被缺货“逼疯”的芯片厂

从2019年下半年开始,由于市场对5G相关芯片和TWS蓝牙芯片需求的不断增加,使得晶圆厂的产能出现了供不应求的情况。

到了2020年以后,首先是突如其来的疫情,让部分依赖进口的原材料出现不同程度紧缺,这在一定程度上影响了芯片的出货。而到了2020年下半年,在疫情有所控制的情况下,随着下游市场的复苏,使得本应平均在全年的芯片需求集中在下半年爆发了出来,CIS、电源管理芯片、汽车芯片等相继出现了缺货的情况。另外,贸易环境的变化也使得晶圆代工厂在某段时间集中对个别芯片设计厂商进行供货,这也挤压了其他芯片厂商的产能。

在芯片短缺的影响下,涨价、减产等一系列连锁反应随之而来。这也逼得芯片设计厂商开始重视审视芯片制造。

垂直分工模式成就芯片设计厂商

从半导体产业发展的长河中看,最早发展半导体业务的厂商都无一例外地都采用了IDM模式。这种模式将设计、制造等环节协同优化,有助于充分发掘技术潜力,并能条件率先实验并推行新的半导体技术,进而扩大他们在产业中的优势。

而后,随着更多的应用场景出现,市场需要更多的芯片来支持,因此,半导体制造规模效应的凸显。但同时要技术和扩产的提升,需要大笔资金的投入,这也使得IDM模式下的厂商扩张难度加大。此时,垂直分工模式成为了行业的发展趋势,晶圆代工厂顺势而起

从维基百科上所记录的数据中看,按照销售额计算,晶圆代工的代表——台积电从2011年开始挤进了全球十大半导体企业榜单中。

被缺货“逼疯”的芯片厂

(来源:维基百科)

恰逢此时,消费电子产品市场爆发,晶圆专业代工厂商降低了IC产业的进入门槛,激发了上游IC设计厂商的爆发,以及产品设计和应用的创新,继而加速了IC产品的开发应用周期,大规模拓展了下游IC产品应用。

受惠于垂直分工的这种优势,Fabless厂商的身影也开始频繁地出现在了全球十大半导体的榜单中。从上图便可以看出,2011年以后,高通、博通、英伟达等芯片设计公司的出现,表明垂直分工的发展模式在半导体领域中取得了巨大成功。此外,根据方正证券陈航所发布的2020全球半导体涨幅排名的榜单当中,涨幅排名居于前排的几乎都是Fabless厂商。

被缺货“逼疯”的芯片厂

芯片设计厂商的成功离不开晶圆代工厂的支持,但他们所要面临的一部分挑战也源于晶圆代工厂,即随着5G、AloT的发展,芯片设计厂商要面临着新一轮的市场变革,而抢占先进则是他们扩大优势的一个方式。但在垂直分工的模式下,芯片设计厂商的数量早已远远超过了晶圆代工厂商的数量,伴随着新一轮芯片需求市场的爆发,晶圆代工厂的产能自然就出现了供不应求的情况。于是,如何拿到更多的产能,成为了这些芯片设计厂商共同的话题。

在这种情况下,芯片设计厂商为保障产能,开始玩起了“复古”。

无晶圆厂上演“文艺复兴”

就目前市场情况来看,受困于晶圆代工产能短缺的难题,已经有不少芯片设计厂打起了晶圆厂的主意。但跟过去自己建厂不一样,他们尝试用设备投资,换取晶圆厂产能。

以联发科为例,在过去的一年当中,在5G手机芯片以及物联网平台带动下,联发科全年营收将首次超过100亿美元。而2020年作为5G商用化的元年,该类芯片的使用还处于初期,未来随着5G芯片的下沉,会有越来越多的消费电子采用这类芯片,这也是全面布局中高低端手机芯片的联发科的成长机会。作为一家Fabless厂商,为确保晶圆代工产能无虞,不影响他们自己的芯片出货,联发科曾于2020年11月斥资16.2亿元新台币向科林研发(Lam Research)、佳能株式会社,以及东京威力科创等设备厂购买晶圆制造设备,并将这些设备租给力晶集团旗下晶圆代工厂力积电使用。

此外,汽车芯片产能的短缺,也在行业内引起了轩然大波。德国供应商大陆集团(Continental)在一份声明中也表示:“对晶圆厂的未来投资将至关重要,这可以让汽车行业将来避免此类供应链的动荡。”

除了上述厂商以外,原本一些已经转向Fablite模式厂商,因为受到缺货和需求暴增的影响,也不得不选择重新投资晶圆厂。在谈及这类厂商之前,先让我们来看一看Fablite模式是什么。

Fablite模式由IDM演变而来,是企业为了减少投资风险的一种策略,也是目前全球半导体业中盛行的一种运营模式。简而言之,Fablite是IDM公司在垂直分工的影响下,诞生的一种新模式,即一部分产品在自己的工厂中生产,另外一部分则采用委外代工,以这种方式来减轻建厂扩产所带来的成本压力,使他们自己能够将资金投向技术研发。

根据IC insights的数据来看,自2009年以来全球已关闭或改建的晶圆厂有100座。这种情况的背后,有相当一部分原因是IDM转向了Fablite。

而在全球芯片产能紧缺的情况下,这些拥有芯片制造能力的厂商也开始投资被他们“忽视多年”的晶圆厂,拥有晶圆厂的他们举起了“晶圆复兴”的大旗。

根据相关报道显示,英飞凌曾表示,他们将加大对2021年新产能的投资,从2020年的11亿欧元增加至15亿欧元(约合18亿美元),其中,奥地利Villach将生产12英寸晶圆。

索尼作为CIS领域的龙头企业,在2020年当中也有扩产计划。根据相关消息报道,索尼计划到2021年3月,将其影像传感器产能将增加到每月13.8万块,并在日本长崎建设新工厂,以持续扩大产能。

此外,还有相关报道指出,供应链传出,三星LSI委由联电采用28纳米制程代工量产的ISP,目前月产能约为4万片,欲提高1.5万片,为取得产能保障,三星有意投资联电的资本支出。

除此之外,英特尔去年释放的或将考虑委外代工的消息,或许也可以视作是对晶圆代工厂商的另类支持。

中国芯片设计厂商的转变

在全球半导体运营模式发生转变的同时(2010年前后),半导体市场也出现了变化。根据SIA发布的Factbook 2020报告中显示,2001年,随着电子设备生产转移到亚太地区,亚太市场的销售额超过了所有其他地区。从那以后,它的规模成倍增长——从398亿美元到2019年的2580亿美元。到目前为止,亚太地区最大的单一国家市场是中国,占亚太市场的56%,占全球市场的35%。

在这种市场的推动下,半导体也逐渐成为了中国第一大宗进口产品类别。这种情况也受到了我国的重视。恰逢此时垂直分工模式席卷了全球半导体行业,乘着这股风潮,也出现了一批本土芯片设计厂商。

尤其是在这两年,贸易环境发生改变的情况下,本土半导体的发展受到了空前的重视。根据2020 ICCAD的数据显示,2020年中国芯片设计厂商达2218家,比去年的1780家多了438家,数量增长了24.6%

庞大的中国芯片设计市场,却没有那么多的晶圆代工厂或者OSAT来支持,尤其是在国际半导体厂商均与头部代工厂建立了多年的合作关系的情况下,规模相对较小的本土芯片设计厂商很难拿到产能。再加上,有些芯片厂商的产品,只有在自己的产线下,才更具竞争力。

因此,除了晶圆代工厂扩产外,本土芯片设计厂商也开始投资前后道工厂。

CIS是本土厂商发展不错的一个领域,也是缺产能的一大领域。为了解决这个问题,致力于CIS的格科微开始尝试向制造进军。根据相关报道显示,格科微将投资22亿美金,拟在临港新片区投资建设“12英寸CIS集成电路特色工艺研发与产业化项目”。根据格科微所公布的招股书的内容上看,格科微是希望通过建设部分12英寸BSI晶圆后道产线、12英寸晶圆制造中试线、部分OCF制造及背磨切割产线等多种举措,实现模式的转变。

格科微在其招股书中表示,通过自建部分12英寸BSI晶圆后道产线,公司能够有力保障12英寸BSI晶圆的产能供应,实现对关键制造环节的自主可控,在产业链协同、产品交付等多方面提升公司的市场地位;自建12英寸晶圆制造中试线能够缩短公司在高阶产品上的工艺研发时间,提升公司的研发效率,快速响应市场需求;自建部分OCF制造及背磨切割产线能够保障公司中低阶产品的供应链安全,与现有供应商形成互补,在上游产能供应紧缺时保障中低阶产品的稳定交付。

思特威与晶合(晶合原本是专注于显示屏幕驱动的12吋晶圆代工厂)之间的合作,也是国内CIS芯片设计企业寻求转变的另外一个案例。据悉,两者将针对多个领域的应用来共同打造CMOS图像传感器技术平台。

总结

从这波缺货潮中看,由于5G以及人工智能的浪潮对芯片的依赖度加大,带动了芯片的增长。而这些市场所蕴藏的潜力又被视为是可以改变目前的半导体格局,因而,加剧了半导体厂商之间的竞争。在多年垂直分工模式的影响下,集中式的产能需求为晶圆代工厂带来了产能上的压力,这种压力也逐渐转化成为了芯片设计厂商的新的竞争点。而加紧拥抱晶圆厂,则变成了芯片设计厂商为保障产能的一种方式。

但是,对于大型的Fabless厂商,无论是与晶圆厂谈产能,还是以投资换产能,他们足够的实力和底气。然而对于规模较小且拿不到产能的设计厂商来说,如何在缺货的情况下让公司保持竞争力,是一个值得多方深入思考的问题。

本文来自微信公众号:半导体行业观察(ID:icbank),作者:蒋思莹

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