當(dāng)前的半導(dǎo)體和 IC 封裝短缺浪潮預(yù)計將持續(xù)到 2022 年，但也有跡象表明供應(yīng)可能最終會趕上需求。
半導(dǎo)體和封裝領(lǐng)域的產(chǎn)能、材料和設(shè)備也是如此。在所有細(xì)分市場都經(jīng)歷了一段時間的短缺之后，目前的觀點是，盡管汽車芯片等一些產(chǎn)品短缺可能會在 2022 年持續(xù)，但大部分芯片供應(yīng)可能會在 2022 年中期恢復(fù)相對正常。但這取決于幾個經(jīng)濟(jì)因素，因此所有這一切都可能在一夜之間改變。
半導(dǎo)體行業(yè)經(jīng)歷了一個混亂時期。2020 年初，業(yè)務(wù)看起來很光明，但在 COVID-19 爆發(fā)后市場下跌。整個 2020 年，各國采取了各種措施來緩解疫情，例如居家令和關(guān)閉企業(yè)。經(jīng)濟(jì)動蕩很快接踵而至。
到 2020 年年中，由于居家經(jīng)濟(jì)推動了對計算機(jī)、電視和其他消費電子產(chǎn)品的需求，IC 市場出現(xiàn)反彈。消費類芯片和高級 IC 封裝出現(xiàn)短缺。然后，在 2021 年上半年，對汽車、智能手機(jī)和其他產(chǎn)品的需求激增，導(dǎo)致這些領(lǐng)域的芯片短缺。今天，許多類型的芯片供應(yīng)緊張，交貨期長，而其他一些芯片更容易得到。這取決于芯片和供應(yīng)商。
全球芯片制造能力也很緊張，尤其是有更成熟工藝的 8 英寸晶圓廠。一段時間以來，8 英寸晶圓廠產(chǎn)能已經(jīng)售罄，預(yù)計這種情況不會很快改變。而現(xiàn)在，許多代工廠客戶正準(zhǔn)備迎接新一輪的全面漲價。同時，在封裝方面，一些封裝類型將繼續(xù)供不應(yīng)求，許多領(lǐng)域的產(chǎn)能緊張。高級設(shè)備的交貨時間很長。
半導(dǎo)體短缺的情況并非全是悲觀的。IBS CEO Handel Jones 在一份新報告中表示：“除部分產(chǎn)品外，供需形勢預(yù)計將主要在 2022 年上半年或 2022 年下半年得到解決?！薄霸S多因素促成了對半導(dǎo)體的強(qiáng)勁需求。然而，由于市場飽和，一些推動過去需求增長的因素正在減弱。由于刺激措施的減少和高通脹的影響，消費者的購買力將減弱?！?/p>
供應(yīng)商方面也有一些不好的跡象。根據(jù) IBS 的說法，產(chǎn)能過?？赡軙?2022 年下半年或 2023 年的某個時候發(fā)生，具體取決于不同的產(chǎn)品。
想要解釋清楚每個半導(dǎo)體產(chǎn)品或封裝的情況是不可能的，每一個產(chǎn)品都有自己的供需背景。但是有幾個關(guān)鍵產(chǎn)品可以對這種情況提供一些見解。其中包括應(yīng)用處理器、MCU、PMIC 和 WiFi 芯片以及各種封裝技術(shù)。
晶圓廠
多年來，集成電路行業(yè)經(jīng)歷了起起落落。當(dāng)前的復(fù)蘇是近期記錄中最大的復(fù)蘇之一。根據(jù) IBS 的數(shù)據(jù)，總體而言，預(yù)計 2021 年半導(dǎo)體市場將達(dá)到 5425.5 億美元，比 2020 年增長 21.62%。IBS 預(yù)測，該市場預(yù)計將在 2022 年增長 7.13%。
據(jù) TEL 稱，晶圓制造設(shè)備 (WFE) 市場預(yù)計 2021 年將增長 40%。TEL 總裁兼 CEO Toshiki Kawai 在一次演講中表示：“由于對前沿邏輯芯片和存儲器的需求急劇上升，預(yù)計 WFE 市場將出現(xiàn)顯著擴(kuò)張?！?/p>
盡管如此，半導(dǎo)體行業(yè)設(shè)計和制造了大量不同的芯片，例如模擬芯片、GPU、MCU、內(nèi)存、微處理器和功率半導(dǎo)體。GPU、處理器和其他高級邏輯芯片在 12 英寸晶圓廠中生產(chǎn)，使用從 16nm/14nm 到 5nm 節(jié)點的各種工藝技術(shù)。
從 16nm/14nm 到 5nm，芯片制造商依賴于 finFET。“與之前的平面晶體管相比，fin 在三個側(cè)面與柵極接觸，可以更好地控制 fin 內(nèi)形成的通道，”Lam Research 大學(xué)項目主管 Nerissa Draeger 說。
12 英寸晶圓廠也生產(chǎn) 65nm 到 28nm 的成熟工藝節(jié)點的芯片。同時，其他芯片是在較舊的 8 英寸晶圓廠中使用 350nm 到 90nm 的工藝制造的。許多芯片也在晶圓廠以更小的晶圓尺寸生產(chǎn)，例如 6 英寸、4 英寸等。
目前，8 英寸和 12 英寸晶圓廠的成熟工藝節(jié)點即使沒有售罄也很緊張?！霸谶^去的幾年里，無論是在傳統(tǒng)的 CMOS、雙極 CMOS DMOS 還是基于 RF-SOI 的工藝平臺上，對在 8 英寸和成熟 CMOS 技術(shù)節(jié)點≥28nm 上制造的各種芯片的需求激增。這些器件包括 MCU、PMIC、數(shù)字顯示驅(qū)動器 IC (DDIC)、RF IC 和制造背照式 CMOS 圖像傳感器所需的圖像信號處理 (ISP) 晶圓。這種需求也受到多個細(xì)分市場技術(shù)趨勢的支撐，”Lam Research 戰(zhàn)略營銷董事總經(jīng)理 David Haynes 表示。
“汽車半導(dǎo)體的供應(yīng)問題有據(jù)可查，但與此同時，消費產(chǎn)品、支持 5G 的新設(shè)備和顯示應(yīng)用的需求也在增加，”Haynes 說?！坝捎谥圃爝@些芯片的許多 IDM 和代工廠生產(chǎn)的不是一種產(chǎn)品而是多種產(chǎn)品，因此情況進(jìn)一步復(fù)雜化。從歷史上看，他們已經(jīng)能夠重新平衡晶圓廠產(chǎn)能以滿足對某種產(chǎn)品類型不斷增長的需求，但是當(dāng)對如此多產(chǎn)品的需求同時激增時，很難或不可能以這種方式調(diào)整產(chǎn)量。盡管某些設(shè)備類型（例如顯示驅(qū)動器）的全球產(chǎn)能有所增加，但最近的報告表明，整個行業(yè)尚未達(dá)到供需平衡?！?/p>
總而言之，代工產(chǎn)能緊張。聯(lián)電聯(lián)席總裁 Jason Wang 表示,“展望第四季度，我們預(yù)計晶圓出貨量和 ASP 趨勢將保持堅挺。8 英寸和 12 英寸設(shè)施的產(chǎn)能利用率將繼續(xù)保持滿負(fù)荷狀態(tài)?！?/p>
不論是成熟工藝節(jié)點還是前沿節(jié)點，在可預(yù)見的未來，晶圓廠產(chǎn)能預(yù)計都將吃緊。這取決于生產(chǎn)流程和供應(yīng)商?！半m然我們不排除庫存調(diào)整的可能性，但我們預(yù)計臺積電的產(chǎn)能在 2021 年和整個 2022 年仍將非常緊張，”臺積電 CEO 魏哲家在最近的一次電話會議上稱。
Gartner 分析師 Samuel Wang 在總結(jié)情況時表示：“代工廠大多被預(yù)訂了 2022 年上半年的產(chǎn)能，有些與無晶圓廠客戶簽訂了 3-4 年的長期協(xié)議。Gartner 的假設(shè)是，芯片庫存將在 2022 年第二季度達(dá)到常態(tài)。小型供應(yīng)商的各種組件短缺可能會持續(xù)更長時間。”
應(yīng)用處理器問題
與此同時，據(jù) IBS 稱，無線是半導(dǎo)體領(lǐng)域最大的細(xì)分部門，占總業(yè)務(wù)的 40%。在無線領(lǐng)域，5G 智能手機(jī)和相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施是許多芯片的主要驅(qū)動力。IBS 表示，總體而言，2021 年 5G 智能手機(jī)的出貨量預(yù)計將達(dá)到 5.78 億部，高于 2020 年的 2.25 億部。盡管 5G 在許多地區(qū)都在增長，但中國的智能手機(jī)市場正在放緩。
5G 智能手機(jī)由應(yīng)用處理器、CMOS 圖像傳感器、內(nèi)存、PMIC 和 RF 等多種芯片組成。應(yīng)用處理器是將 CPU、圖形和 AI 功能集成在同一芯片上的前沿設(shè)備。
▲ 應(yīng)用處理器的復(fù)雜性不斷提升 ｜圖源：Semiconductor Engineering
蘋果新款 iPhone 13 采用了 A15 應(yīng)用處理器，其基于臺積電 5nm 工藝的 150 億晶體管設(shè)計。許多其他手機(jī)采用了高通的驍龍 888，這是一種 5nm SoC。
這些芯片由代工廠商生產(chǎn)。如今，臺積電和三星是僅有的能夠制造 7nm 和 5nm 芯片的代工廠商，并且都在研發(fā) 3nm。最近重新進(jìn)入代工業(yè)務(wù)的英特爾正在加大 10nm 和 7nm 的生產(chǎn)力度，研發(fā) 4nm。
一段時間以來，對基于 5G 的前沿應(yīng)用處理器和芯片組的需求一直很強(qiáng)勁。但代工廠給這些芯片的產(chǎn)能似乎略有不足。IBS 的 Jones 表示：“晶圓產(chǎn)能短缺可能會持續(xù)到 2021 年第四季度或 2022 年第一季度。”
產(chǎn)能短缺會持續(xù)多久取決于幾個因素?！疤O果 A15 和高通驍龍 888 等最新設(shè)計的技術(shù)是 5nm，并計劃在 2022 年遷移到 3nm，”Jones 說。“如果 3nm 的智能手機(jī)芯片組在 2022 年下半年推出，那么 5nm 和 7nm 的產(chǎn)能可能會在 2022 年第三季度或 2022 年第四季度出現(xiàn)過剩?！?/p>
情況可能會改變。分析師稱，定于 2022 年推出的蘋果 iPhone 14 本應(yīng)該使用臺積電的 3nm 工藝作為應(yīng)用處理器。然而，現(xiàn)在 iPhone 14 有望使用 4nm。分析師表示，蘋果將于 2023 年推出的 iPhone 15 將采用 3nm 應(yīng)用處理器。換句話說，臺積電 3nm 的收入增長被推遲到 2023 年了。
總而言之，各方的 3nm 生產(chǎn)上量是一個不斷變化的目標(biāo)。“有跡象表明，臺積電和三星都在推遲增加 3nm 晶圓的產(chǎn)量，”Jones 說。
對于蘋果和其他智能手機(jī)供應(yīng)商來說，這并不是唯一的問題。在最近一個財季，由于芯片和制造產(chǎn)能短缺，蘋果的銷售額出現(xiàn)了 60 億美元的缺口。問題不是出在無法獲取前沿節(jié)點，而是成熟工藝芯片短缺。
據(jù) KeyBanc 稱，蘋果的銷售受到多個領(lǐng)域短缺的影響，包括 OLED 觸摸屏控制器。用于控制顯示器的觸摸屏控制器采用的是成熟工藝制造。
其他成熟節(jié)點的芯片也供不應(yīng)求，包括 Wi-Fi 6 芯片。Wi-Fi 和部分射頻芯片的生產(chǎn)工藝為 28nm、22nm 和 16nm。據(jù) IBS 稱，Wi-Fi 和其他射頻芯片的短缺可能會持續(xù)到 2022 年第二季度，甚至可能是 2022 年第三季度。
智能手機(jī)和其他產(chǎn)品的 PMIC 也一直供不應(yīng)求。PMIC 用于控制電力的流動和方向，采用 180 nm 到 40nm 的工藝制造。據(jù) IBS 稱，預(yù)計 PMIC 的短缺將持續(xù)到 2022 年第二季度或 2022 年第三季度。
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