,积极扩产,预计成熟制程产能占比将从2023年的29%提升至2027年的33%。

中国大陆地区的晶圆代工厂中,以中芯国际(SMIC)、华虹(HuaHong Group)、以及晶合集成(Nexchip)最为积极,扩产主要聚焦在Driver IC、CIS/ISP与Power Discrete等特殊工艺。

Driver IC方面,主要采用HV(High Voltage)特殊工艺,近期重点在40/28nm HV制程开发,目前市场较领先的是联华电子(UMC),其次是格罗方德(GlobalFoundries)。中芯国际的28HV和合肥晶合集成的40HV将在今年第四季到明年下半年进入量产阶段,技术差距也逐渐缩小,如力积电(PSMC)以及暂时还没有12英寸晶圆厂的世界先进(Vanguard)、东部高科(DBHitek)短期内将首先受到冲击。长远来看,也将对联华电子和格罗方德造成影响。

CIS/ISP方面,3D CIS结构包含逻辑层ISP与CIS感光层,主流工艺大致以40/45nm为分水岭,逻辑层ISP制程将持续往更先进节点发展,而CIS感光层与FSI/BSI CIS则以65/55nm及以上为主流。目前技术领先业者主要是台积电(TSMC)、联电、三星(Samsung)为主,但中芯国际、合肥晶合集成紧追其后,除了在技术层面追赶外,还会受惠于国内智能手机品牌的订单支撑,以及相关厂商积极响应政府政策将订单转会中国大陆地区。Power Discrete(功率元件)主要涵盖MOSFET与IGBT两种产品,中国大陆地区的晶圆代工厂也有更多切入的机会,加上其他本土小厂加入竞争行列,若产能大幅度提升,将加剧全球Power Discrete代工的竞争压力。

目前中国大陆地区的目标是提高本土化生产的比例,大幅度扩充产能可能会造成全球成熟制程产能过剩,且随之而来的将会是价格战。随着未来几年成熟制程产能提升,业内二/三线晶圆代工厂将面临客户流失的风险及价格压力,最终取决于技术迭进与良品率。


国内代工玩家,成熟制程怎么看?

作为成熟制程的国内晶圆代工厂,中芯、华虹是资深玩家,他们又如何看这个市场的发展呢?

中芯国际在2月7日的投资者关系活动上,针对“全球加强本地化生产,产能过剩的问题”回答道,从大的角度来看,全球代工业的产能建设在有些市场很扎堆,供过于求,这个是会出现的。但按照行业的竞争规律,大约5-6年把多余的产能部分进行消化和兼并,市场和供应会取得一个平衡。

而就中芯国际已经建设的项目,这些都是基于与客户及产业链的事先协商,并且市场上确实存在这种需求。如果未来的发展确实需要这样的产能,不论是在经济繁荣时期还是当前经济下行的背景下进行建设,实质上并无太大区别。中芯国际的战略并不是简单追随摩尔定律,而是考虑到工厂的长期运营,通常超过20年。与此同时,中芯国际发展的不是摩尔定律的客户,特殊制程的产品很慢,又需要很多很多产品才能形成产量。从开始建立产能,到上升到很稳定的一个量,是需要很长时间的。所以比较稳妥的一个办法是觉得未来有发展方向,跟客户达成协议,每年建设的量差不多是最好。

此外,市场是有机会的,中芯国际在全球半导体代工行业中的份额相对较小,目前仅占整个行业的5%,在包括集成电路制造业的IDM在内的全球市场中,其份额大约为1%。考虑到中芯国际产品和研发的多样性,即使其市场份额有所增加,例如从1%增长到1.5%甚至2%,也不太可能对整个行业造成重大冲击。

在外部环境无重大变化的前提下,中芯国际公司给出的 2024 年指引是:销售收入增幅不低于可比同业的平均值,同比中个位数增长。公司计划在2024年继续推进近几年来已宣布的 12 英寸工厂和产能建设计划,预计资本开支与上一年相比大致持平。



华虹2023年全年实现销售收入 22.861亿美元,全年毛利率为 21.3%。该公司认为 2024 全年会比2023 全年表现更好。从产能情况上来看,目前华虹在上海金桥和张江建有三座 8 英寸晶圆厂,月产能约 18 万片。另在无锡高新技术产业开发区内建有一座月产能 9.45 万片的12 英寸晶圆厂(“华虹无锡”),这不仅是全球领先的 12 英寸特色工艺生产线,也是全球第一条 12 英寸功率器件代工生产线。目前,该公司正在推进华虹无锡二期 12 英寸芯片生产线(“华虹制造”)的建设。华虹在2023Q4的业绩说明会上表示,华虹半导体是独一无二聚焦于特色工艺的晶圆代工厂,历时 20 多年研发5大特色工艺平台,近几年,即使有非常多的新建代工厂释放产能,我们仍认为,放眼国内外,公司能够在各个技术领域保持领先优势。


结语

成熟制程之战不仅是一场商业竞争,更是一场科技博弈。总之,成熟制程技术的大战正展现出半导体行业的新趋势,那就是在追求技术创新的同时,更加注重成本效益和市场需求的平衡。这场战争虽然不似先进制程那般闪耀,但其影响力和重要性却在逐渐加深。