芯片供應(yīng)鏈轉(zhuǎn)移，不同制程工藝產(chǎn)能的差異

本周，在談到全球芯片產(chǎn)能短缺時，臺積電董事長劉德音表示，之所以形成這樣的局面，主要有三大原因：一是新冠肺炎疫情造成生產(chǎn)鏈的銜接不順利；二是美中貿(mào)易爭端造成供應(yīng)鏈及市占率的變化和不確定性；三是疫情加速了數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

具體來看，自2020年初新冠肺炎疫情發(fā)生以來，全球生產(chǎn)鏈銜接不順利，為了維持足夠的芯片支持供應(yīng)鏈運作，庫存水位提高成為常態(tài)。另外，美中貿(mào)易爭端，使得華為遭受美國禁令而無法獲取芯片，在這種情況下，其它手機(jī)廠商擴(kuò)大下單量，以爭取華為的市占率。此外，不確定性也是一個重要因素，具體是指無法知道未來的芯片供應(yīng)會不會因為外在變量造成中斷，不確定性的消除，很大程度上取決于美中兩國之間如何協(xié)商取得共識。

劉德音表示，不確定性及市占率改變的時候，一定會有超額訂購情況。對臺積電來說，過去產(chǎn)能是先到先拿，但現(xiàn)在無法這樣做，臺積電全力支持產(chǎn)能供給，但會盡量分析哪些是最急切的需求，像車用芯片缺貨影響到經(jīng)濟(jì)及就業(yè)，就要先支持并解決，臺積電正在做這些事情。

另外，疫情加速了數(shù)字化轉(zhuǎn)型，如遠(yuǎn)距工作及教學(xué)帶動筆電出貨大幅增加，人工智能（AI）及5G的大趨勢也因此加速發(fā)展，所以對芯片的需求也大幅增加。劉德音表示，隨著疫情得到控制，生產(chǎn)鏈短暫中斷的情況會獲得改善，但數(shù)字化轉(zhuǎn)型不會停止。

劉德音認(rèn)為，總體來看，全球芯片的整體產(chǎn)能仍大于需求，像現(xiàn)在產(chǎn)能很短缺的28nm，全球產(chǎn)能仍大于實際需求，只是因為新冠肺炎疫情或美中貿(mào)易紛爭而造成供給吃緊。

綜上，可以看出，相對于當(dāng)下業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為的芯片整體產(chǎn)能不足，劉德音給出了不同的看法，他認(rèn)為，在宏觀層面，全球整體芯片產(chǎn)能是供大于求的，當(dāng)下產(chǎn)能的短缺，更多的是微觀層面變化后形成的“假象”。而劉德音提到的兩點，很值得注意：一是芯片供應(yīng)鏈及市占率的變化和不確定性，是造成相當(dāng)多種芯片供不應(yīng)求的一個重要原因；二是像現(xiàn)在產(chǎn)能很短缺的28nm，從宏觀層面來看，全球產(chǎn)能仍供過于求。

芯片供應(yīng)鏈轉(zhuǎn)移

芯片供應(yīng)鏈及市占率的變化和不確定性，在近兩年產(chǎn)能短缺的市場中體現(xiàn)得越來越突出。某些類型芯片，在相對短的時間內(nèi)，市場需求猛增，供給嚴(yán)重不足使得芯片生產(chǎn)鏈發(fā)生變化和轉(zhuǎn)移，這種變化就會給市場帶來一定的不確定性。在這方面，典型代表就是CIS（CMOS圖像傳感器）的供不應(yīng)求，使得行業(yè)兩大巨頭索尼和三星的CIS生產(chǎn)鏈出現(xiàn)了很大的變化：由于產(chǎn)能不足，在2019年，索尼史上首次將其部分重要CIS生產(chǎn)外包給了臺積電；三星則將部分DRAM產(chǎn)線改造為CIS產(chǎn)線。

特別是三星，為擴(kuò)大CIS產(chǎn)能，該公司于2017年開始改造12英寸DRAM產(chǎn)線FAB 11，用于生產(chǎn)CIS，2018年底完成改造；同時對FAB 13進(jìn)行改造。三星原本擁有1條CIS芯片專用產(chǎn)線，名稱為S4-Line，2019年，該公司CIS產(chǎn)能約為4.5萬片/月，隨著FAB 11和FAB 13線轉(zhuǎn)為CIS專用線，三星的產(chǎn)能將擴(kuò)充到12萬片/月，目標(biāo)是超過索尼每月10萬片的產(chǎn)能。

進(jìn)入2021年以后，CIS依然是供不應(yīng)求。據(jù)Omdia統(tǒng)計，中低端CIS嚴(yán)重短缺，三星從2020年12月起調(diào)漲CIS 價格40％，其它CIS供應(yīng)商也漲價20％。導(dǎo)致這一波CIS 漲價的主因是8英寸晶圓代工產(chǎn)能吃緊，投片在8英寸晶圓生產(chǎn)的電源管理IC、驅(qū)動IC、指紋辨識IC、MOSFET 等產(chǎn)品，自2020下半年就陸續(xù)缺貨漲價。

此外，一些CIS的IC設(shè)計企業(yè)，為了擺脫到處找產(chǎn)能而不得的被動局面，開始自建晶圓前后道產(chǎn)線，以保證給客戶供貨。

除了CIS，近期產(chǎn)能最緊張的就是汽車芯片。為了獲得產(chǎn)能，歐美各國政府出面與臺積電協(xié)商，希望后者能增加汽車芯片產(chǎn)能。由于臺積電擁有全球汽車芯片70%的產(chǎn)能，所以，該公司的舉動會產(chǎn)生很大影響。為了盡快解決汽車芯片荒問題，臺積電緊急啟動了特別緊急快件，要在相對短的時間內(nèi)擠出原計劃生產(chǎn)其它芯片的產(chǎn)能，用于生產(chǎn)汽車芯片。

據(jù)悉，臺積電正將部分55納米HV制程產(chǎn)能，由部分觸控面板驅(qū)動IC（TDDI）轉(zhuǎn)移給車用。

除了CIS和車用等芯片生產(chǎn)鏈發(fā)生較大變化之外，不同尺寸的晶圓產(chǎn)線也在近兩年出現(xiàn)了轉(zhuǎn)移，特別是原本采用8英寸晶圓生產(chǎn)的芯片，開始向12英寸晶圓產(chǎn)線轉(zhuǎn)移。

8英寸晶圓原本用于生產(chǎn)成熟制程和特殊工藝的芯片，如PMIC、顯示驅(qū)動IC，CIS，MCU，MEMS等，但是，近些年，隨著傳統(tǒng)8英寸晶圓產(chǎn)能供不應(yīng)求，以及14nm及更先進(jìn)制程的普及，市場對12英寸晶圓的需求日益迫切，這方面的成本效率越發(fā)突出。因此，8英寸向12英寸晶圓轉(zhuǎn)型的速度開始加快，除了傳統(tǒng)存儲和邏輯芯片之外，越來越多的PMIC、顯示驅(qū)動IC，CIS，MCU等芯片，也開始采用12英寸晶圓生產(chǎn)了。

綜上，無論是CIS和汽車芯片大規(guī)模缺貨，還是原本用8英寸晶圓生產(chǎn)的芯片向12英寸產(chǎn)線轉(zhuǎn)移，都在很大程度上打亂了原有秩序和平衡。這種供應(yīng)鏈較大規(guī)模的變化，會在很大程度上進(jìn)一步強(qiáng)化市場對芯片產(chǎn)能不足的預(yù)期，從而加重重復(fù)下單，客觀上使產(chǎn)能更加吃緊。而且，產(chǎn)業(yè)鏈大規(guī)模變化，打破了傳統(tǒng)格局，必定會給整個市場帶來更多的不確定性，也就是如前文劉德音所說的。

不同制程工藝產(chǎn)能的差異

如前文所述，劉德音認(rèn)為，現(xiàn)在產(chǎn)能很短缺的28nm，從宏觀層面來看，全球產(chǎn)能仍供過于求。

如何理解這個觀點呢？恐怕要從不同制程工藝的市占率，及其多年以來的變換情況來分析了。在這方面，IC Insights在2020年底曾經(jīng)有過一份統(tǒng)計，很適合用于對以上觀點的討論。

按照IC Insights的統(tǒng)計和預(yù)測，各種半導(dǎo)體制程的市占率正向著相對更加均衡的方向發(fā)展。

如圖所示，在2019年，10nm以下先進(jìn)制程的市占率僅為4.4%，而到2024年，其比例將增長到30％。在該時間段內(nèi)，10nm -20nm制程的市占率將從38.8%，下降到26.2%；20nm-40nm制程的市占率將從13.4%，下降到6.7%；不過，從該統(tǒng)計和預(yù)測來看，40nm以上成熟制程的比例在這些年當(dāng)中沒有出現(xiàn)明顯變化。

這五大類制程，從發(fā)展趨勢來看，大致可以分為三種：一是10nm以下先進(jìn)制程，市占率呈現(xiàn)上升態(tài)勢；二是10nm -20nm，20nm-40nm制程，市占率總體呈現(xiàn)下降態(tài)勢；三是40nm及以上制程，市占率長年持平。

這些似乎可以從宏觀層面解釋臺積電董事長劉德音所說的：現(xiàn)在產(chǎn)能很短缺的28nm，從宏觀層面來看，全球產(chǎn)能仍供過于求。

首先，可提供10nm以下先進(jìn)制程的廠商只有臺積電、三星和英特爾這三家，而市場需求總體呈上升狀態(tài)，因此，無論是從宏觀，還是微觀層面來看，這類制程產(chǎn)能都是缺的。

而10nm -20nm和20nm-40nm制程的市占率變化情況則正相反，總體呈現(xiàn)下降態(tài)勢，宏觀市場需求是萎縮的。而在當(dāng)下這個時間段內(nèi)，由于多種因素的影響，使得這一區(qū)間內(nèi)部分制程的產(chǎn)能顯得供不應(yīng)求，就像28nm，但在宏觀層面上，市場需求市占率是呈下降態(tài)勢的，就很容易形成供大于求的局面。也就是如劉德音所說的。

而40nm及以上制程的市占率呈持平態(tài)勢，則說明市場需求是旺盛的，從宏觀層面來看，供需基本持平。

因此，是否可以這樣解釋劉德音認(rèn)為全球芯片產(chǎn)能實際上是供大于求的：從宏觀層面看，10nm以下先進(jìn)制程供不應(yīng)求，10nm -20nm和20nm-40nm制程供大于求，40nm及以上制程供需基本持平。然而，從上圖中2020和2021年的情況來看，10nm以下先進(jìn)制程市占率比10nm -20nm和20nm-40nm制程的小很多，因此，10nm -20nm和20nm-40nm的供大于求總量要大于10nm以下先進(jìn)制程供不應(yīng)求總量，抵消后，則呈現(xiàn)供大于求的狀態(tài)。

而到了2024年，如圖所示，三種制程的市場率基本持平，各占三分之一，或許到那時，全球芯片產(chǎn)能會呈現(xiàn)出更佳的供需平衡狀態(tài)。

結(jié)語

從微觀層面看，當(dāng)下的全球芯片產(chǎn)能確實供不應(yīng)求，而從宏觀層面來看，情況似乎又是相反的。半導(dǎo)體業(yè)的這種現(xiàn)象如同一門“玄學(xué)”，很值得進(jìn)一步探究。

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