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[原创] 愈演愈烈的晶圆代工

当下,全球市场对晶圆代工产能需求的迫切程度达到了历史最高点,在此背景下,不只是传统晶圆代工厂,一些IDM大厂也相继扩大投资,如英特尔宣布将重点投入晶圆代工业务,SK海力士也宣布将扩大投入晶圆代工业务。
 
这波芯片缺货潮主要由电源管理IC、显示驱动IC引起,之后进一步蔓延至 MCU、NAND Flash控制芯片、NOR Flash、CIS等。全球性缺货使得晶圆代工产能供不应求,出现大幅涨价、竞标抢产能等前所未见的情况。台积电认为,这种产能短缺现象,2023年之前恐怕无法缓解。
 
最近,有4家厂商在晶圆代工产能扩充方面有较大动作,引起了业内的关注,分别是SK海力士、台积电、力积电和英特尔。
 
存储IDM转型
 
上周,SK海力士CEO暗示,将针对晶圆代工业务加大投资,因为这是该公司业务转型的关键。
 
目前,晶圆代工业务仅占SK海力士营收的5%,还有很大的发展空间。该公司通过SK Hynix System IC子公司提供代工服务,最近,该子公司将其工厂从韩国清州迁到了中国无锡。
 
2020年,SK海力士参与的基金购买了Magnachip Semiconductor的晶圆代工业务,SK海力士于其中占有49.8%的股份,此晶圆代工业务拆分之后又宣布变更公司名称,这就是现有从事晶圆代工业务的Key Foundry.
 
SK Hynix System IC子公司和Key Foundry主要生产8英寸晶圆成熟制程芯片,从其CEO的表态来看,SK海力士希望能够在先进制程方面有所突破。
 
由于SK海力士晶圆代工营收占整体营收不到5%,业界解读,该公司可能会继续收购晶圆代工厂或入股投资,以扩大晶圆代工业务比重。
 
从2016下半年到2018上半年,全球存储器市场出现了大规模的缺货和涨价状况,因此,全球三大存储器厂商三星、SK海力士和美光赚的盆满钵满。但从2018下半年开始,行情开始出现变化,DRAM和NAND Flash的价格一路下滑,因此,三星、SK海力士和美光的营收在一年多的时间内,从大起,转为大落。
 
在这样的情势下,SK海力士对外宣布,要在今后几年加大对非存储业务的投入,重点关注晶圆代工和逻辑芯片,以降低风险,减小单一领域大起大落对公司营收的影响。
 
2018年2月,SK海力士宣布,将投资1070亿美元建设4座晶圆厂,以巩固其存储芯片的行业地位。
 
由于手机基带和AP处理器,以及汽车芯片等逻辑器件随应用增加而供不应求,使得许多晶圆代工厂的 8 英寸产能处于满载状态。为了应对市场需求,2019年,SK海力士收购了逻辑芯片制造商美格纳半导体 (MagnaChip)在韩国清州市的晶圆代工厂,以扩大其 8英寸晶圆生产线。
 
晶圆代工是台积电的本行,而逻辑芯片,特别是采用先进制程的逻辑芯片(如手机基带、AP芯片,CPU、FPGA等)是台积电核心竞争力的体现,SK海力士在这方面大规模的投资计划,客观上在与台积电竞争。
 
龙头南京扩产
 
近期,台积电宣布3年投资1000亿美元扩建晶圆厂,上周,该公司还确认将投资28.87亿美元扩充南京厂28nm制程工艺产能,每月增加4万片晶圆产量,主要用于生产汽车芯片。
 
台积电指出,目前台湾地区的晶圆厂已经没有洁尘室空间,只有南京厂有现成空间可用,可以直接设置生产线,有利于快速形成产能。
 
按照计划,台积电南京厂的28nm制程产能将于2022年下半年量产,2023年中达到4万片晶圆/月的满载产能目标。目前,台积电的南京工厂主要生产16nm芯片,月产能约为2万片晶圆。
 
台积电南京厂于2015年立项,该厂从兴建,到生产,再到盈利,几乎是以火箭的速度进行,打破了台积电多项纪录,从动土到设备进厂只用了14个月,成为该公司建厂最快、上线最快的厂区,更重要的是,实现量产后的第二年就实现了盈利,这在整个半导体行业内也是罕见的。
 
反摩尔定律
 
3月下旬,力积电举行了铜锣12英寸晶圆厂动土典礼,总投资额达新台币2780亿元,总产能每月10万片,将从2023年起分期投产,满载年产值超过600亿元。
 
针对力积电铜锣新厂的营运策略,力积电董事长黄崇仁独创了反摩尔定律(Reverse-Moore's Law)来说明:一条12英寸晶圆生产线的投资动辄千亿元新台币,3nm制程的12英寸新厂投资更接近6000亿元,晶圆制造厂承受了极大的财务、技术和营运风险,而毛利率如果有20-30%就算不错了,反观IC设计和其他半导体周边配套行业,却享受着本小利厚的经营果实,Reverse-Moore's Law就是要改变这种失衡的供应链结构,晶圆制造与其它上下游周边行业必须要建立利润共享、风险分担的新合作模式,才能让半导体产业健康发展下去。
 
预计该新厂将于明年 9 月装机,第一期月产能 2.5 万片,2023 年起分期投产,总产能估每月 10 万片。
 
力积电曾是台湾地区最大的DRAM厂,过去曾大赚,也有大亏,2012年因DRAM价格下跌冲击,每股净值变成负数,那之后,该公司重新调整运营策略,转型为晶圆代工厂,除了替金士顿及晶豪科等代工DRAM外,也投入LCD驱动IC、电源管理IC、CMOS影像传感器等晶圆代工业务。
 
2013年,力积电转亏为盈,已经连续7年维持获利。特别是2017和2018上半年存储器缺货涨价,使得力积电大赚,2018年利润超过百亿元新台币。但是,2018下半年以来,随着半导体业景气度下滑,特别是DRAM价格暴跌,使得力积电代工DRAM产能利用率较低。不过,近期全球晶圆代工产能严重短缺,给了力积电机会,加码12英寸晶圆厂必须跟上。
 
除了投资产能之外,创新也是晶圆制造产业提升价值的方向;力积电是全球唯一同时拥有存储和逻辑制程技术的晶圆代工厂商,虽然制程不是最尖端,但该公司善用独特专长,已成功推出存储与逻辑晶圆堆栈的Interchip技术,通过异质晶圆堆栈突破了芯片之间数据传输的瓶颈。
 
IDM龙头加入战团
 
在过去的十几年里,在看到晶圆代工业务的逐步成熟、高效率,以及良好的业绩之后,多家IDM大厂先后进入晶圆代工业,以寻求更好的发展机会。如前文提到的SK海力士,以及行业霸主英特尔。
 
英特尔于2013年跨入晶圆代工领域,但业务始终未能见到起色。当时,英特尔宣布采用自家的20nm制程工艺给Altera(后来被英特尔收购)代工生产FPGA,在业界引起了轩然大波,大概也就是从那时起,人们才相信英特尔真的想进入晶圆代工业了。后来,英特尔也正是宣布进入代工业,但由于长久运营的IDM模式与Foundry有着非常大的区别,转型需要做非常大的调整,包括思维方式的调整,这对于习惯了IDM式高利润的英特尔来说,确实是困难重重。
 
也正是从为Altera代工生产FPGA开始,英特尔似乎也看到了晶圆代工这一商业模式的可取之处,特别是在2012年前后,以及之后的几年里,智能手机快速发展,高通就是凭借其在3G方面的提前布局,占领了先机,在当时的市场风光无限,市值一度超过了英特尔。而手机相关芯片,特别是处理器是晶圆代工市场的龙头产品,三星和台积电都因此大赚。这也刺激了英特尔,不但看到了代工生产芯片的巨大商机,从而进一步涉猎该领域。
 
基于此,今年3月,该IDM霸主借着新CEO上任,以及全球芯片产能严重短缺的契机,推出了IDM 2.0战略,将重点投资晶圆代工产业,为此,英特尔还成立了新事业部,并宣示该业务将争取像苹果这种类型的客户;据英特尔规划,两座新建晶圆厂将在 2024 年投产,届时将有能力生产 7nm制程芯片。
 
结语
 
以上只列出了近期备受关注的几个晶圆代工扩产项目,实际上,在产能严重短缺的当下,还有多家厂商宣布扩产,如联电、中芯国际等,都在投资扩充产线,以抓住未来两三年的订单机会。相信这股晶圆代工扩产热会在接下来的一年内越烧越旺。

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