今年下半年,不斷緊縮的終端市場給原本就有些不景氣的半導體産業帶來了沉重一擊。
受到芯片高庫存等影響,有 IC 設計業者透露,明年首季晶圓代工成熟制程将迎來報價修正以來最大降幅,價格最高下降逾一成,并且不僅願意降價的廠商增加,整個産業還有着朝全面性降價發展的趨勢。
然而,即便晶圓代工産業的滿載盛況已經不複存在,成熟制程還面臨價格大跳水,台積電和聯電代工雙雄卻依舊在這逆勢潮中盯上了 22/28nm。
作為一個十年前量産的工藝節點,28nm 曾扛起台積電業績創新高的重任,哪怕是到了 2022 年,台積電第三季度财報顯示,28nm 占營收比重也達到了約 10%。
而對于主攻成熟制程的聯電而言,第三季 22/28 nm 營收貢獻度更是達 25%。
28nm 到底魅力何在?為何時隔十年依舊是不輸給先進制程的存在?
28nm 又成擴産焦點?
從整體上看,無論是聯電還是台積電,擴産的主要原因還是為了滿足未來的需求。
比如,聯電董事會在 12 月 14 日通過資本預算執行案,預計投資金額達新台币 324.17 億元,持續擴增南科晶圓 12A 廠 P6 廠區、新加坡 P3 廠的 28nm 制程。
聯電方面指出,做出這個決定主要是因應未來的市場需求。
據了解,聯電新加坡 P3 廠位于白沙芯片園,預計 2025 年采 22nm 及 28nm 制程量産;而南科晶圓 12A 廠 P6 廠區預計明年第 2 季以 28nm 制程量産,但受設備交期延長等因素影響,時程将延到 2023 年底或 2024 年。
其實,聯電對于這兩大廠區的擴産也算是 " 早有預謀 ",在今年 5 月底,聯電時隔 22 年宣布在新加波建廠,當時消息顯示,此次總投資高達逾 1450 億元新台币,預計 2024 年底進入量産,首期月産能将達 3 萬片。
而南科晶圓 P6 廠更是于去年就宣布投資新台币 1000 億元,配備 28nm 生産機台。
當然,去年可以算是晶圓代工産業的高光時刻,由于芯片的嚴重短缺,芯片制造嚴重供不應求,不僅聯電、台積電、中芯國際、力積電、世界先進等代工廠也紛紛有了擴産計劃。
今年上半年,雖然市場景氣度有所下降,但整體需求依舊旺盛,台積電還在今年 5 月份實現了高達 65.3% 的營收增幅。
相比之下,下半年就慘淡多了,美光、SK 海力士等多家芯片巨頭發布業績預警,整個産業鍊都 " 人心惶惶 "。
就在這種背景下,聯電依舊通過了高達 324.17 億新台币的 22/28nm 成熟制程資本預算執行案,顯然如今的擴産已經與短期的市場需求沒有了關系,畢竟聯電總經理王石已經表示過,明年晶圓代工産值恐将下滑。因此擴建更多的還是長期結構性需求成長。
圖源:台積電
在這一點上,台積電也是如此。台積電總裁魏哲家就在日前明确表示,台積電當下所有投資都是為了兩年半以後的生意,3nm 甚至花 3 年的合作才有産品出來,代表今年生産的 3nm 産品,3 年前就跟客戶讨論合作了,今、明年的投資則是為了 2025-2026 年,并不會因為明年生意不好就降低投資,與客戶是長期所建立的合作夥伴關系。
台積電近期關于在德國建廠的傳言愈演愈烈,據 Digitimes 報道,台積電将宣布在德國建廠計劃,目前規劃也是 28/22nm,會不會往下增加 12/16 nm 計劃則未定。
台積電在這一兩年擴建速度屬實驚人,去年接連在南京、熊本、台灣高雄三地确定擴建 22/28nm 産線,面對現下如此低迷的市場環境,台積電多次強調,除暫緩高雄 7nm 擴産外,其餘擴産計劃如期進行,而如期進行的擴産中就包括了上述 3 地有關 22/28nm 産線的擴産計劃。
至于 7nm 暫緩的原因是受到 7nm 需求滑落導緻産能利用率下降影響,因此台積電将調整 7nm 建廠産能規劃,但高雄的 28nm 計劃卻依舊不變,并于今年 8 月舉行了園區動土典禮,預定 2024 年完工量産。
除了高雄廠外,熊本廠也在順利建設中,據日媒報導,台積電位于熊本縣菊陽町的新廠 2022 年 4 月動工,預計 2023 年下半年完工。
台積電子公司日本先進半導體制造(JASM)社長堀田佑一表示,雖然計劃把一般需要 2 年到 3 年的工期,縮短到 1 年半完工,但目前進度相當順利。JASM 也首度公布新廠完工示意圖。
另外,台積電南京擴建的新廠也預定今年第 4 季量産,在取得美方豁免後,擴充可如期進行。
總的來說,雖然目前芯片産業局勢不容樂觀,但台積電和聯電兩家大廠依舊将 28nm 的擴産視為重點。
蘋果是幕後最大推手?
那到底是什麼需求才能讓代工雙雄不懼低迷時期仍選擇巨資擴産?筆者認為,蘋果或許是幕後的最大推手。
雖然當前以手機為首的消費電子市場風光不再,但作為引領手機變革的創先河者,蘋果的魅力依舊不容小觑。
在台積電逆勢增長的三季度财報中,智能手機就超越了 HPC 成為了第一大主力軍,并且消息指出,蘋果仍是台積電第三季度智能手機營收的最大貢獻者。
圖源:台積電
台積電總裁魏哲家上周就首度表示,赴日設廠主要原因,為策略性支持同時也是台積電最大客戶的最大供貨商。他指出,如果最大客戶産品賣不出去,台積電的 3nm、5nm 也賣不出去,所以必須支持他。
雖然魏哲家沒有透露最大客戶是誰,但是目前市面上都已經默認,蘋果是台積電的最大客戶,而索尼正是蘋果的最大供應商。
此前,蘋果執行長 Tim Cook 拜訪 SONY 集團熊本廠時,表示了感謝 SONY 多年來圖像傳感器的支持。
《天下》在去年 4 月時曾報道稱,台積電宣布日本設廠時,強調的客戶管理,與日本索尼、以及其背後的蘋果息息相關:索尼突然決定以 28nm 制程生産影像訊号處理器(ISP),貼合在索尼自己生産的影像傳感器、用在蘋果最新款的 iPhone,且是需求高達 4 萬片晶圓的訂單。
這對于台積電 28nm 制程來說,無疑是個大單,而從 SONY 近期的舉措來看,更是證實了台積電熊本建廠所能帶來的好處。
據日經報道,SONY 考慮日本熊本縣台積電晶圓廠附近,建立新晶圓廠生産智能手機圖像傳感器,就近向台積電采購芯片。
這一舉措不僅強化了蘋果、SONY、台積電三方合作,對于台積電來說,也是與客戶關系更為緊密的一步。
當然,蘋果與台積電在 28nm 上的聯系遠不止索尼,還有 Micro OLED 先進顯示器技術。
日經新聞去年曾報道稱,蘋果正與台積電正在合作開發 Micro OLED 先進顯示器技術,新的 Micro OLED 顯示器将直接構建在晶圓上,使顯示器厚度和體積更薄、更小、更低功耗,适合穿戴式 AR、VR 裝置。
在去年的台積電技術論壇上,劉信生也首度承認台積電正在做 Micro OLED,并指出,台積電将在使用 Silicon-based 的 Micro Display 制程上,提供從 80-28nm 的選擇。
自 2015 年,Apple Watch 發布至今,可穿戴裝置業務已經占蘋果銷售額的 10% 以上,蘋果也在加緊研發 AR/VR 等混合現實頭戴裝置,雖然元宇宙遠不及去年那麼火熱,但從目前來看,虛拟現實依舊大勢所趨。
就在本月初,據媒體援引知情人士的話說,蘋果計劃最早在明年推出 AR/VR 頭戴裝置新品,同時推出專用操作系統和第三方軟件應用程序商店。
雖然還不确定這款可穿戴裝置會采用什麼制程的芯片,但可以确定的是,未來随着這項技術日漸成熟,很有可能會走向 28nm 制程,屆時或許會給 28nm 帶來新一輪的春天。
另一邊,聯電的 28nm 也與蘋果有着千絲萬縷的關系。
聯電在 28/22nm 制程上的主要客戶之一就是三星,而今年三星旗下邏輯芯片設計部門 System LSI 的委外訂單卻逆風上漲。
據工商時報報道,三星對聯電的明年下單量估較今年成長 15%,由月産 1.3 萬片增至 1.5 萬片。
三星 System LSI 是全球顯示器驅動 IC 産業龍頭,同時也是三星 SDC OLED DDI 的主要供貨商,而三星 SDC 正是蘋果手機 OLED 面闆的主要供貨商,雖然目前手機整體銷售動能不足,但大家對于明年 iPhone 15 的出貨量仍保持着強勁預期,這也帶動了 OLED DDI 的需求。
一般來說,三星 System LSI 的芯片主要由三星自家代工廠和聯電制造,但由于三星晶圓代工目前以沖刺先進制程為主,便加大了成熟制程的委外代工,與聯電簽訂了長約,并預付貨款取得聯電新晶圓廠明年之後開出的産能。
不得不承認,蘋果強大的帶貨能力确實給台積電和聯電的 22/28nm 擴産吃了一顆不小的定心丸。
汽車電子的火熱
如果說蘋果是帶貨王者,那麼智能汽車顯然就是朝陽産業,在消費電子萎靡不振的當下,它卻展現出了無比光明的前景。台積電車用暨微控制器業務開發處處長林振銘曾透露,根據台積電内部估算,車用半導體的全球市場規模,可望從 2021 年的 410 億美元(近 1 兆 3000 億台币),躍升至 2026 年的 850 億美元,到 2030 年更上看 1350 億美元(近 4 兆 2400 億台币)。
對于智能汽車來說,芯片顯然是不可缺少的重要部分,但其實相比 14nm 以下的先進制程,大部分車用芯片需要的是 28nm 以上的成熟制程,以汽車零組件裡常見的 MCU、CIS 來看,基本上都是 28nm、45nm 以及 65nm 成熟制程的天下,隻有諸如自動駕駛芯片等少數汽車芯片才需要用到先進制程。力積電董事長黃崇仁就曾明确指出,約有 80% 的車用芯片采用 28nm 以上成熟制程,僅有 20% 采用 14nm 以下先進制程。
其實此前汽車芯片缺貨最嚴重的也是成熟制程芯片,而非先進芯片,甚至還出現由于芯片短缺,車廠在生産時減配的情況。以特斯拉為例,2021 年 11 月芯片短缺将 Model 3 和 Model Y 内裝的中控和後排 USB-C 接口拿掉,手機無線充電功能也無法使用,受消費者質疑後特斯拉才響應後續會補裝,但時間點不保證。今年 2 月,為了應付缺芯片危機,特斯拉員工信又傳出特斯拉會減配上海制造的 Model 3 和 Model Y,去掉電子輔助轉向系統兩個電子控制單元其一。
" 智能汽車不能失去成熟芯片,就像西方不能失去耶路撒冷。"
台積電熊本廠除了受到索尼的青睐,也得到了日本汽車零件大廠電裝和汽車芯片大廠瑞薩電子的歡迎。
日本電裝在今年年初宣布入股熊本廠、取得逾 10% 股權。
至于瑞薩電子,台積電本身就是其 28 nm MCU 主力代工廠,而 28 nm 也正是熊本廠主要制程之一,近些年瑞薩愈發傾向于 Fab-lite 模式,委外代工比例也在不斷增加,台積電的熊本廠顯然将成瑞薩提高高階 MCU 供貨能力的一大關鍵。
據悉,瑞薩目标在 2023 年前,将缺貨嚴重的車用 MCU 供貨量提高 5 成;其中,以約當 8 英寸晶圓換算,高階 MCU 産能預計較 2021 年底增加 5 成,由晶圓代工廠産能支持,并将擴充自家晶圓廠産能,将低階 MCU 産能增加約 7 成。
瑞薩電子總裁暨執行長柴田英利指出,瑞薩力圖擴大 28 nm MCU 産能,熊本廠将是很大助力。同時他也認為,在電動車與自駕車發展推升下,車用芯片缺貨情況将持續。
車用芯片缺貨情況持續就意味着汽車芯片未來仍将供不應求,汽車芯片大廠對台積電等晶圓廠的産能需求自然也會持續攀升。
聯電今年在汽車芯片領域的布局也是突飛猛進,旗下 28 nm 制程,除了原有的多晶矽氮氧化矽(Poly-SiON)制程外,高介電常數絕緣膜/金屬閘極(High-k/Metal gate)技術也已大量生産,車用規格也已完成質量驗證并提供相應所需 IP 于平台上。
包括 RFCMOS(射頻互補金屬氧化半導體);毫米波雷達;Auto AP;MCU;CIS/ISP;顯示芯片等在内的多款車用芯片,聯電都已經完成了 28nm 制程的認證。
圖源:經濟日報
據經濟日報 8 月報道,供應鍊指出,聯電已取得英飛淩、恩智浦、德州儀器、微芯片科技等車用芯片大廠大單,這些大廠在全球車用芯片市占總和超過三成。
即便半導體整體産業不景氣,但恩智浦的汽車芯片仍在短缺,恩智浦半導體全球銷售執行副總裁 Ron Martino 指出,2023 年雖然大環境有許多不确定因素,但恩智浦仍認為車用電子相較消費電子成長趨勢更佳, 車用電子方面,2023~2024 年有 9%~14% 年複合成長率,占恩智浦整體營收超過 50%,是恩智浦最重要項目。
寫在最後
當然,在 28nm 制程擴産的不止台積電和聯電,中芯國際也在擴産進行時,包括中芯深圳、中芯京城、中芯東方、中芯西青在内的四大項目,都專注于 28 納米及以上的工藝制造,未來五到七年産能将達到約 34 萬片 12 英寸。
International Business Strategies 數據顯示,到 2025 年,全球 28nm 制程芯片 40% 的産能會是在中國大陸,到 2030 年,28nm 芯片的需求将增加逾兩倍至 281 億美元。
其實,相比其他成熟制程,28nm 一直是單晶體管成本最低的工藝,也是 DUV 光刻機平面光刻的極限,技術難度遠不及先進工藝,但應用前景卻十分廣泛,能夠滿足手機、電腦、IoT 和各類消費電子相關芯片需求。
再加上,量産這麼多年,晶圓廠相關設備也早已折舊完畢,是制程工藝中當之無愧的 " 優等生 "。
在《28nm 競争進入新階段》一文中,我們曾統計了各大晶圓代工廠有關 28nm 的布局,可以看出,到了 2024 年,28nm 的産能将進入爆發階段,或許會有人擔憂,屆時産能過剩該如何是好?
也許最壞的結局就是像 2019 年那樣減少産能,但到時候說不定又會有新的需求出現,比如上述提到的 Micro Display 制程,畢竟 28nm 是一個如此特殊的存在。