當(dāng)前的半導(dǎo)體和 IC 封裝短缺浪潮預(yù)計(jì)將持續(xù)到 2022 年，但也有跡象表明供應(yīng)可能最終會(huì)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(chǎng)都經(jīng)歷了一段時(shí)間的短缺之后，目前的觀點(diǎn)是，盡管汽車(chē)芯片等一些產(chǎn)品短缺可能會(huì)在 2022 年持續(xù)，但大部分芯片供應(yīng)可能會(huì)在 2022 年中期恢復(fù)相對(duì)正常。但這取決于幾個(gè)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(gè)混亂時(shí)期。2020 年初，業(yè)務(wù)看起來(lái)很光明，但在 COVID-19 爆發(fā)后市場(chǎng)下跌。整個(gè) 2020 年，各國(guó)采取了各種措施來(lái)緩解疫情，例如居家令和關(guān)閉企業(yè)。經(jīng)濟(jì)動(dòng)蕩很快接踵而至。

到 2020 年年中，由于居家經(jīng)濟(jì)推動(dòng)了對(duì)計(jì)算機(jī)、電視和其他消費(fèi)電子產(chǎn)品的需求，IC 市場(chǎng)出現(xiàn)反彈。消費(fèi)類(lèi)芯片和高級(jí) IC 封裝出現(xiàn)短缺。然后，在 2021 年上半年，對(duì)汽車(chē)、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(lèi)型的芯片供應(yīng)緊張，交貨期長(zhǎng)，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(shí)間以來(lái)，8 英寸晶圓廠產(chǎn)能已經(jīng)售罄，預(yù)計(jì)這種情況不會(huì)很快改變。而現(xiàn)在，許多代工廠客戶(hù)正準(zhǔn)備迎接新一輪的全面漲價(jià)。同時(shí)，在封裝方面，一些封裝類(lèi)型將繼續(xù)供不應(yīng)求，許多領(lǐng)域的產(chǎn)能緊張。高級(jí)設(shè)備的交貨時(shí)間很長(zhǎng)。

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(bào)告中表示：“除部分產(chǎn)品外，供需形勢(shì)預(yù)計(jì)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(duì)半導(dǎo)體的強(qiáng)勁需求。然而，由于市場(chǎng)飽和，一些推動(dòng)過(guò)去需求增長(zhǎng)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(fèi)者的購(gòu)買(mǎi)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(shuō)法，產(chǎn)能過(guò)?？赡軙?huì)在 2022 年下半年或 2023 年的某個(gè)時(shí)候發(fā)生，具體取決于不同的產(chǎn)品。

想要解釋清楚每個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)品或封裝的情況是不可能的，每一個(gè)產(chǎn)品都有自己的供需背景。但是有幾個(gè)關(guān)鍵產(chǎn)品可以對(duì)這種情況提供一些見(jiàn)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(lái)，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(jì) 2021 年半導(dǎo)體市場(chǎng)將達(dá)到 5425.5 億美元，比 2020 年增長(zhǎng) 21.62%。IBS 預(yù)測(cè)，該市場(chǎng)預(yù)計(jì)將在 2022 年增長(zhǎng) 7.13%。

據(jù) TEL 稱(chēng)，晶圓制造設(shè)備 (WFE) 市場(chǎng)預(yù)計(jì) 2021 年將增長(zhǎng) 40%。TEL 總裁兼 CEO Toshiki Kawai 在一次演講中表示：“由于對(duì)前沿邏輯芯片和存儲(chǔ)器的需求急劇上升，預(yù)計(jì) WFE 市場(chǎng)將出現(xiàn)顯著擴(kuò)張?！?/p>

盡管如此，半導(dǎo)體行業(yè)設(shè)計(jì)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(jí)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(diǎn)的各種工藝技術(shù)。

從 16nm/14nm 到 5nm，芯片制造商依賴(lài)于 finFET。“與之前的平面晶體管相比，fin 在三個(gè)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(xiàng)目主管 Nerissa Draeger 說(shuō)。

12 英寸晶圓廠也生產(chǎn) 65nm 到 28nm 的成熟工藝節(jié)點(diǎn)的芯片。同時(shí)，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(diǎn)即使沒(méi)有售罄也很緊張。“在過(guò)去的幾年里，無(wú)論是在傳統(tǒng)的 CMOS、雙極 CMOS DMOS 還是基于 RF-SOI 的工藝平臺(tái)上，對(duì)在 8 英寸和成熟 CMOS 技術(shù)節(jié)點(diǎn)≥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(dòng)器 IC (DDIC)、RF IC 和制造背照式 CMOS 圖像傳感器所需的圖像信號(hào)處理 (ISP) 晶圓。這種需求也受到多個(gè)細(xì)分市場(chǎng)技術(shù)趨勢(shì)的支撐，”Lam Research 戰(zhàn)略營(yíng)銷(xiāo)董事總經(jīng)理 David Haynes 表示。

“汽車(chē)半導(dǎo)體的供應(yīng)問(wèn)題有據(jù)可查，但與此同時(shí)，消費(fèi)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(shuō)?！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(duì)某種產(chǎn)品類(lèi)型不斷增長(zhǎng)的需求，但是當(dāng)對(duì)如此多產(chǎn)品的需求同時(shí)激增時(shí)，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(lèi)型（例如顯示驅(qū)動(dòng)器）的全球產(chǎn)能有所增加，但最近的報(bào)告表明，整個(gè)行業(yè)尚未達(dá)到供需平衡。”

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(jì)晶圓出貨量和 ASP 趨勢(shì)將保持堅(jiān)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(diǎn)還是前沿節(jié)點(diǎn)，在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，晶圓廠產(chǎn)能預(yù)計(jì)都將吃緊。這取決于生產(chǎn)流程和供應(yīng)商。“雖然我們不排除庫(kù)存調(diào)整的可能性，但我們預(yù)計(jì)臺(tái)積電的產(chǎn)能在 2021 年和整個(gè) 2022 年仍將非常緊張，”臺(tái)積電 CEO 魏哲家在最近的一次電話會(huì)議上稱(chēng)。

Gartner 分析師 Samuel Wang 在總結(jié)情況時(shí)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(wú)晶圓廠客戶(hù)簽訂了 3-4 年的長(zhǎng)期協(xié)議。Gartner 的假設(shè)是，芯片庫(kù)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(huì)持續(xù)更長(zhǎng)時(shí)間?！?/p>

應(yīng)用處理器問(wèn)題

與此同時(shí)，據(jù) IBS 稱(chēng)，無(wú)線是半導(dǎo)體領(lǐng)域最大的細(xì)分部門(mén)，占總業(yè)務(wù)的 40%。在無(wú)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(dòng)力。IBS 表示，總體而言，2021 年 5G 智能手機(jī)的出貨量預(yù)計(jì)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(zhǎng)，但中國(guó)的智能手機(jī)市場(chǎng)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(píng)果新款 iPhone 13 采用了 A15 應(yīng)用處理器，其基于臺(tái)積電 5nm 工藝的 150 億晶體管設(shè)計(jì)。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(tái)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(shí)間以來(lái)，對(duì)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(huì)持續(xù)到 2021 年第四季度或 2022 年第一季度?！?/p>

產(chǎn)能短缺會(huì)持續(xù)多久取決于幾個(gè)因素?！疤O(píng)果 A15 和高通驍龍 888 等最新設(shè)計(jì)的技術(shù)是 5nm，并計(jì)劃在 2022 年遷移到 3nm，”Jones 說(shuō)?！叭绻?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(huì)在 2022 年第三季度或 2022 年第四季度出現(xiàn)過(guò)剩。”

情況可能會(huì)改變。分析師稱(chēng)，定于 2022 年推出的蘋(píng)果 iPhone 14 本應(yīng)該使用臺(tái)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(píng)果將于 2023 年推出的 iPhone 15 將采用 3nm 應(yīng)用處理器。換句話說(shuō)，臺(tái)積電 3nm 的收入增長(zhǎng)被推遲到 2023 年了。

總而言之，各方的 3nm 生產(chǎn)上量是一個(gè)不斷變化的目標(biāo)?！坝雄E象表明，臺(tái)積電和三星都在推遲增加 3nm 晶圓的產(chǎn)量，”Jones 說(shuō)。

對(duì)于蘋(píng)果和其他智能手機(jī)供應(yīng)商來(lái)說(shuō)，這并不是唯一的問(wèn)題。在最近一個(gè)財(cái)季，由于芯片和制造產(chǎn)能短缺，蘋(píng)果的銷(xiāo)售額出現(xiàn)了 60 億美元的缺口。問(wèn)題不是出在無(wú)法獲取前沿節(jié)點(diǎn)，而是成熟工藝芯片短缺。

據(jù) KeyBanc 稱(chēng)，蘋(píng)果的銷(xiāo)售受到多個(gè)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(diǎn)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(chēng)，Wi-Fi 和其他射頻芯片的短缺可能會(huì)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(dòng)和方向，采用 180 nm 到 40nm 的工藝制造。據(jù) IBS 稱(chēng)，預(yù)計(jì) PMIC 的短缺將持續(xù)到 2022 年第二季度或 2022 年第三季度。