市場需求爆發 晶圓代工競速「燒錢遊戲」

馬祿豐

在2018年上半年，臺積電全球市場占有率已經達到56%，也就是說，全球有一半以上的半導體、芯片都來自于臺積電。

近日供應鏈傳出消息，稱晶圓代工巨頭臺積電已經贏得了2019年蘋果A13芯片的獨家訂單，加上此前的高通、華為、英偉達等廠商的訂單，2019年臺積電在全球專業晶圓代工市場份額有望升至60%。而在2018年上半年，臺積電全球市場占有率已經達到56%，也就是說，全球有一半以上的半導體、芯片都來自於臺積電。

英特爾14nm的產能缺口接近50%，即使在日前的電話會議上英特爾宣佈將轉移部分10nm產能到14nm上，但顯然還是遠遠不夠的。

5G對芯片提出新要求

相比4G，5G的業務場景將擴大到三大場景，業務需求發生重大變化，新需求隨之帶來技術變革。基於5G的大帶寬、低延時、廣聯接的特性，孵化出更多的創新業務。而5G靈活、高效融合、開放的特性使得創新業務在交通、工業等各個行業加速融合，使得垂直行業的應用更加多樣化，孕育新型信息產品和服務，創新5G行業應用，重塑產業發展模式。

未來基於5G的AR或者VR，不僅在娛樂場景下會得到廣發應用，也會在醫療、工業，包括管理、教育等場景下都會獲得非常好的發展機會。終端形態多樣化、處理要求加強，這都對芯片的能力提出新的要求。

對於先進制程的熱情投資來自於芯片市場需求的爆發。比如華為2019年推出的麒麟990以及高通驍龍的855（8510），都需要更先進的制程來提高市場的競爭力。集邦拓墣產業研究院分析師姚嘉洋表示，制程越先進，面積越小，性能提升的同時功耗也會降低，一般來說，10nm對16nm，功耗大約會下降20%到30%。數字越小則代表了越先進的技術水準。

但從分析機構提供的數據來看，無論是芯片廠商還是晶圓代工廠商，越往「金字塔」走，承擔的壓力就越大。國際半導體市場研究機構IC Insights最新的報告指出，預計2018年全球四大純晶圓代工廠中，除了臺積電，GlobalFoundries、聯華電子和中芯國際每晶圓平均收入都在下降。

IC Insights 預測，未來5年能有能力投入先進制程的晶圓代工廠，只有臺積電、三星以及英特爾，激烈競爭之下，會讓定價壓力一路延燒到2022年為止。

金字塔尖的競爭

芯片行業對於數字的高度敏感，越來越成為晶圓代工廠商以及芯片廠商的「緊箍咒」。對於處於金字塔尖的巨頭們來說，不無例外。

在近幾年來，三星在先進制程工藝方面一再取得對臺積電的領先優勢，14/16nm FinFET、10nm工藝均先於臺積電投產；而在臺積電分析師會議舉行的同一天，三星宣佈使用極紫外光刻技術（EUV）的 7 nm LPP 工藝開始生產，叫板意味十足。

對於三星的動作，臺積電高調反擊表示，手上已有 100 個 7 nm的流片客戶，應用在 AI 領域的高速運算芯片占多數；更重要的是，2019 年第二代采用 EUV技術的 7 nm將貢獻 10 億美元營收。

其中一位客戶就是華為，有消息稱海思麒麟990目前正用臺積電7nm Plus EUV的工藝設計，預計在2019年一季度正式流片，而一次流片就至少花費3000萬美元，但華為并沒有對此作出回復。

而在高通的4G/5G峰會上，華為也是被提及最多的競爭對手。而為了「反制」對手，高通也在加快芯片模組的出貨節奏。現場的一名高通工作人員表示，目前高通正在把AI的能力，覆蓋到更多的芯片組合中，包括驍龍675的AI性能提升了50%。

過去，三星電子與高通的合作可謂緊密，但由於三星7nm工藝遲遲未上，分析師稱高通最新的頂級移動芯片驍龍8150有可能轉由臺積電代工；不過，在三星第二代采用EUV工藝的7nm芯片量產后，又迎來了變數。

「純晶圓代工廠每片晶圓的平均收入在很大程度上取決於工藝技術的最小特徵尺寸。」IC insights最新的統計顯示，2018年，0.5μm/200mm每片晶圓的平均營收（370美元）和小於20nm/300mm每片晶圓創造的營收（6050美元）之間的差異超過16倍。

正是因為臺積電小於45nm的工藝產品占其營收的大多數，這就使得該公司每片晶圓的營收在2013年到2018年之間保持2%的年平均復合增長率。但GlobalFoundries、UMC和中芯國際在這個周期內的年平均復合增長率則下滑了2%。而這也是三星為什么在瘋狂投資先進制程的原因。

選手「退賽」

在過去，半導體市場的重點一直圍繞著傳統的芯片微縮，在器件中加入更多功能，然后在每個工藝節點上縮小器件。

然而到了最近幾年，芯片在每個節點處的微縮都變得更加昂貴和復雜。如今，只有少數人能夠負擔得起在先進節點上設計芯片的費用。根據IBS的數據，僅IC設計成本就從28nm平面器件的5130萬美元躍升至7nm芯片的2.978億美元。

IC Insights表示，臺積電能保持一枝獨秀的地位，主要原因就是其幾乎壟斷了最先進制程工藝節點的市場。

事實上，全球四大晶圓代工廠每片晶圓的平均營收在2014年已經觸頂，達到1149 美元，之后一路緩跌至2 0 1 7年。I C Insights指出，制程技術的先進與否，影響了每片晶圓營收的高低，0.5μ8英寸矽晶圓每片平均營收只有370美元，20nm以下12英寸晶圓每片平均營收卻達6050 美元。若以平方英寸平均營收來看，0.5μ制程技術與20 nm以下制程技術，前者的平均營收7.41美元，遠遠不如后者的53.86美元。

出于市場的壓力，部分晶圓代工巨頭開始選擇「停下腳步」，檢討不斷「燒錢」投入先進工藝后帶來的后果。

格芯（GLOBALFOUNDRIES，原名格羅方德）2018年8月正式對外宣佈擱置7nm FinFET項目，并調整相應研發團隊來支持強化的產品組合方案。格芯表示，在裁減相關人員的同時，一大部分頂尖技術人員將被部署到14/12nm FinFET衍生產品和其他差異化產品的工作上。

「客戶對半導體的需求從未如此高漲，并要求我們在實現未來技術創新方面發揮越來越大的作用。」格芯首席執行官湯姆·嘉菲爾德（Tom Caulfield）表示，「今天，絕大多數無晶圓廠客戶都希望從每一代技術中獲得更多價值，以充分利用設計每個技術節點所需的大量投資。從本質上講，這些節點正在向為多個應用領域提供服務的設計平臺過渡，從而為每個節點提供更長的使用壽命。這一行業動態導致設計范圍到達摩爾定律外部界限的無晶圓廠客戶越來越少。我們正重組資源來轉變業務重心，加倍投資整個產品組合中的差異化技術，有針對性地服務不斷增長的細分市場中的客戶。」

而在前不久，也有消息稱英特爾將會把旗下的技術和制造業務拆分為三個不同部門，這被外界理解為10nm工藝遲遲無法大規模量產所導致的結果。

不管怎樣，聯電與格芯先后退出先進制程軍備競賽，加上英特爾的10納米制程處理器量產出貨時程再度遞延到2019年底，均顯示先進制程的技術進展已面臨瓶頸。