快充芯片缺货、全球汽车芯片断供……8英寸晶圆到底怎么了

业界 作者:电脑报 2020-12-08 17:54:42 阅读:159
2020年的半导体市场风起云涌,今天,小编想和大家聊的是8英寸晶圆的故事,一个半导体上游材料的供需紧张,引发下游一连串反应,从手机快充头到汽车,一场蝴蝶效应正在全球半导体领域上演。

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产能紧张的8英寸晶圆


提到晶圆,对于《电脑报》的小伙伴而言可能并不复杂,不过具体到8英寸晶圆上,大家是否依旧有些懵懂?



关于晶圆尺寸的演变,在业内比较公认的一种说法是:1980年代是4英寸硅片占主流,1990年代是6英寸占主流,2000年代是8英寸占主流,2008年之后是以12英寸为主流的市场。


目前市场上以8英寸和12英寸的硅片生产为主。其中8英寸硅片主要应用于特色技术或差异化技术, 产品包括各种电源芯片、摄影/指纹识别等传感器、智能硬件中的MCU与无线通信芯片、智能卡等, 涵盖消费类电子、通信、计算、工业、汽车等领域。而12英寸硅片主要用于制造CPU、逻辑IC、存储器等高性能芯片,多用于PC、 平板、手机等领域。随着时间的推移,硅片的尺寸不断增长。


全球第一条8英寸晶圆生产线是IBM联合西门子在1990年联合建立的,到了90年代末,8英寸晶圆的产能开始提升,逐渐成为行业先进标准;到了1995年,全球8英寸晶圆厂产线已经到了70条,2007年更飙升到199条,产能也达到560万片/月的历史高点。

然而,2008年的全球金融危机重创了半导体产业,8英寸晶圆厂产能收缩的同时,更多厂商投身到12英寸晶圆生产线建设,以至于2015年时,全球8英寸晶圆仅剩178条生产线。

通过“半导体小罗罗”这篇科普文章,大家可以大致明白8英寸晶圆的前世今生以及为何会出现供需紧缺的问题。


放眼全球,硅片供应商主要有日本信越、Sumco、中国台湾的环球晶圆、德国Silitronic和韩国SK Siltron等,前5大厂商市场占有率超过90%。此外,台湾地区的合晶科技、 Ferrotec也是8英寸硅片的重要供应商。据统计,2017年全球8英寸硅片产能约为5.4Mwpm。


但是由于多数8寸晶圆厂建厂时间较早,运行时间长达十年以上, 8寸晶圆厂的部分设备太老旧或者难以修复,同时由于当前12寸晶圆厂资本支出规模巨大,部分厂商停止了8寸晶圆的生产销售, 8寸晶圆产线设备主要来自二手市场,多来自从8寸向12寸升级的内存厂商,如三星和海力士,目前旧设备市场资源逐渐枯竭,因此2014年后8寸晶圆设备较为紧缺,其中蚀刻机、光刻机、测量设备最难获得。


新兴产业的发展,新终端设备需求的爆发以及来不及逆转的产能,都会加剧8英寸晶圆的缺货,可到底缺货有多严重呢?说实话,恐怕超出大多数人的预计,即使用“缺货到不可思议的程度”也不为过。


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缺货到不可思议的程度


“目前晶圆产能已紧张到不可思议,客户对产能的需求已达恐慌程度,预估明年下半年到2022年下半年,逻辑、DRAM市场都会缺货到无法想象的地步。”11月30日,芯片代工商力积电董事长黄崇仁的一席话也点出了晶圆产能紧张的现状。


有IC设计厂商表示,目前的晶圆代工产能非常紧张,交期延长了很多,以往的交期大概是两个月,而现阶段则达到了四个月。即使是这样的交期,依然在被疯抢,否则到时会有交不出货的巨大风险。


这其中,尤以8英寸产能最为火爆,特别是在中国大陆市场,由于这里的IC设计企业数量众多,而大多数都是以90nm及以上的成熟制程工艺芯片为主,这些芯片主要采用8英寸晶圆代工生产,因此,虽然这些IC设计厂商个体体量不大,但由于总数量可观,因此形成了巨大的代工需求,为了抢到产能,上演着多种激烈、甚至是惨烈的竞争故事。


从需求端来看,8英寸晶圆的下游需求主要来自于电源管理芯片(PMIC)、CMOS图像传感芯片、指纹识别芯片、显示驱动IC、射频芯片以及功率器件等领域,而模拟芯片和功率器件的需求量持续上升是8英寸晶圆产能紧张的主要原因。


实际上,8英寸晶圆代工产能紧张程度已经持续了好几年,到目前形成了愈演愈烈之势。有这样的市场需求,各大晶圆代工厂,特别是全球排名靠前的那几家,也一直在扩充产能。

但由于8英寸设备几乎已无供应商生产,使得8英寸机台售价水涨船高,而8英寸晶圆售价相对偏低,因此普遍来说8英寸扩产并不符合成本效益;然而,如电源管理芯片、LDDI(大尺寸显示驱动芯片)等产品在8英寸厂生产却最具成本效益,并无往12英寸甚至先进制程转进的必要性,使得8英寸厂产能跟不上。


5G热潮的带动下,电源管理芯片受益于智能手机与基站需求都呈倍数增长,导致有限的产能供不应求,虽然部分产品有机会从8英寸逐步转往12英寸厂生产,但短期内依然难以纾解8英寸晶圆需求紧缺的情况。


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手机快充芯片缺货


自今年下半年以来,因8英寸晶圆产能紧缺,MOSFET、驱动IC、电源管理IC等涨价、缺货的消息甚嚣尘上。


在这次缺货潮的席卷之下,作为行业风向标的苹果公司,也备受波及。因iPhone 12的20W PD快充中的电源管理IC缺货,加之苹果取消随机附赠充电器导致快充需求爆发,快充芯片市场也因此引发巨大震动。



11月 ,TrendForce集邦咨询旗下半导体研究处表示,2020年疫情导致众多产业受到冲击,然受惠于远程办公与教学的新生活常态,加上5G智能手机渗透率提升,以及相关基础建设需求强劲的带动,使全球半导体产业逆势上扬,预估2020年全球晶圆代工产值年增长将高达23.8%,突破近10年高峰。


随着苹果iPhone 12取消充电器和耳机等配件,加之原装配件价格较高,不少消费者选择第三方授权品牌产品,在为快充市场带来新的红利的同时,PD快充芯片也成为此轮快充芯片缺货的主力。


台系如天钰科技、伟诠电、通嘉科技等快充芯片企业订单已排满到明年第二季度。与此同时,大陆快充芯片原厂和方案商的境况也同样惨烈,预定的快充芯片交期已超3个月以上。


“相对苹果原装配件的价格,第三方配件的价格优势也更吸引消费者,20W PD快充一时间成为香饽饽,现在能维持交货的企业不算多。在订单暴增的情况下,即使能交货,成品交期也必然有一定的滞后。”业内人士表示。



在此影响之下,iPhone 12系列此前也一度出现下架,即使后期重新上架,其发货时间也延长近一个月之久,也侧面佐证了快充芯片缺货的传闻。


谈及快充芯片缺货状况何时能出现转机,业内人士坦言:“明年上半年,芯片缺货情况都难以缓解。”


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同样缺货的TWS耳机芯片


相对于快充充电器,2019年~2020年真正爆发巨大需求的恐怕要数TWS耳机了,然而,出色的市场表现也成为其芯片缺货的原因。


TWS蓝牙耳机市场也在飞速增长,对于芯片的需求越来越大。不仅如此,随着苹果发布会落幕,iPhone12系列产品不再标配耳机,这或将再次引起拥有类似问题的安卓厂商也相继取消有线耳机,从而使蓝牙耳机市场进入新一轮的增长。


进一步提升了对于芯片的需求。根据供应链信息不完全统计,2020年山寨AirPods出货量已达6亿,占据了大量蓝牙耳机芯片的出货量份额。



蓝牙音频市场近几年也呈现出快速递增式增长,市场对于蓝牙芯片的需求量也在不断上升,蓝牙耳机芯片厂商始终处于增加产能阶段。从蓝牙技术联盟《2020蓝牙市场行业报告》中可以看出,2019年蓝牙音频传输设备年出货量达到了11亿,预计2024年出货量将达到15.4亿,这也大大增加了芯片厂商的压力。


从2020年下半年开始,各家新品纷纷开始发布,如华为、三星等手机厂商纷纷推出最新迭代产品,而还有如帝瓦雷、一加等厂商首款TWS耳机发布上市,为蓝牙耳机市场注入新的活力。


产品扎堆上市直接导致芯片供不应求。由于此次疫情的影响是全面爆发的,其它电子消费类产品同样面临着相同的问题。而芯片需求的急剧增加,使得疫情下上游晶圆代工商产能与需求量之间出现了极大地不平衡,从而导致大范围的芯片缺货问题。

据深圳市芯联锐创科技有限公司CEO宋朔表示:“不单单是蓝牙主芯片缺货,诸如NOR Flash还有各类耳机触控压力传感器芯片也都缺货,所以说这个缺货情况是普遍而全面的。”他认为这一状况会持续很长一段时间,“缺货预计持续到明年的二季度末,部分元器件供货紧张甚至要持续紧张到明年三季度。”


此外,TWS蓝牙主控芯片供应链相关人士也透露,其部分主力的芯片型号已经从以往的10—20天发货时间延长至30-60天。


财信证券指出,这次产能的紧张主要是由于需求的推动,相对来说可持续能力较长,据业内人士预测8英寸晶圆厂产能紧缺的状况或将持续到2021年,并且代工价格将可能继续上涨,一些上游IC设计厂及IDM厂以转嫁成本为由,已开始与客户协商调涨芯片价格。


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全球车企意外减产


快充、TWS耳机等芯片缺货,除产能受限外,会出现涨价风波吗?在这个问题还没讨论出结果的时候,知名车企大众却传出了因芯片缺货而可能“停产”的新闻。


12月6日周日,央视财经的报道提到,大众中国已经因为关键零部件芯片短缺而面临生产中断的风险。长城证券汽车行业首席分析师孙志东在接受央视采访时称,目前主要是博世和大陆的ESP芯片比较紧缺,但主要采用日本电装芯片的丰田和本田,目前还没有听说类似的情况。


大众中国方面表示,新冠疫情所带来的不确定性影响到了一些特定汽车电子元件的芯片供应。而中国市场的全面复苏也进一步推动了需求增长,使得情况更加严峻,导致一些汽车生产面临中断的风险。大众集团(中国)正在密切关注事态发展,也已经和总部、相关供应商展开协调工作,积极采取应对措施。目前,相关车辆的客户交付没有受到影响。


一汽-大众相关负责人表示,电子元件芯片确实供应数量出点问题,但没有部分媒体说的那么严重,目前大众中国方面统一在协调供应商的资源,目前没有影响到正常的交付。



对于汽车行业来说,芯片也是必不可少的零部件之一,特别是中高端芯片是ESP(电子稳定系统)和ECU(电子控制单元)等汽车重要部件所必须使用的模块,受此次芯片短缺的影响,国内主要的ESP和ECU供应商博世和大陆也面临停工的风险。


此次汽车芯片短缺主要是由上游芯片企业受疫情影响陆续停产,意法半导体公司罢工,东南亚芯片组装工厂停工等多重因素导致,造成全球市场半导体缺货严重。其中,车载电子稳定程序系统ESP和智能发动机控制系统ECO是受到汽车芯片短缺影响最大的两个模块。



对此,汽车零部件巨头博世集团方面表示将竭尽全力保持供应稳定,德国大陆集团方面则称,尽管半导体生产商已通过扩大产能来应对近期激增的需求,但扩充的产能需要6到9个月才能实现,因此芯片短缺可能将持续到2021年。


此外,有传闻称,芯片短缺导致部分车企停摆。针对这一传闻,比亚迪方面回应称,该公司在新能源电池、芯片等方面有一整套产业链,不仅可以充分自给,还有余量外供。


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加强自主研发,转危为机


有业内统计数据显示,汽车芯片在全球芯片产业中的需求占比仅为10%左右,但受疫情因素影响,大量芯片产能向电子消费类转移。此外,今年下半年以来中国汽车市场快速增长,也进一步加剧了芯片企业对汽车行业的供应压力。


数据显示,2019年全球汽车芯片市场规模约为475亿美元,但我国自主品牌车企芯片产业规模不到150亿元,约占全球的4.5%,而我国汽车产业规模占全球市场达30%以上。有业内人士提出,随着汽车智能化升级,芯片将代替发动机成为未来汽车产业的“生死命门”。


当然,汽车之外,消费电子市场的半导体芯片同样需要补链,加大自主研发或许有机会能专为危机,小伙伴,你们觉得呢?


(编辑:张毅,资料来源:“半导体小罗罗”、大众官方声明、比亚迪官方声明、央视财经、集邦咨询等)

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