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【IC设计】莫大康:台积电兴建8英寸生产线的思考

来源:求是缘半导体联盟       

台积电总裁魏哲家在一年一度的供应链论坛上宣布将在南科6厂旁边新建一座8英寸晶圆厂,这是继2003年上海松江厂之后,台积电15年来首次再兴建8英寸晶圆厂。

尽管魏哲家并未透露投资的具体金额,但有业内人士预计,该晶圆厂的投资金额将超过新台币500亿元(约合16.2亿美元)。

引起业界兴趣的是台积电在先进工艺制程方面一路高歌猛进,连三星与英特尔也只能自叹不如,它全数拿到全球7纳米的市场约100-120亿美元的订单,加上未来5纳米生产线于2019年4月试产,及2020年Q2量产,以及全球第一家3纳米厂已通过环评,总投资194亿美元,计划2020年建厂及2022-2023年量产。

市场经济下企业的任何决定,一定与它的利益相关,本文要分析兴建8英寸生产线,它的利益点究竟在什么地方。
 
全球8英寸硅片现状  

据SEMI和相关数据,2017年全球晶圆产能为17.9 M / wpm(百万8英寸片/月,下同),其中8英寸片产能约为5.2 M / wpm,而前十大8英寸晶圆厂产能占8英寸晶圆总产能的54%。

其中大中华地区8英寸晶圆产能,片/月;台积电 约650K,联电 约300K,中芯国际约220K,世界先进 195K,上海华虹168K,上海先进 77K,华润上华60K及力晶科技55K。

部分IDM厂8英寸及以下晶圆产能,片/月;德州仪器 的400K,意法半导体 约350K,英飞凌 约250K,恩智浦 约220K及东芝 180-200K。

而从全球代工现状分析,据有关数据,台积电在2018年预测它的销售额可达377亿美元,而硅片年产出量为2,515万片(8英寸等值计),所以它的每个8英寸硅片平均产值为1,382美元,同样比较格芯为1,014美元,联电为715美元,以及中芯国际的671美元。

数据显示,全球纯代工逻辑芯片,2018 Q2的代工平均价格,依200mm 硅片计,0.5微米每片370美元, 0.35微米为380美元,0.18微米625美元及0.13微米为710美元。而依300mm硅片计,90nm 为每片1,800美元,65nm 为2,100美元,45/40nm 为2,655美元,28nm 为3,010美元,以及 小於等于20nm 为6,050美元。

再依2018 Q3 TSMC数据,从工艺节点来看,7nm贡献了11%的收入,预计Q4达20%;10nm贡献了6%的收入,自2017年Q4以来,10nm的营收持续下滑;16/22nm收入占比为25%及28nm收入占比为19%。所以它的28nm及以下先进工艺占总收入比重为61%。

目前8英寸的产品订单集中在各种电源管理IC,驱动IC,指纹识别IC及CIS等方面,未来预测MEMS,传感器,以及物联网等市场会爆发,导致8英寸硅片的市场需求仍保持稳中有升。

总体上全球8英寸硅片生产线呈以下特征:

1, 由于设备大厂早已停止生产8英寸设备,市场上8英寸设备一机难求,导致全球二手设备市场价格急速上升

2, 之前8英寸设备的工艺分界线在90nm,现阶段已经上移至65nm等,导致8英寸生产线的投资金额大幅上升

3,由于10nm及7nm等的设计费用上升,导致全球fabless继续跟踪定律的产品数量减少,加上如台积电等采取从前道代工延伸至后道,采用FOWLP等封装技术,把不同工艺制程的芯片,集成在一体。预测未来每一部智能型手机内将会使用超过10颗以上采用FOWLP封装技术生产的芯片,称之为异质集成IC。因此工艺制程缩小的矛盾可能釆用异质集成等来解决,给8英寸硅片开辟了另一扇市场的大门。

兴建8英寸生产线的目的复杂   
 
从台积电的盈利结构分析,目前它的60%营收依赖于28nm及以下,主要是最先进工艺制程,如它的最新7nm制程,据预测订单可达约100亿美元,与之前的28nm一样是金鸡母。

如依台积电 2017年营收321亿美元计,年产出硅片量为2350万片(8英寸计),平均每个硅片产值为1,368美元。而全球8英寸硅片的平均代工价格,按工艺不同大约在700-800美元,即便考虑台积电有综合优势,可能溢价20%,它的每片8英寸代工价格也不可能超过1,000美元。

由此表示台积电在进行8英寸代工时,它的每个硅片产值仅1,000美元,要比它的每个硅片的平均产值1,368美元低30%以上,这部分的差额将由它的最先进工艺制程代工,如10nm等代工每片10,000美元以上来补偿,同时表示它的8英寸硅片产出越多,需要补偿的金额越大。因此从"田忌赛马”的逻辑,现阶段中国芯片制造业迅速扩大8英寸代工产能的思路是正确的。

按以上逻辑思维,台积电会不断地加大投资,年投入100-120亿美元,去开发最先进工艺制程来维持它的高营收,而不太可能再扩大它的8英寸产能,这也可解释为什么自2003年以来它不再继续扩充8英寸产能的源由。

那么此次重启8英寸产能扩充的可能原因是什么?

1,尽管目前台积电十分风光,全球代工市占达60%,但是不可否认尺寸缩小的路可能已走到尽头,未来技术上5nm,3nm等虽然仍能前进,但是从经济层面上已难以为继。全球fabless会更加务实,釆用各种不同制程的适用工艺。

2, 物联网、MEMS及传感器等市场会爆发,而目前的8英寸设备中的大部分超过15年的使用期限,部分性能可能难以达到技术上的要求。

3,中国半导体业的来势凶猛,尤其是8英寸产能扩充迅速,为了保持它的龙头地位,在8英寸生产线布局方面争个先手。

所以分析此次台积电再出手兴建8英寸生产线,它的内心肯定是复杂的。但是由于资金充沛,为了未来8芵寸代工在全球的垄断地位,下个先手可能是主要原因之一。

台积电是一家伟大而又成功的企业,源于它坚持纯代工,并深化一切服务于客户的理念,目前台积电已是全球“三甲”之一,它的市值2,200亿美元有可能超越英特尔。

图片声明:图片来源正版图片库:拍信网

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