半導體周期與摩爾定律漫筆

全球半導體工業(yè)周期性的循環(huán)如圖1曲線所示。其主要特點是：平均每五年一個周期，每10年出現(xiàn)一個大低谷。

英特爾創(chuàng)始人之一摩爾于1968年為美國電子學雜志紀念35周年寫了一篇文章，作了一個大膽的預言，認為“芯片上的元件數(shù)量每過18個月要增加一倍，即元件的成本可能下降一半”。這一預言使全球半導體工業(yè)不斷地增加芯片的集成度，降低價格。四十年后的今天，半導體及計算機的進步已改變了人類的生活，正如1995年老布什總統(tǒng)為摩爾先生頒發(fā)總統(tǒng)自由勛章時充分肯定了摩爾先生對于人類的巨大貢獻。

摩爾定律象一盞明燈，照耀著全球半導體工業(yè)的前進，每過兩至三年工藝技術邁向一個新的臺階。假設1968年時每個晶體管是一美元，那到今天已是5000萬個晶體管一美元。

市場需求更高性能的器件，如眼下1Gb flash等，迫使芯片制造工業(yè)采用更高水平的技術如0.11微米或者0.09微米技術，這將導致全球硅片產(chǎn)能逐年增大。

然而，市場的需求不可能總是呈線性上升態(tài)勢，產(chǎn)品有生命周期。2000年，由于千年蟲問題，人們擔心計算機功能出問題，所以在2000年，全球掀起了一個計算機購買高潮。在此推動下，半導體的固定資產(chǎn)投入增加了60%多，建設了許多芯片生產(chǎn)線。進入2001年后，市場需求陡然下降，造成芯片生產(chǎn)線產(chǎn)能利用率下降，廠商利潤下降，半導體工業(yè)走向下坡路。開始進入下降周期。

圖1  全球半導體工業(yè)周期性循環(huán)

2001年及2002年，半導體工業(yè)已經(jīng)持續(xù)低迷了兩年，人們盼望2003年工業(yè)迅速回暖，但2003年初的美伊戰(zhàn)事及SARS侵襲延誤了半導體工業(yè)再起，直到2003年 10月半導體工業(yè)真正進入第八次周期循環(huán)的上升期。

歸根結底，半導體工業(yè)的循環(huán)周期是由市場供需不平衡所造成的，市場對于終端產(chǎn)品的需求呈周期性變化，導致引導了半導體工業(yè)的變化，預計這種趨勢還將繼續(xù)持續(xù)下去。

半導體工業(yè)周期變化的因素

許多的市場調查公司對2004年半導體工業(yè)的銷售預測如表1。

對于全球半導體工業(yè)制造業(yè)、設備業(yè)甚至掩膜制造業(yè)等有關公司，基于自己掌握的材料及判斷，也會作出預測，結果不一樣是勢所必然。例如此次半導體周期將何時下降，樂觀的觀點是2006年，比較謹慎的觀點是2005年中期。國際上常用的判斷半導體業(yè)周期變化的因素有：

訂單反映工業(yè)的前景。正常情況下，半導體設備的交貨期為6個月。所以訂單能至少反映6個月之后工業(yè)的前景，銷售則反映過去的業(yè)績。半導體工業(yè)一直拿B/B的比值來反映工業(yè)的景氣程度，大于或接近1表明工業(yè)在上升，小于1，表明工業(yè)正走下坡路。

芯片生產(chǎn)線的產(chǎn)能利用率

表示芯片生產(chǎn)線產(chǎn)能與實際拿到訂單的比值，顯然接近100%為佳，低于60%就可能賠錢了。

Capital Spending

固定資產(chǎn)的投入反映半導體工業(yè)對未來前景的信心，一般芯片生產(chǎn)線從土建開始至少16個月之后才能投產(chǎn)。此外，任何生產(chǎn)線還有一個達到量產(chǎn)穩(wěn)定階段。所以從投資回報率的角度，最快反映24個月之后的市場。

全球半導體固定資產(chǎn)投資中，約有70%的錢用來購買設備2002~2004年全球固定資產(chǎn)支出，如下表所示，其中2004年的固定資產(chǎn)投入達415.25億美元，比上年增長38.9%。

ASP(Average Selling Price)平均銷售價格

以DRAM為例。已經(jīng)下降了好長時間的ASP，最近256MDRAM的ASP已經(jīng)開始回升，反映市場態(tài)勢不錯，ASP連續(xù)下跌，反映供大于求，市場疲軟。

庫存

這也是反映工業(yè)景氣的重要指標，庫存低于平均水平，反映市場貨源緊張，最近全球IC產(chǎn)品如flash低于平均水平，Intel ,Samsung等廠商便紛紛擴產(chǎn)以滿足市場需求。

以上五個最基本參數(shù)之中，B/B及產(chǎn)能利用率是反映半導體工業(yè)實時的景氣程度，而資本開支是反映半導體工業(yè)周期(24個月左右)的景氣程度。除此之外，尚有風險投資基金及產(chǎn)品的供貨周期等，而且有的公司還有專門測量指數(shù)如semicoindex等，不過，說到底這一切僅僅都是預測。

看待半導體工業(yè)市場，任何時候也不能忽視最基本面，即終端產(chǎn)品市場，如PC，移動電話，網(wǎng)絡及消費類電子產(chǎn)品等。每一類產(chǎn)品都包含一定的器件量，稱之為硅含量。最早300美元電視機，其中IC約為30美元，而現(xiàn)在的數(shù)字電視每臺500美元，IC約為100美元，由此可以從每年銷售多少臺數(shù)字電視機來測算出IC的消耗量，以此類推，也是半導體市場預測的基本方法。

目前的工業(yè)態(tài)勢B/B接近1，芯片生產(chǎn)線產(chǎn)能利用率達到90%以上，全球固定資產(chǎn)投入猛增和庫存下降等綜合因素來看，肯定半導體工業(yè)處在上升周期，可何時下降，至少現(xiàn)在還沒有統(tǒng)一認識。例如，4月30日美國American Technology Research市場咨詢公司聲稱已經(jīng)看出半導體設備工業(yè)的前景不妙，只能維持12個月的上升期。

硅材料由于自身物理特性的局限，芯片尺寸不可能無限制的繼續(xù)縮小下去。按國際半導體工藝路線圖(ITRS)，2004年進入90nm節(jié)點的器件批量生產(chǎn)，2007年為65nm，2016年為22nm。然而即使在目前向90nm節(jié)點器件的過渡中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)不少問題，相信這一切都與逼近摩爾定律極限有關。

4月26日美國In-Start/MDR認為半導體市場的格局將發(fā)生巨大變化，90年代PC及手機那種殺手級產(chǎn)品已經(jīng)沒有，目前市場呈現(xiàn)出多個產(chǎn)品，如DVD、Player、Digital camera、Digital TV等都難成殺手級產(chǎn)品，而且面臨著標準化的競爭及價格下降等問題。

5月4日電子時報消息，稱過去IC設計初創(chuàng)公司僅需投入1000~1500萬美元，經(jīng)過幾個季度就能達收支平衡；如今所需資金增加到4000~5000萬美元，提高了初創(chuàng)IC設計公司的入門門檻。

5月3日美國IBM公司的CTO首席技術執(zhí)行官發(fā)表言論說，在ITRS推動下，芯片尺寸繼續(xù)縮小。IBM認為進入130nm及90nm時已經(jīng)遇到強大阻礙。此種局面與80年代中期CMOS工藝替代Bipolar工藝技術時十分相似。由于柵氧化層的厚度只有5個原子的高度，漏電流劇增，晶體管的特性也完全不同。僅功耗的矛盾就很難克服。如果電路真到17nm的水平，那每平方厘米的硅片就有5000億個元件，計算機只能在液氦溫度下才能工作。

許多報道認為，摩爾定律還能維持15年，甚至更長。其實多少年并沒有實際意義。芯片的發(fā)展不可能總是以每18個月集成度翻一倍繼續(xù)下去，一切事物除了可能之外，更重要的是市場接受。相信在沒有討論完半導體工業(yè)下一步怎么走之前，一定會有新的材料替代硅或者硅材料經(jīng)過某種改變，再繼續(xù)生存下去，世上事物的發(fā)展總是永無止境的。