隨著半導(dǎo)體制程向著更先進(jìn)、更精細(xì)化方向發(fā)展，不同節(jié)點(diǎn)范圍和玩家的邊界越來越明顯。其中，最先進(jìn)制程玩家只剩下臺積電、三星和英特爾這3家，而在10年前，至少有7家在專注于當(dāng)時最先進(jìn)制程的投資和研發(fā)。而在成熟制程方面，也是在近些年才被業(yè)界特別提及的，早些年，特別是在14nm量產(chǎn)之前，先進(jìn)制程與成熟制程之間的差別并沒有今天這么大，相應(yīng)的玩家也不像今天這么“割裂”，特別是在邏輯芯片生產(chǎn)領(lǐng)域，當(dāng)下，專注于成熟制程的廠商特點(diǎn)愈加突出。
上周，IC Insights發(fā)布了《2020-2024年全球晶圓產(chǎn)能》報告，該報告指出，半導(dǎo)體界對于不斷縮小晶體管幾何尺寸有著強(qiáng)烈的動機(jī)，因?yàn)檫@樣做有很多好處，如更高的速度、更低的功耗、更低的單位面積成本等。但是，有時也會出現(xiàn)收益遞減的問題，這就使得很多芯片設(shè)計(jì)人員和企業(yè)越來越懷疑高投入是否值得，特別是10nm以下制程技術(shù)相關(guān)的設(shè)備成本已經(jīng)飆升至許多晶圓廠無法承受的地步。而且，微縮帶來的成本優(yōu)勢也已經(jīng)不再像以前那樣明顯了。
另外，設(shè)計(jì)難題（例如，繼續(xù)縮小DRAM和NAND閃存單元的體積）阻礙了IC行業(yè)使用多年的微縮方法，而更復(fù)雜的邏輯芯片（如微處理器，ASIC，F(xiàn)PGA等）也在這方面面臨更多挑戰(zhàn)。
總之，IC Insights認(rèn)為，隨著芯片特征尺寸微縮速度持續(xù)放緩，芯片設(shè)計(jì)人員也發(fā)現(xiàn)越來越難以證明較高的成本能得到合理的回報。因此，先進(jìn)與成熟制程之間的利弊愈加明確，不同公司所采用的制程也愈加有針對性。這就使得各種制程都有展現(xiàn)各自優(yōu)勢的空間。
在這樣的發(fā)展趨勢下，按照IC Insights的統(tǒng)計(jì)和預(yù)測，各種半導(dǎo)體制程的市占率正向著相對更加均衡的方向發(fā)展，如下圖所示。
如圖所示，在2019年，10nm以下先進(jìn)制程的市占率僅為4.4%，而到2024年，其比例將增長到30％。在該時間段內(nèi)，10nm -20nm制程的市占率將從38.8%，下降到26.2%；20nm-40nm制程的市占率將從13.4%，下降到6.7%；不過，從該統(tǒng)計(jì)和預(yù)測來看，40nm以上成熟制程的比例在這些年當(dāng)中沒有出現(xiàn)明顯變化。
總體來看，到2024年，10nm以下，10nm -20nm，以及40nm以上制程各占市場約三分之一，到時將呈現(xiàn)出三分天下的格局。
最先進(jìn)制程強(qiáng)勢增長
10nm以下的先進(jìn)制程呈現(xiàn)出快速增長的態(tài)勢，如圖所示，2020年市占率為10％，2022年的預(yù)測值就超過了20％，并在2024年增加至全球產(chǎn)能的30％。市場主要驅(qū)動力是7nm，以及今年剛量產(chǎn)的5nm，還有將于2022年量產(chǎn)的3nm（臺積電和三星都宣布在2022年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)）。
5nm方面，臺積電先于三星量產(chǎn)，并拿下了蘋果和華為海思這兩大客戶，本來今年的產(chǎn)能是比較吃緊的，但TrendForce集邦咨詢認(rèn)為，由于受到華為禁令影響，2020年初才量產(chǎn)的5nm制程僅剩蘋果一家客戶，即便蘋果積極導(dǎo)入自研Mac CPU，其總投片量仍難以完全彌補(bǔ)海思空缺的產(chǎn)能，導(dǎo)致5nm產(chǎn)能利用率在今年下半年落在85%~90%之間。不過，到2021年，除了蘋果持續(xù)以5nm+生產(chǎn)A15 Bionic外，AMD 5nm Zen 4架構(gòu)產(chǎn)品也將開始小量試產(chǎn)，到時候，臺積電5nm產(chǎn)能利用率有望維持在85~90%。
另外，TrendForce表示，2021年底至2022年，聯(lián)發(fā)科、英偉達(dá)和高通都有5nm/4nm產(chǎn)品量產(chǎn)計(jì)劃，加上AMD Zen4架構(gòu)的放量，以及英特爾CPU委外生產(chǎn)預(yù)估將于2022年采用5nm制程，龐大的需求量促使臺積電著手進(jìn)行5nm擴(kuò)產(chǎn)。另外，蘋果在2022年持續(xù)采用4nm生產(chǎn)A16處理器的可能性相當(dāng)高，屆時不排除臺積電將進(jìn)一步把5nm產(chǎn)能再擴(kuò)大。
三星方面，英偉達(dá)Hopper架構(gòu)Geforce平臺GPU將持續(xù)委由三星代工，加上高通驍龍885及三星Exynos旗艦系列，可支撐三星5nm在2021年進(jìn)一步擴(kuò)產(chǎn)。雖然與臺積電相比，三星處于下風(fēng)，但由于具備5nm量產(chǎn)能力的只有這兩家廠商，所以三星依然會對今后幾年先進(jìn)制程市場發(fā)展做出很大貢獻(xiàn)。
7nm制程方面，臺積電已經(jīng)量產(chǎn)兩年多時間了，牢牢掌控著這部分市場。雖然5nm產(chǎn)能非常吸睛，但目前來看，臺積電營收主力仍為7nm制程。不久前，該公司宣布截止到7月，其7nm良品芯片（good die）累計(jì)出貨量已超過10億顆。同時，臺積電優(yōu)化7nm制程后推出的6nm已經(jīng)開始進(jìn)入生產(chǎn)階段，并采用EUV技術(shù)取代部份浸潤式光刻掩模。蘋果、華為海思、高通、聯(lián)發(fā)科、AMD、賽靈思、英偉達(dá)、博通等均是臺積電7nm客戶，且客戶還在擴(kuò)展，如英特爾和特斯拉，都是臺積電潛在的7nm制程客戶。
目前，大部分客戶已經(jīng)大幅追加第四季7nm訂單，使得臺積電7nm產(chǎn)能滿載。
在過去兩年里，因客戶需求非常強(qiáng)烈，其產(chǎn)能得到快速提升，預(yù)估2020年7nm產(chǎn)能將是2018年的3.5倍。從近期臺積電的財報來看，7nm制程是其近兩個季度的主要營收來源，分別貢獻(xiàn)了營收的35%和36%。據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈消息人士透露，臺積電計(jì)劃將7nm制程工藝的月產(chǎn)能提升到13萬片晶圓，并努力在年底提升至14萬片。
10nm -20nm占比被壓縮
10nm -20nm制程市場占比本來是最大的，如圖所示，2019年接近40%，但隨著10nm以下先進(jìn)制程的崛起，10nm -20nm的市占率正在逐漸被蠶食。
該范圍內(nèi)的主力制程是16nm（主要由臺積電提供），14nm（主要由三星、英特爾和格芯提供），12nm（主要由臺積電和格芯提供），以及10nm（主要由臺積電、三星提供）。芯片種類主要是邏輯芯片和高性能的存儲芯片。
邏輯芯片主要以手機(jī)處理器，以及英特爾的CPU為代表，該部分市場較為成熟。
而采用10nm -20nm制程生產(chǎn)存儲芯片的，主要是行業(yè)三強(qiáng)：三星、SK海力士和美光，這部分市場正處于成長期。在低于20nm的工藝中，韓國擁有66％的產(chǎn)能，與其他地區(qū)或國家相比，韓國的領(lǐng)先優(yōu)勢仍然明顯得多，這主要是得益于三星、SK海力士對高密度DRAM和3D NAND閃存的重視。
美光是除韓國存儲雙雄之外另一支強(qiáng)勁力量，該公司在10nm -20nm制程DRAM方面一直在積極投入。在今年5月舉行的線上存儲半導(dǎo)體國際學(xué)會--國際存儲半導(dǎo)體研討會（IMW 2020）上，美光公布了先進(jìn)DRAM量產(chǎn)的相關(guān)路線圖，相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，美光是以2019年1Z、2020年1α、2021年1β、2022年1γ、2023年1δ的形式（1Z、1α、1β和1γ等是10nm -20nm制程，具體數(shù)字根據(jù)不同公司的制程特點(diǎn)而略有不同），即“一年一代”的步驟量產(chǎn)先進(jìn)DRAM。一直以來，美光和三星一樣以“兩年一代”的形式量產(chǎn)先進(jìn)DRAM。然而，2019年以后，美光將方針改為了“一年一代”。這也從一個側(cè)面反應(yīng)出，雖然市占率被10nm以下先進(jìn)制程壓縮，但10nm -20nm制程依然具有強(qiáng)大的生命力和發(fā)展前景。
小眾的20nm-40nm市場
從圖中可以看出，20nm-40nm制程的市占率一直都比較低，且隨著時間的推移，將從13.4%，下降到6.7%，在幾大板塊中，降幅是最大的。
在20nm-40nm這一區(qū)間內(nèi)，主要有20nm，22nm，28nm和32 nm，而從性價比角度看，28nm無疑是最優(yōu)的，其它幾種制程節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用都比較有限。前些年，28nm的市占率還是比較高的，但隨著先進(jìn)制程的不斷更新，邏輯芯片制程大都采用20nm以下制程了，而存儲三巨頭也都在向10nm+領(lǐng)域拓展。與此同時，大量的模擬和功率芯片本就不需要先進(jìn)制程，從圖中也可以看出，40nm以上成熟制程的市占率一直都比較穩(wěn)定。這些使得原本處在性價比最高的過渡制程節(jié)點(diǎn)區(qū)間內(nèi)的28nm，競爭力逐漸減弱，市場份額也會不斷縮減。
穩(wěn)定的成熟制程
40nm以上的成熟制程，無論是180nm以下，還是180nm以上的，市占率都很穩(wěn)定。這也正是諸多晶圓代工廠長期專注于成熟工藝，而不向先進(jìn)制程投入過多資本和精力的底氣所在，同時，也是格芯和聯(lián)電放棄最先進(jìn)制程的主要原因。無論先進(jìn)制程如何發(fā)展，未來，成熟制程工藝的市場依然會很廣闊，依然具有很好的投資價值。
結(jié)語
綜上，四大制程工藝板塊的市占率及其變化情況，從側(cè)面說明了：為什么近幾年，在業(yè)內(nèi)不斷興建12英寸晶圓廠的同時，8英寸產(chǎn)能總是供不應(yīng)求，且一直沒有很好的解決辦法。大部分資本都投入到了20nm以下的先進(jìn)制程（以12英寸晶圓為主），而40nm以上成熟工藝（以8英寸晶圓為主）在很大程度上被忽略，而這部分的市場需求和市占率一直都很高。要解決如此龐大市場的供需問題，恐怕短時間內(nèi)還是難以找出立竿見影的解決方案，因?yàn)橄嚓P(guān)晶圓廠，設(shè)備等投資巨大，且需要較長的時間周期培育。今后幾年，成熟工藝芯片供不應(yīng)求的局面大概率還會持續(xù)下去。