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假紧缺变成了真紧缺 美国禁令的锅

【TechWeb】2021年3月5日,上个月由于北极寒流的影响,德克萨斯州要求奥斯汀所有芯片制造商停止生产,这就让全球本不富裕的晶圆厂产能雪上加霜。而大约就在2020年第三季度时晶圆厂产能就开始变得紧缺,其中8英寸晶圆的产能比起12英寸晶圆的产能更为紧缺。那么是什么造成了这种产能紧缺的情况呢? 单从技术上说,12英寸晶圆比8英寸晶圆更为先进。8英寸晶圆的淘汰和12英寸晶圆的发展是历史的必然。但是市场追求的并不是更先进的术,而是更大的盈利,因此8英寸晶圆在一段时间内仍然会有市场。但这个市场是脆弱的,突如其来的刺激就会让市场供应变得混乱,比如美国的禁令。在禁令后华为大量囤积芯片,这个行为本应只会造成短期内的晶圆供应紧张。但其它厂商看到了华为囤货也跟着屯起货来,最终假紧缺变成了真紧缺。 一个从二十年前开始的故事 大约二十年前,2000年半导体行业景气大好,各半导体厂基于成本考虑开始纷纷提出12英寸晶圆厂兴建计划。虽然在项目早期遇到了很多技术问题,但大多数从业者还是认为12英寸晶圆在未来取代8英寸晶圆是大趋势。8英寸晶圆就是现在产能最紧缺的那个。 几年后技术逐渐成熟,2002年英特尔与IBM首先建成12英寸生产线,12英寸晶圆对市场的征伐开始了。 2004年,硅晶圆制造商信越半导体公司计划在日本及美国投资至少2000亿日元,在数年内将12英寸硅晶圆每月产量提升一倍,至70万片。信越希望通过这项计划夺取全球12英寸硅晶圆一半以上的市场,当时信越约有30%的市占率。 又过了几年,大局已定。 数据来源:公开资料整理 数据来源:公开资料整理 以2014年至2017年的数据为例,12寸晶圆早已占据了市场的主要地位,并且还有着逐年增长的趋势。6英寸晶圆退出市场的趋势已出,在2010至2016年间,约超过20座6英寸晶圆厂关闭。而8英寸晶圆的市场则出现了萎缩的趋势。 关于晶圆 为了方便大家理解之后的故事,我们先谈谈晶圆吧。 什么是晶圆?在制造芯片的最开始步骤中,我们需要将硅材料提纯成SGS(半导体级硅),然后将硅制成晶棒(硅锭),之后将晶棒切片,这样我们就能得到一片一片的晶圆了。这些晶圆之后还需要通过蚀刻、掺杂等步骤把电路刻上去,最终经过一系列处理成为我们生活中的芯片。 如果简单解释,芯片是房子,晶圆则是盖房子的土地。土地是盖房子的基础,没有土地就盖不了房子,同样的,没有晶圆也就做不了芯片。 晶圆还会按尺寸分类,晶圆尺寸越大,那么一片晶圆就能造出更多的芯片。也因此整个行业都在慢慢向12英寸晶圆转型。 晶圆尺寸 在很多其它文章中可能会提到,例如12英寸芯片主要用于制作高端先进制程的芯片、而8英寸及6英寸晶圆主要用于制作低端成熟制程的芯片以及半导体器件。值得说明的是,这种分类只是一种业界习惯。单从技术角度来说,晶圆就是晶圆,比如像MOSFET和IGBT,按业界习惯是8英寸或者6英寸制造,但在技术上也可以由12英寸晶圆制造。 现在晶圆产能紧缺的故事 按照之前的脚本,12英寸晶圆在之后逐渐一统天下,这个故事也就结束了,但这个故事确实没有这么简单结束。 之前有3个打工人,分别是普通的6英寸晶圆、优秀的8英寸晶圆和精良的12英寸晶圆。论工作能力12英寸晶圆最强,但他的工资也最高。 这时候公司开始实行末尾淘汰制,6英寸晶圆工作能力最差,所以他就像那些被逐渐关停的6英寸晶圆厂, 6英寸晶圆退休了。但是公司业务量并没有减少啊,因此6英寸晶圆原本的工作任务转到8英寸晶圆头上。那么这时候8英寸晶圆工作忙就变得非常合理了,这也就是我们说的8英寸晶圆产能紧缺。 那么为什么这时候不把工作分摊给12英寸晶圆呢?既然效率那么高那应该很容易解决这个问题啊。其实分摊了,但是没有分摊那么多。 以全球IDM大厂的安森美为例,安森美在2019年收购了格芯在纽约的12英寸晶圆厂,这就工厂从2020年第三季度就开始生产安森美的Trench MOSFET(沟槽式金属氧化物半导体场效应管)产品,预计2021年将出产多种功率MOSFET和IGBT(绝缘栅双极型晶体管)产品。 但是业界又有多少IDM厂商呢?近些年没有晶圆厂的无厂模式芯片公司可是越来越多了,他们需要找晶圆代工厂生产自己设计的芯片。如果找晶圆厂的话订单是需要排期的,而12英寸产线的晶圆厂是不会把产能优先分配给MOSFET或者IGBT。因为它们的经济效益是远不如CPU、GPU这些高端产品的。晶圆就像土地,那么同样一块土地盖楼房明显比盖小平房合算。 因为这些原因,6英寸晶圆逐渐退出市场,相关需求又不能充分向12英寸晶圆转移,8英寸晶圆产能短缺只是时间问题。不过为什么是现在? 为什么是此时晶圆短缺 2020年5月,美国下发了对华为芯片管制升级令。对于时间所剩不多的华为来说,华为做出了决定,囤货。华为利用禁令缓冲期下单了大量芯片。 对于所有无厂模式芯片公司来说,芯片外包制造并不是立等可取的事情,一次等几个月是很正常的。还有一件事就是很多公司都喜欢缩短库存周期,生产出来的产品会很快卖出去,也因此正常情况下不会大量准备芯片存货。 大量下单也许只是一家公司的决策,但这就像蝴蝶扇动了几下翅膀,飓风还是刮了起来。 由于华为的大量下单使得其它厂商的芯片订单延期交付。如果芯片延期交付,对于库存周期短的厂商来说就意味终端产品缺货,比如显卡或者手机缺货,以及新能源汽车的停产。那么察觉到缺货风险的厂商也会开始下单大量芯片,而这也会进一步加剧晶圆的短缺。而晶圆进一步短缺后,又会有新一波的厂商察觉到缺货风险,之后又是下单和更严重的缺货。 1979年经济学家卡尼曼和特沃斯基提出了“前景理论”,按照前景理论的观点:损失和收益相比,人们更厌恶损失,对损失也更敏感。把这套理论套用在晶圆上就是:在华为下单之后,其它公司意识到未来晶圆可能会涨价(后来也确实涨了),那么未来这种涨价就是一种成本上的损失。进而得出结论,现在下单芯片就是减少损失。而且就算下单多了,之后也总能用完。并且在结合近几年晶圆厂起火、停电等突发事件的不确定影响,下单更多芯片是一件值得做的事。 另一方面,因为疫情的关系很多人在家上网课或者远程办公,这确实拉升了消费电子的需求,这也是让终端厂商下单更多的芯片的原因之一。 无解的问题也是无需解决的问题 从需求的角度看,8英寸晶圆芯片产品应用广泛,短期内这种需求不会降低。而且8英寸晶圆的设备和产线大多数都已经完成折旧,使用这些“二手”设备比起使用新设备会在财务报表上好看很多。 从供应的角度看,很多8英寸的设备已经停产,不少厂商都是靠收购二手设备来扩展产能。二手设备确实性价比高,但这也同时意味着产能很难爬升很多。 综上所述,8英寸晶圆产能紧缺的问题看似无解。但是这里面其实有一个隐藏选项,那就是8英寸晶圆生产的芯片是可以迁移到12英寸晶圆产线生产的。同样的芯片如果用12英寸晶圆生产就能带来巨大的产能提升。但为什么这么做的厂商目前还比较少呢?因为“经济”上的考虑,目前那些芯片用8英寸晶圆制造仍具有性价比。那么随着晶圆紧缺程度增加、晶圆涨价,这个“性价比”方案就会慢慢变得不那么“经济”了。到时候他们自然会转入12英寸产线。由于目前18英寸晶圆研发停滞,未来晶圆市场有可能出现12英寸一统天下的局势。 至于18英寸晶圆怎么了?那就是另一个故事了。

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