2016年12月2日 星期五

晶圓代工產業分析 Pure-Play Foundry

1. 定義
根據wiki:半導體產業的一種營運模式,專門從事半導體晶圓製造生產,接受其他無廠半導體公司委託製造,而不自己從事設計的公司。
不過這定義對投資上比較沒作用,可以改成【把專業能力集中在晶圓製造上的公司】。

2. IC分類
製造晶圓的目的就是為了封裝IC,是以IC的用途分類也會影響晶圓製造,需要釐清。

  • 記憶體:對晶圓廠來說這是一個工序相對簡單的產品,就是在晶圓上重複許多次一樣工序。所以常可以見到台積電或聯電提到先進製程進度時說道SRAM的良率,因為晶圓代工廠把SRAM製作當作先進製程練習。
  • 數位IC:接收數位訊號並傳出數位訊號的IC。以常見的ARM來說,分為Cortex A、M、R,分別對應開放系統、微控制器、嵌入式系統。A架構常見的是手機CPU,比如高通S810就是由Cortex A57修改而來。M架構主要用在像是滑鼠的控制晶片。R架構常見於硬碟控制IC,或是媒體播放設備的控制IC。當然市場上也不是只有ARM一家,Nvidia的圖形處理晶片,Intel的CPU也是數位IC。
  • 類比IC:接收類比訊號但傳出數位訊號的IC。所謂類比IC就是能處理類比訊號的IC,常見於電源管理IC、聲音處理、Sensor功能。


3. 製程
以製程來分類就是常常在新聞上看到的多少奈米。矽晶圓製造的物理極限在7奈米,不過廠商所宣稱的數字都比較小。像是28奈米,其實是30奈米技術;16奈米其實是20奈米技術。由於製程技術已經接近物理極限,要往前推進一點點都是千辛萬苦。所以擁有1x奈米量產能力的廠商其實有著寬闊的護城河,這也反映在廠商的毛利率上。
從需求面來看,其實只有兩種IC極端追求製程:CPU與GPU。不管是電腦、筆電、手機、平板、影像卡,都需要一顆快速、省電、少發熱的心臟。對照第二段的分類,這只是數位IC中的A架構而已。其他架構卻未必,甚或不樂於追趕先進製程技術,很多類比IC的製程仍是90奈米以上的工序。記憶體則在兩者之間,處在20-30奈米作為主流生產製程,這是因為先進的製程能夠降低單顆粒的平均成本。在價格變動激烈的市場上最終只剩下最領先的業者存活。

目前廠商製程示意


4. 新增產能
目前(Dec. 2016)主流晶圓廠是12吋廠,根據IC Insights的報告,16年底全球12吋廠有100座。08年的時候大家預測會有18吋廠,現在看來大概不會有。晶圓廠的投資大約是前一代的4倍,8吋廠要6-10億美元,12廠需要24-30億,18吋廠則需要100億左右。高額的投資使得目前宣布興建的晶圓廠最大也只是12吋廠,預計在明年底前動工的有19座,其中10座位於中國。這也意味著2018年以後的晶圓產業,包括DRAM製造與晶圓代工都會面臨強大的供給競爭。新聞連結在此。

5. 總結
由於中國今年開始積極輔導晶圓產業,使得整體產業的未來蒙上了供過於求的陰影。晶圓大小跟製程技術看來都接近極限,所以新的晶圓廠就是新產能的來源。但是因為需求的成長難以預測,所以也很難說2018以後的狀況,唯一可以預見的是高階10奈米的需求量是很高的,畢竟不管是手機、電腦還是繪圖卡都仍然一路追求速度。
另一個可能威脅是新材料的導入。矽晶圓作為商業主流已經20多個年頭,有新的材料能夠對產業起翻天覆地變化的可能性越來越高,比如石墨稀的應用。
雖然世界上需要使用IC的地方越來越多,但是整個晶圓產業不會是均質發展。記憶體產業的供需均衡,在2018年以後可能會被打破,晶圓代工可能是陷入紅海競爭。但看向2017,應該是個鴨子划水相對穩定的一年,一種風雨來前的寧靜。

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