28nm-5nm高端制程的产能将被全球各大芯片巨头瓜分

最近，有不少报道反映了半导体行业8英寸晶圆产能紧张的情况。其中有一些观点，或者值得更深入的探讨，或者略有偏颇，甚至有一定的误区。在此做些许补充和探讨如下。

一、8英寸晶圆产能是从今年开始出现紧张状况，并将持续到2021年4月到5月。

个人观点：本轮8英寸晶圆产能的紧张状况，并不是今年才出现的新现象，而是早就开始了。

根据SEMI报告的数据，全球8英寸晶圆产线的数量在2007年达到199条登顶，随后就已经开始逐渐下降，到2015年时只有178条，因此相关市场早就出现过供应紧张状态。

我们目前看到的这一轮产能紧张状况，实际上早在2015年末就已现端倪。当年产业出现了对200mm（即8英寸）晶圆厂芯片的超额需求，IC供应链开始紧张，导致2016年和2017年8英寸产能短缺。根据Semico Research制造总经理Joanne Itow的数据，2017年200 mm晶圆需求增长了9.2%。而到2018年，8英寸全年产能在年初就早早被预订完毕。

根据超越摩尔领域的预测，8英寸晶圆需求的扩张从2017年开始，将至少持续到2023年。Lam Research副总裁兼Reliant产品部总经理Evan Patton甚至说：“在可预见的未来，我们预计200 mm设备的业务将持续增长。我们的规划期限为2030年，且有迹象表明这个期限可能会进一步向后延长。”因此这一轮8英寸产能扩张，可能比目前网上很多报道中预测的2021年4到5月的周期要长得多。

二、8英寸晶圆产能的紧张，部分原因是由于8英寸晶圆产线数量不断下滑，部分原因是设备厂商基本停止8英寸设备生产，许多二手设备和配件都买不到，导致维护困难。

个人观点：8英寸产线数量和设备的制造翻新，虽然仍不能满足市场需求，但实际上都在恢复性增长

最近网报的很多消息都指出，8英寸产线大多已经老旧，数量不断下降。而求是缘半导体联盟顾问莫大康更表示，“目前国际大厂早已停产8英寸设备”。如果是指几年前，大致情形确实如此。但近年来，一些情况其实已经和正在发生改观，因此补充如下：

在产线方面，正是由于本文第一点，本轮8英寸产能的紧张其实开始于几年前，所以很多晶圆代工厂已经开始行动恢复8英寸产线的产能。比如，台积电在2003年上海松江8英寸产线之后已经停止投资8英寸产线15年。却在2018年底，再度出手在其南科6厂旁边开建8英寸生产线。2019年SK海力士也在无锡投资新建8英寸晶圆代工厂。

根据SEMI报告的数据，8英寸产线（IDM+代工厂）在2016年已经恢复到188条。2019年底，全球15个总投资金额达380亿美元的Fab厂中，约有一半用于8英200mm晶圆尺寸生产线再次迎来小幅度增长。到2020年年底，8英寸产线数量将恢复性增长到191条——相当于2008年时的业界水平。而到2021年年底，将继续增长到202家——这将超过2007年199条的历史记录。

在设备方面，由于同一原因，包括ASML、KLA-Tencor、Lam Research、TEL这样的顶尖设备供应商都已经开始制造新的200 mm晶圆设备。而且二手翻新设备也在行动中。比如Lam Research开发和翻新蚀刻、沉积和清洁相关的8英寸设备；Applied Materials公司在制造新的200 mm设备同时，也在各个细分市场进行翻新。而东京电子在提供8英寸机台之外，还推出OEE（整体设备效率）硬件和软件升级，翻新和改善老旧8英寸设备的性能。

三、8英寸晶圆支持90纳米或更低端制程的芯片产品

个人观点：这样的早期标准，应当根据技术进步的现状进行修订和调整

确实，最早的8英寸晶圆制程支持度就是在90nm。一般而言，这也是现在业内对8英寸晶圆与12英寸晶圆的工艺分界线的通用判断标准。

但是应当注意到：随着近年来工艺技术发展水平的进步，8英寸晶圆能够支持的制程，已经部分上移到70nm，甚至65nm，这为8英寸产线的商业寿命又做了一次有益的延长。比如2018年初三星就宣布的8英寸晶圆代工技术服务中，就既有成熟的180nm、130nm、90nm制程，也包括了65nm的eFlash以及70nm的显示器驱动IC的解决方案。8英寸晶圆适用制程向高端延伸，既显示出8英寸产线增添了新的生命力，也暗示着新型8英寸产线的投资额将继续攀升。

四、8英寸产线的投资成本远低于12英寸产线，是8英寸产线产能紧张的原因之一

个人观点：关于产线投资成本的问题，应当综合芯片产品和设计、代工收益、投资规模、月产能、设备折旧等多方面综合考虑，不好一概而论。

首先看投资和月产能。整体来看，12英寸晶圆产线的投资确实比8英寸产线要高。但也要看具体项目。

比如，中芯国际在上海的12英寸的SN1工厂而言，建设成本达到100亿美元，大约700亿人民币左右。但是，2020年9月26日，浙江嘉兴海宁市海芯微12英寸晶圆生产线项目开工，总产能每月10万片晶圆/月，总投资额才100亿元人民币。二者同为12英寸查询，投资相差很大。

再如2018年台积电新建的8英寸晶圆产线，投资额新台币500亿元，约合16.2亿美元差不多才100亿人民币。2020年05月30日 ，中车产业园在赣州经开区建8英寸晶圆，一期年产50万片绝缘栅双极型晶体管IGBT功率芯片，投资80亿元。这两个8英寸产线的投资，与嘉兴12英寸产线的投资相差不多。

再从研发角度看，通常一个芯片产品的研发设计费用，至少有10倍以上的产品销售额，才能保证达到财务均衡。而低端制程的产品，研发费远低于高制程产品。根据Semiengingeering网站上的说法，研发28nm及以上芯片的费用在5000万美元以上，而16nm芯片在1亿美元，10nm在1.74亿左右，7nm芯片在3亿美元左右，而5nm芯片在5.5亿美元左右。而紫光展锐科技有限公司执行副总裁周晨表示，展锐研发的某型6nm芯片，其研发投入至少在2-3亿美元以上。由此可见高端制程的芯片产品，其设计研发费用是惊人的。

另外一方面，是芯片代工的收入。在这一点上，高端制程占尽风光。以纯代工逻辑芯片为例，2018年第二季度的代工平均价格，8英寸晶圆计，0.5微米制程370美元/片， 0.35微米制程380美元/片，0.18微米制程625美元/片，0.13微米制程710美元/片；而12英寸晶圆，90nm 制程为1，800美元/片，65nm制程为2，100美元/片，45/40nm/片为2，655美元/片，28nm制程为3，010美元/片，20nm或更高端制程为6，050美元/片。

与其说8英寸产线的主要优势，是初始的投资成本低，不如说是当前的折旧费用低。第一座8英寸晶圆厂是1990年出现的，大部分现存8英寸厂家都是10年甚至更长时间之前建成的，按照业内5年-10年的折旧率，即便不使用加速折旧法，也基本上已经折旧完毕。因此8寸产线的利润率很高。而高端制程产线大多是近年建成 ，近期折旧费用负担很高，要等折旧期到尾声后，盈利水平优势才能凸显出来。当然，高端工艺制程虽然投资门槛高，折旧高，但只要良率高、达满产，收益，特别是折旧期后的利润还是有保障的。

小结

综上所述，8英寸晶圆代工产能紧张，本质上是近年来工业物联网、汽车互联网和新能源等诸多领域共同发力的结果。因此，8英寸晶圆产能约束的问题，应当从更广阔的产业发展趋势去判断，而不应局限在代工产线这一个环节以及投资门槛这一个角度去分析。与此同时，我们也不应忘记，即便因为华为被制裁，抑制了一部分需求，28nm-5nm高端制程的产能仍然很快被全球各大芯片巨头瓜分。因此，12英寸晶圆的产能同样是非常紧张的。正是在这样一个几乎是中高端制程全产业链供不应求的大环境中，中国半导体行业才迎来了所谓“黄金十年”的战略机遇期。
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