集微網(wǎng)消息，在新冠疫情、全球經(jīng)濟(jì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型等多重因素影響下，芯片產(chǎn)能緊缺的問題已經(jīng)持續(xù)了兩年之久。不過隨著各大晶圓廠擴(kuò)產(chǎn)、渠道商釋放庫(kù)存，目前可以說已從“全面缺芯”進(jìn)入到“結(jié)構(gòu)性缺芯”。
不過，據(jù)集微網(wǎng)了解，目前大部分晶圓代工廠的 8 英寸產(chǎn)能仍然吃緊，僅有部分 12 英寸廠產(chǎn)能出現(xiàn)松動(dòng)。然而，在全球各大晶圓廠的擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃中，卻很少能看到 8 英寸產(chǎn)能擴(kuò)充，12 英寸的大擴(kuò)產(chǎn)依舊是晶圓制造業(yè)的主旋律。在此趨勢(shì)下，8 英寸產(chǎn)能不足會(huì)是未來的常態(tài)，隨時(shí)間推移還將愈發(fā)嚴(yán)重，因此越來越多的芯片設(shè)計(jì)公司開始探討將 8 英寸訂單“升艙”至 12 英寸生產(chǎn)的可能性。
8 英寸越來越緊，12 英寸越來越松？
全球 8 英寸產(chǎn)能吃緊能持續(xù)如此之久，這與 8 英寸晶圓所覆蓋的領(lǐng)域有著直接聯(lián)系。集微咨詢?cè)赋觯? 英寸晶圓的下游需求主要來自于電源管理芯片（PMIC）、CMOS 圖像傳感芯片、指紋識(shí)別芯片、顯示驅(qū)動(dòng) IC、射頻芯片以及功率器件等領(lǐng)域，而這些領(lǐng)域的芯片產(chǎn)能目前仍然呈現(xiàn)不同程度的緊缺。
反觀 12 英寸廠主要覆蓋的 AI 芯片、SoC、GPU、存儲(chǔ)器等消費(fèi)類電子領(lǐng)域，目前芯片產(chǎn)能已經(jīng)不再如往日般吃緊，因此有部分晶圓廠的 12 英寸產(chǎn)能開始出現(xiàn)松動(dòng)。
即便 12 英寸需求端短期有松緩之勢(shì)，但晶圓廠仍然更愿意增加對(duì) 12 英寸產(chǎn)能的投資，而不是越來越缺的 8 英寸。
眾所周知，隨著晶圓代工產(chǎn)業(yè)的不斷向前發(fā)展，12 英寸已經(jīng)逐漸成為了主流尺寸，因?yàn)槠渚哂懈叩纳a(chǎn)效率和更低的單位耗材。因此，全球范圍內(nèi)很少再有新的 8 英寸純晶圓代工廠出現(xiàn)。2018 年年底，臺(tái)積電曾宣布在南科六廠旁新建一座 8 英寸廠，但這也是臺(tái)積電近 17 年以來唯一一座新建的 8 英寸廠。
歷史的車輪滾滾而來，半導(dǎo)體設(shè)備廠商也順勢(shì)將業(yè)務(wù)重心向 12 英寸廠傾斜，這導(dǎo)致大量的 8 英寸設(shè)備款型成為“絕版”，即便近年來部分廠商重啟了 8 英寸設(shè)備生產(chǎn)，產(chǎn)能規(guī)模也極為有限。因此，設(shè)備短缺也成為了當(dāng)下 8 英寸廠擴(kuò)產(chǎn)之難點(diǎn)。
如上圖所示，目前全球 8 英寸廠最多的地區(qū)是日本，緊隨其后的是美國(guó)、中國(guó)大陸和中國(guó)臺(tái)灣。值得一提的是，如今全球?yàn)閿?shù)不多的 8 英寸新增產(chǎn)能大多源于中國(guó)大陸，而放眼未來，中國(guó)大陸也依然會(huì)是 8 英寸產(chǎn)能增幅最多的地區(qū)。
集微咨詢（JW Insights）認(rèn)為，中國(guó)大陸的 8 英寸產(chǎn)能增幅較大主要有兩大因素，其一是龍頭廠中芯國(guó)際大幅擴(kuò)產(chǎn)，其二是中國(guó)大陸對(duì)于第三代半導(dǎo)體賽道發(fā)力明顯。集微網(wǎng)曾在《8 英寸產(chǎn)能急缺，為何只有 1 家代工廠大幅擴(kuò)產(chǎn)》中提到了中芯國(guó)際擴(kuò)產(chǎn) 8 英寸的 4 大緣由，而 SiC 和 GaN 等第三代半導(dǎo)體廠的遍地開花，也將進(jìn)一步提升中國(guó)大陸 8 英寸產(chǎn)能。
即便中國(guó)大陸不斷擴(kuò)增 8 英寸產(chǎn)能，但 2020 年后新建產(chǎn)能也僅占到全球 8 英寸廠產(chǎn)能規(guī)模的 4.8%。整體來看，全球晶圓制造產(chǎn)業(yè) 8 英寸緊、12 英寸松的局面勢(shì)必將越來越明顯。也正因?yàn)榇?，業(yè)界一直在研判 8 英寸代工“升艙”至 12 英寸的可能性，甚至一些廠商已經(jīng)付諸行動(dòng)。
充滿挑戰(zhàn)，卻勢(shì)在必行？
多位晶圓代工業(yè)專家告訴集微網(wǎng)，從技術(shù)角度而言，8 英寸業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移到 12 英寸還存在諸多挑戰(zhàn)。例如在電路設(shè)計(jì)上，由于電源、I / O 電壓、晶體管等特性差異，8 英寸轉(zhuǎn) 12 英寸時(shí)需要開發(fā)出具有可相容電性參數(shù)的 pin 腳，這十分不易。
此外，為相容 8 英寸和 12 英寸的不同制程，ASIC 芯片從重新設(shè)計(jì)到量產(chǎn)至少需要 14-24 個(gè)月的時(shí)間，車用產(chǎn)品更可能需要 24-36 個(gè)月，這對(duì)芯片原廠意味著產(chǎn)品重新量產(chǎn)的時(shí)程將大幅延后，進(jìn)而導(dǎo)致芯片廠在汽車電子、AI、IoT 等新興領(lǐng)域丟失先機(jī)和市場(chǎng)份額。
另外，8 英寸轉(zhuǎn) 12 英寸還需要重新制作光罩，由于 12 英寸（尤其是先進(jìn)制程）所用到的光罩十分復(fù)雜，且對(duì)晶圓的良率產(chǎn)生直接影響，因此芯片原廠還需要迎接成本的上升等諸多挑戰(zhàn)。
不過，從 8 英寸轉(zhuǎn)到 12 英寸時(shí)，也將為芯片帶來肉眼可見的積極影響。一位業(yè)內(nèi)專家指出，對(duì)比 350nm（8 英寸）、180nm（8 英寸）和 130nm（12 英寸）三個(gè)制程節(jié)點(diǎn)在元件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，130nm 可支持的金屬層數(shù)更多，而且可以縮小晶體管體積、提高布線密度。
另外，8 英寸轉(zhuǎn)移到 12 英寸后所使用的銅導(dǎo)電制程，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的電流密度耐受性和更好的抗電遷移效應(yīng)。而且 130nm 制程成熟度高，足以提供更多不同的制程選擇，如高電壓晶體管技術(shù)、非揮發(fā)性存儲(chǔ)器等，以支持復(fù)雜度高的 Analog / RF SoC 解決方案。
當(dāng)然，并非所有的 8 英寸代工都適合轉(zhuǎn)向 12 英寸，但對(duì)于那些能夠轉(zhuǎn)往 12 英寸產(chǎn)線代工的產(chǎn)品，即便技術(shù)上存在挑戰(zhàn)、“升艙”的陣痛明顯，芯片設(shè)計(jì)公司仍然應(yīng)該盡早開始做出相關(guān)規(guī)劃。
“要從根本上解決產(chǎn)能問題，只能不斷地將 8 英寸代工訂單遷移至 12 英寸生產(chǎn)，這是最可行的選擇，我們已經(jīng)開始行動(dòng)了?！币患覈?guó)產(chǎn) MCU 公司負(fù)責(zé)人如是說。
一家晶圓代工大廠高管則告訴集微網(wǎng)，盡管晶圓代工廠愿意配合芯片設(shè)計(jì)公司將 8 英寸訂單升級(jí)成 12 英寸，但由于目前仍然處于結(jié)構(gòu)性缺芯狀態(tài)，晶圓廠無法對(duì)整個(gè)升級(jí)過程做出時(shí)間方面的保證。
不過，該高管也指出，隨著未來兩年全球大量的 12 英寸新廠產(chǎn)能開出，晶圓廠對(duì)于客戶將訂單從 8 英寸轉(zhuǎn)向 12 英寸的配合度將會(huì)越來越高，整個(gè)升級(jí)過程有望大幅縮短。預(yù)計(jì)未來會(huì)有越來越多的產(chǎn)品從 8 英寸廠涌入到 12 英寸廠生產(chǎn)。（校對(duì) / 茅楊紅）
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