12 英寸产能开始松动,大部分晶圆芯片代工厂 8 英寸产能仍然吃紧

2022-03-07 22:10:08 业界动态

集微网消息,在新冠疫情、全球经济数字化转型等多重因素影响下,芯片产能紧缺的问题已经持续了两年之久。不过随着各大晶圆厂扩产、渠道商释放库存,目前可以说已从“全面缺芯”进入到“结构性缺芯”。

不过,据集微网了解,目前大部分晶圆代工厂的 8 英寸产能仍然吃紧,仅有部分 12 英寸厂产能出现松动。然而,在全球各大晶圆厂的扩产计划中,却很少能看到 8 英寸产能扩充,12 英寸的大扩产依旧是晶圆制造业的主旋律。在此趋势下,8 英寸产能不足会是未来的常态,随时间推移还将愈发严重,因此越来越多的芯片设计公司开始探讨将 8 英寸订单“升舱”至 12 英寸生产的可能性。

8 英寸越来越紧,12 英寸越来越松?

全球 8 英寸产能吃紧能持续如此之久,这与 8 英寸晶圆所覆盖的领域有着直接联系。集微咨询曾指出,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,而这些领域的芯片产能目前仍然呈现不同程度的紧缺。

反观 12 英寸厂主要覆盖的 AI 芯片、SoC、GPU、存储器等消费类电子领域,目前芯片产能已经不再如往日般吃紧,因此有部分晶圆厂的 12 英寸产能开始出现松动。

即便 12 英寸需求端短期有松缓之势,但晶圆厂仍然更愿意增加对 12 英寸产能的投资,而不是越来越缺的 8 英寸。

众所周知,随着晶圆代工产业的不断向前发展,12 英寸已经逐渐成为了主流尺寸,因为其具有更高的生产效率和更低的单位耗材。因此,全球范围内很少再有新的 8 英寸纯晶圆代工厂出现。2018 年年底,台积电曾宣布在南科六厂旁新建一座 8 英寸厂,但这也是台积电近 17 年以来唯一一座新建的 8 英寸厂。

历史的车轮滚滚而来,半导体设备厂商也顺势将业务重心向 12 英寸厂倾斜,这导致大量的 8 英寸设备款型成为“绝版”,即便近年来部分厂商重启了 8 英寸设备生产,产能规模也极为有限。因此,设备短缺也成为了当下 8 英寸厂扩产之难点。

如上图所示,目前全球 8 英寸厂最多的地区是日本,紧随其后的是美国、中国大陆和中国台湾。值得一提的是,如今全球为数不多的 8 英寸新增产能大多源于中国大陆,而放眼未来,中国大陆也依然会是 8 英寸产能增幅最多的地区。

集微咨询(JW Insights)认为,中国大陆的 8 英寸产能增幅较大主要有两大因素,其一是龙头厂中芯国际大幅扩产,其二是中国大陆对于第三代半导体赛道发力明显。集微网曾在《8 英寸产能急缺,为何只有 1 家代工厂大幅扩产》中提到了中芯国际扩产 8 英寸的 4 大缘由,而 SiC 和 GaN 等第三代半导体厂的遍地开花,也将进一步提升中国大陆 8 英寸产能。

即便中国大陆不断扩增 8 英寸产能,但 2020 年后新建产能也仅占到全球 8 英寸厂产能规模的 4.8%。整体来看,全球晶圆制造产业 8 英寸紧、12 英寸松的局面势必将越来越明显。也正因为此,业界一直在研判 8 英寸代工“升舱”至 12 英寸的可能性,甚至一些厂商已经付诸行动。

充满挑战,却势在必行?

多位晶圆代工业专家告诉集微网,从技术角度而言,8 英寸业务转移到 12 英寸还存在诸多挑战。例如在电路设计上,由于电源、I / O 电压、晶体管等特性差异,8 英寸转 12 英寸时需要开发出具有可相容电性参数的 pin 脚,这十分不易。

此外,为相容 8 英寸和 12 英寸的不同制程,ASIC 芯片从重新设计到量产至少需要 14-24 个月的时间,车用产品更可能需要 24-36 个月,这对芯片原厂意味着产品重新量产的时程将大幅延后,进而导致芯片厂在汽车电子、AI、IoT 等新兴领域丢失先机和市场份额。

另外,8 英寸转 12 英寸还需要重新制作光罩,由于 12 英寸(尤其是先进制程)所用到的光罩十分复杂,且对晶圆的良率产生直接影响,因此芯片原厂还需要迎接成本的上升等诸多挑战。

不过,从 8 英寸转到 12 英寸时,也将为芯片带来肉眼可见的积极影响。一位业内专家指出,对比 350nm(8 英寸)、180nm(8 英寸)和 130nm(12 英寸)三个制程节点在元件结构的设计,130nm 可支持的金属层数更多,而且可以缩小晶体管体积、提高布线密度。

另外,8 英寸转移到 12 英寸后所使用的铜导电制程,能够实现更高的电流密度耐受性和更好的抗电迁移效应。而且 130nm 制程成熟度高,足以提供更多不同的制程选择,如高电压晶体管技术、非挥发性存储器等,以支持复杂度高的 Analog / RF SoC 解決方案。

当然,并非所有的 8 英寸代工都适合转向 12 英寸,但对于那些能够转往 12 英寸产线代工的产品,即便技术上存在挑战、“升舱”的阵痛明显,芯片设计公司仍然应该尽早开始做出相关规划。

“要从根本上解决产能问题,只能不断地将 8 英寸代工订单迁移至 12 英寸生产,这是最可行的选择,我们已经开始行动了。”一家国产 MCU 公司负责人如是说。

一家晶圆代工大厂高管则告诉集微网,尽管晶圆代工厂愿意配合芯片设计公司将 8 英寸订单升级成 12 英寸,但由于目前仍然处于结构性缺芯状态,晶圆厂无法对整个升级过程做出时间方面的保证。

不过,该高管也指出,随着未来两年全球大量的 12 英寸新厂产能开出,晶圆厂对于客户将订单从 8 英寸转向 12 英寸的配合度将会越来越高,整个升级过程有望大幅缩短。预计未来会有越来越多的产品从 8 英寸厂涌入到 12 英寸厂生产。(校对 / 茅杨红)

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