格芯的無奈之舉
近期，全球第二大晶圓廠格芯（Globa Foundries）宣布無限期擱置7nm FinFET項(xiàng)目，表示不愿陪你們繼續(xù)玩了。
前沿制程的爭奪歷來備受各方關(guān)注。今年5月，臺積電率先實(shí)現(xiàn)7nm量產(chǎn)，搶下首發(fā)；三星則緊隨其后，進(jìn)入量產(chǎn)倒計(jì)時(shí)；Intel則還在埋頭硬啃10nm。在格芯罷兵7nm之前，聯(lián)電也直言放手12nm及以下制程。
事實(shí)上，晶圓巨頭接連退出實(shí)屬無奈，主要是研發(fā)高階制程太耗錢了。2016年，為了研發(fā)10nm/7nm制程，臺積電投入了22億美元巨資。據(jù)悉，目前，臺積電7nm制程的良率超過76%，后續(xù)良率拉抬仍需持續(xù)投入。
在IC Insights公布的歷年“十億美元俱樂部”榜單中，臺積電多年穩(wěn)居前三，而格芯已跌落五名開外。目前，也只有俱樂部前三甲有資本硬拼7nm，其他廠商更多是有心無力。
▼2007-2017年全球半導(dǎo)體資本支出“十億美元俱樂部”
資料來源：IC Insight
在半導(dǎo)體的世界里，只有搶到最先進(jìn)的制程技術(shù)，才可能得到僅有的巨頭大單，收回前期投入。目前，臺積電基本包攬了蘋果、高通（驍龍855）、博通、AMD、比特大陸和海思等設(shè)計(jì)巨頭的7nm大單。其中，AMD是格芯的最大客戶。三星得到了高通（驍龍845）和ARM等的訂單。
根據(jù)調(diào)研機(jī)構(gòu)International Business Strategies公布的數(shù)據(jù)顯示，2018年，7nm代工的市場規(guī)模將達(dá)到49.8億美元，2019年則會達(dá)到98億美元，需求主要集中在幾家大公司。目前，臺積電基本壟斷了7nm市場，三星都活得很艱難，更何況第三、第四呢？新進(jìn)入者就算研發(fā)出7nm，也會因?yàn)榱悸什贿^關(guān)而難以拿到大客戶的訂單，這就意味著前期研發(fā)投入很難收回。據(jù)業(yè)界人士統(tǒng)計(jì)，一旦手機(jī)芯片規(guī)劃采用7nm制程來生產(chǎn)，芯片制造商大約需要每年1.2億套到1.5億套的產(chǎn)量才能夠?qū)崿F(xiàn)盈虧平衡，以此來彌補(bǔ)研發(fā)成本。目前，只有蘋果、三星、高通和聯(lián)發(fā)科能夠達(dá)到這樣的出貨規(guī)模。
在這樣的局面下，那些準(zhǔn)7nm的廠商再去和臺積電明爭暗斗也是得不償失，選擇退出未嘗不是明智之舉。這樣來看，格芯、聯(lián)電等接連退出也就不奇怪了。
格芯的退守與創(chuàng)新
在跳票7nm的同時(shí)，格芯宣布將專注現(xiàn)有14/12nm FinFET工藝及22/12nm FD-SOI工藝。
目前主流的制程技術(shù)是28nm，該節(jié)點(diǎn)是公認(rèn)的長壽節(jié)點(diǎn)之一。2017年，全球28nm的代工市場規(guī)模達(dá)到了100億美元，占全球近20%。同時(shí)，隨著AI、加密貨幣等高性能計(jì)算應(yīng)用的興起，14nm及以下制程的代工市場正在逐步放量，成為全球晶圓代工市場的新動(dòng)能。此次格芯退守也是希望鞏固戰(zhàn)線，搭上高階制程代工市場增長的順風(fēng)車。
▲2001-2021E全球各制程節(jié)點(diǎn)市場情況
與此同時(shí)，格芯首推了22/12nm FD-SOI制程工藝，走上了差異化的工藝之路。
傳統(tǒng)的bulk CMOS工藝在20nm制程基本結(jié)束了其歷史使命。再往下走就要用上FinFET（Fin Field-Effect Transistor）、FD-SOI（Fully Depleted-Silicon-On-Insulator）等新工藝。FinFET是3D化的晶體管，因形似魚鰭而得名，是目前的主流工藝。FD-SOI是絕緣體上的硅晶體管，結(jié)構(gòu)有點(diǎn)像漢堡包。
▲從bulk CMOS工藝到FinFET和FD-SOI工藝演進(jìn)
與FinFET工藝相比，F(xiàn)D-SOI具有功耗低、成本低等優(yōu)勢。但FD-SOI的缺點(diǎn)是晶圓工藝成本高、供應(yīng)商少等。8寸FD-SOI晶圓的價(jià)格是FinFET體晶圓的10倍。目前，全球僅有法國Soitec、日本信越（SHE）、美國Sun Edison能供應(yīng)FD-SOI晶圓。同時(shí)，F(xiàn)D-SOI的生態(tài)不完善，缺少相關(guān)的設(shè)計(jì)工具和IP。
▲FinFET和FD-SOI工藝不同應(yīng)用領(lǐng)域
在應(yīng)用領(lǐng)域，F(xiàn)inFET定位于最先進(jìn)的應(yīng)用產(chǎn)品。例如，高階處理器、AI、深度學(xué)習(xí)等高性能領(lǐng)域，而FD-SOI則著眼于物聯(lián)網(wǎng)、5G、汽車電子、射頻（RF）和可穿戴設(shè)備等低功耗領(lǐng)域。據(jù)上海微系統(tǒng)所預(yù)測，隨著物聯(lián)網(wǎng)、5G、汽車電子等新興應(yīng)用不斷發(fā)展，未來幾年，F(xiàn)D-SOI市場規(guī)模將會從2015年的0.7億美元增長到2020年的超過40億美元，年平均增長率為68%。FD-SOI在全球半導(dǎo)體的市場份額會從2015年的0.2%增長到2020年的接近10%。
▲2015-2020E FD-SOI市場發(fā)展及預(yù)測情況
目前，格芯已獲得意法半導(dǎo)體、Verisilicon等國內(nèi)外設(shè)計(jì)企業(yè)的訂單，F(xiàn)D-SOI有望助力格芯進(jìn)一步鞏固和提升其全球領(lǐng)先地位。
我國晶圓代工的發(fā)展抉擇
目前，經(jīng)過不懈努力，我國晶圓代工的制程工藝取得了突破發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了28nm工藝量產(chǎn)，且成功研發(fā)14nm FinFET，進(jìn)入客戶導(dǎo)入階段，打入了全球主流的制程工藝梯隊(duì)，有望分享高階制程代工市場的增長紅利。
躋身高階制程俱樂部后，我國晶圓廠面臨的首要問題便是如何從既有的全球代工巨頭手中搶到市場，為下一代制程研發(fā)提供經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)。格芯的退出事件讓我們意識到今后突圍更高階制程后所面臨的嚴(yán)峻競爭形勢。在一味緊趕猛追先進(jìn)制程工藝的同時(shí)，是否應(yīng)另辟戰(zhàn)場，加大特色工藝的布局力度。未來的應(yīng)用市場并非都是先進(jìn)工藝的天下，例如，物聯(lián)網(wǎng)、5G、汽車電子等新興應(yīng)用的要求是低功耗，這就為我國晶圓制造實(shí)現(xiàn)跨越發(fā)展提供了市場空間。我國晶圓廠可以借此契機(jī)，根據(jù)下游客戶需求布局特色工藝，搶占中高端特色工藝應(yīng)用市場，實(shí)現(xiàn)彎道超車。
現(xiàn)階段，我國半導(dǎo)體特色工藝仍代工中低端產(chǎn)品為主。以功率半導(dǎo)體為例，絕大多數(shù)廠商只在二極管、低壓MOS器件、晶閘管等相對低端器件的生產(chǎn)工藝方面較為成熟，對于IGBT等高端器件，國內(nèi)只有極少數(shù)廠商擁有生產(chǎn)和封裝能力。我國特色工藝領(lǐng)域有著較大的上升空間和市場機(jī)遇，應(yīng)予以高度關(guān)注，國家要加大對特色工藝發(fā)展的政策扶持力度。
目前，我國也涌現(xiàn)了先進(jìn)半導(dǎo)體、華虹宏力、華潤上華等特色工藝代工廠商，擁有了廣泛的基礎(chǔ)。中芯國際和華大半導(dǎo)體等巨頭也積極布局，持續(xù)發(fā)力中高端特色工藝，加快進(jìn)軍中高端市場。2018年5月，中芯國際耗資58.5億元在紹興布局了特色工藝生產(chǎn)線，主攻微機(jī)電（MEMS）、功率器件等產(chǎn)品；2018年8月，華大半導(dǎo)體的積塔半導(dǎo)體特色工藝落地臨港等。未來，我國晶圓代廠在制程工藝上要實(shí)現(xiàn)多元布局、靈活發(fā)展、全面突破。
來源：浦科投資