自缺芯潮爆發(fā)以來，成熟制程芯片的需求不斷飆升，導致供需嚴重失衡。MCU、模擬芯片（包括電源管理芯片、驅(qū)動芯片等）、高壓MOS、IGBT等一眾芯片均處于缺貨狀態(tài)。尤其是車用芯片，更是缺貨的重災區(qū)，力積電董事長曾發(fā)表“車用電子供應鏈恐慌斷鏈，引發(fā)囤貨，已經(jīng)加劇成熟制程芯片的供需失衡壓力”的言論，蘋果也曾表示“短缺的芯片主要是成熟制程芯片，而非先進制程芯片”。
晶圓代工成熟制程產(chǎn)能大缺，報價也水漲船高，以成熟制程芯片常用的8英寸晶圓為例，2021年，8英寸晶圓代工產(chǎn)能價格調(diào)漲20－40％，業(yè)內(nèi)甚至傳出，IC設計廠商以競標的形式加價，以求得成熟制程的代工產(chǎn)能。
但前段時間，業(yè)內(nèi)傳來消息，稱晶圓代工企業(yè)陸續(xù)通知IC設計客戶，不會再調(diào)升成熟制程的代工價格，這意味著自2020年年底以來，連續(xù)6個季度的成熟制程晶圓代工價格上揚走勢將宣告終結。有業(yè)內(nèi)人士認為，此舉并不意味著成熟制程晶圓代工產(chǎn)能過剩，緊缺的現(xiàn)象依然持續(xù)，如車用相關的28nm、40nm等成熟制程工藝供給仍十分緊張。那么成熟制程究竟是什么？成熟制程工藝主要制造哪些芯片？這些芯片的市場表現(xiàn)又是怎樣的呢？閱讀本文你將了解：
1．什么是成熟制程？
2．成熟制程制造哪些芯片？
3．成熟制程芯片表現(xiàn)如何？
什么是成熟制程？
提到制程，可能很多半導體小白都是云里霧里，但28nm、7nm這些詞你一定很熟悉，其實這些詞匯說的就是半導體的芯片制程。那么這些數(shù)字到底是什么呢？
在了解這個問題之前，我們要先知道芯片的組成單位是什么？沒錯，就是晶體管，無數(shù)的晶體管組成了我們常見的芯片，而晶體管可以簡單分為源極、柵極、漏級等部分，其中柵極相當于一個通道，主要負責控制兩端源極和漏級的通斷。寬度越窄，意味著功耗也就越低，寬泛的來講，柵極的寬度也就是我們常說的多少納米工藝中的數(shù)值，它決定著晶體管的大小，以及電流通過時的損耗。
其實可以簡單類比一下我們因為疫情居家去小區(qū)口取菜的場景，源極就是你的家，漏級就是你的小區(qū)口，而柵極就是你家到小區(qū)口的距離。因疫情封閉在家的你就相當于電流，當你去小區(qū)口取菜時，電流就會從源極走向漏級，而你家到小區(qū)口這段路就是柵極的寬度，也就是制程節(jié)點。
但晶體管中的柵極寬度顯然沒有家到小區(qū)口這么長，它的距離非常小，通常是以nm為單位，在數(shù)學上，1nm等于0．000000001m，相當于把1米的長度縮小10億倍，看到這里，你是不是對前面的28nm、7nm、5nm等詞匯大概有個概念了。
而半導體制造業(yè)普遍認為，28nm是成熟制程與先進制程的分界線，28nm及以上的制程工藝被稱為成熟制程，28nm以下的制程工藝被稱為先進制程。成熟制程芯片很大部分在8英寸晶圓上生產(chǎn)。
1965年4月，英特爾的創(chuàng)始人之一戈登·摩爾提出了一條定律，既集成電路上可以容納的晶體管數(shù)目，在大約每經(jīng)過18個月便會增加一倍，同時性能也會提升一倍。這就是半導體業(yè)常說的摩爾定律。
根據(jù)英特爾的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，1971年的4004處理器上有2300個晶體管，但到了1997年時，公司的Pentiumll處理器上已經(jīng)有750萬個晶體管，26年的時間內(nèi)足足增加了3200倍。而到了現(xiàn)在，蘋果手機所采用的A15芯片的晶體管數(shù)量已經(jīng)達到了150億個，同時性能也越來越強大。根據(jù)晶圓代工龍頭企業(yè)臺積電的制程數(shù)據(jù)，可以看出，隨著時間的增加，其制程工藝越來越先進，芯片上容納的晶體管數(shù)量也越來越多。
來源：臺積電
或許會有很多人認為，隨著先進制程的發(fā)展，成熟制程早晚是要被淘汰的，這么說確實有一定的道理，但卻并不正確，因為先進制程發(fā)展到現(xiàn)在，成熟制程依然有著無法替代的價值。對于很多半導體企業(yè)來說，并不需要7nm、5nm、3nm這樣的先進制程，很多時候28nm的成熟制程就已經(jīng)夠用了，工藝更加成熟，成本也更低。
上圖是2021年IC Insights給出的數(shù)據(jù)，可以看出在2021年里，28nm及以上的成熟制程工藝所制造的芯片，在芯片市場中仍然占有接近50％的份額，即使是到了2024年，其所占份額依然十分巨大。這波“缺芯潮”中缺貨的主要芯片，例如筆電、平板、電視的顯示芯片，或者是汽車、家電里面的電源芯片等等，大多都是使用成熟制程制造的。
據(jù)IHS Markit預測，2025年全球晶圓代工市場規(guī)模將達861億美元，其中成熟制程市場規(guī)模將達431億美元。而近年來，臺積電、三星等多家芯片制造廠商也將成熟制程芯片作為主戰(zhàn)場，紛紛擴產(chǎn)，可見成熟制程的市場占比十分巨大，仍有較大發(fā)展空間。
成熟制程里有哪些芯片？
市場表現(xiàn)如何？
成熟制程主要用于制造模擬芯片、MCU、電源管理、數(shù)模混合、傳感器、射頻芯片、中小容量的存儲芯片等。芯世相整理了部分成熟制程工藝芯片的市場表現(xiàn)，如交期、價格、缺貨情況等。
MCU
MCU，即微控制單元，又稱單片微型計算機（單片機），是把CPU的頻率與規(guī)格做適當縮減，并將內(nèi)存、計數(shù)器、USB、A／D轉(zhuǎn)換、PLC等周邊接口整合在單一芯片上，形成的芯片級計算機，為不同的應用場合做不同的組合控制。常用于手機、PC、遙控器、汽車電子、工業(yè)上的馬達、機械手臂的控制等。
從市場份額來看，2021年，MCU的整體銷售額達196億美元，同比增長23％，銷售達309億顆，創(chuàng)歷史新高。IC Insights預測，2022年全球MCU銷售額將繼續(xù)增長10％，達到215億美元，其中，汽車MCU增速將遠超其他應用領域。從價格來看，2021年，受缺芯潮影響，MCU平均售價較2020年上漲了10％，達到了近25年來最大漲幅。
從交期來看，今年2月份MCU的平均交期拉長至35．7周，供應依然十分緊張，短缺程度最為嚴重。其中車用MCU更是供應重災區(qū)，資料顯示，2022年Q1僅有瑞薩和賽普拉斯有貨可供，貨期為32－45周，其余如ST、英飛凌、NXP等品牌的汽車MCU均為配貨狀態(tài)。整體來看，無論是交期還是官方價格，均呈現(xiàn)上升趨勢。
但在芯片現(xiàn)貨市場，卻出現(xiàn)了MCU價格回落的現(xiàn)象，如NXP的FS32K144HAT0MLHT已經(jīng)平穩(wěn)降價數(shù)月，3月份市場反映70元左右價格就可以拿到，要知道這顆芯片在去年曾經(jīng)被現(xiàn)貨市場炒到了三四百左右。
自缺芯潮爆發(fā)以來，全球各地疫情、火災、寒潮等天災人禍對MCU的產(chǎn)能造成了嚴重的影響，市場上的缺貨愈演愈烈，價格也開始暴漲。暴漲的拐點出現(xiàn)在2021年四五月份左右，隨著各大廠將產(chǎn)能開始向緊缺的汽車料轉(zhuǎn)移，NXP等品牌的汽車MCU的產(chǎn)能開始逐步緩解，現(xiàn)貨市場上的價格也與去年4月份左右逐步開始降價。
但2022年，ST、NXP、瑞薩等MCU大廠卻集體發(fā)布漲價函，下游的緊張情緒也隨之增加，使2022年的MCU市場更加耐人尋味。Quiksol顯示，近期市場上ST的部分MCU價格仍居高不下，英飛凌的汽車料及MCU的需求也在近期逐步增加，缺貨也更加明顯，NXP的MK系列缺貨也一直沒有得到緩解，如MK10、MK60、MK64更是一貨難求。建議下游可以抓緊備貨，以免再次被缺貨打的措手不及。
模擬IC
模擬IC主要是指由電容、電阻、晶體管等組成的電路集成在一起，用來處理模擬信號的集成電路，包括放大器、接口、射頻芯片、電源管理芯片等。
按照定制化程度劃分，模擬芯片可以分為通用和專用模擬芯片，兩者市場占比接近。從應用角度來看，模擬芯片可以分為兩大類：電源鏈產(chǎn)品和信號鏈產(chǎn)品，具體產(chǎn)品如下：
從市場規(guī)模來看，2021年模擬芯片市場規(guī)模為741億美元，創(chuàng)歷史新高，而據(jù)IC Insights數(shù)據(jù)顯示，2022年模擬電路總銷售額將達832億美元，單位出貨量為2387億顆，同時芯片平均銷售價格將提升1％。根據(jù)Oppenheimer統(tǒng)計，2020年全部模擬IC市場中，電源鏈產(chǎn)品占比最大，為53％，信號鏈產(chǎn)品占比為47％。其代表廠商有TI、ADI、Skyworks、英飛凌、ST、NXP等。
電源管理芯片方面交期最長，如英飛凌、Microchip、NXP、ST、MPS等廠商的部分電源管理芯片在2022年Q1交期高達52周，其中MPS的開關穩(wěn)壓器已達58周，成為第一季度交期最長的電源管理芯片，瑞薩的部分電源管理芯片交期也已高達50周。此前，國際電子商情Q1采購報告中也顯示，電源管理芯片為2022年Q1緊缺元器件中的主要品類，占Q1緊缺元器件的18％。
信號鏈芯片方面，屬傳感器交期最長，Bosch、英飛凌、Melexis、NXP、安森美、ROHM、Vishay的傳感器交期均高達52周。接口芯片緊隨其后，NXP的接口芯片交期最高達52周，瑞薩的接口芯片交期為50周。
整體來看，除TE Connectivity、ams（艾邁斯）外，其余廠商的模擬芯片產(chǎn)品交期均為上漲狀態(tài)，整體價格也呈現(xiàn)上漲趨勢，可見今年首個季度，模擬芯片供應仍無明顯改善。
存儲芯片
存儲芯片，是嵌入式系統(tǒng)芯片的概念在存儲行業(yè)的具體應用，通過在單一芯片中嵌入軟件，實現(xiàn)多功能和高性能，以及對多種協(xié)議、多種硬件和不同應用的支持。
存儲芯片的制程工藝較為特殊，除了中小容量的存儲芯片，其余存儲芯片主要用先進制程工藝制造，幾年前開始，內(nèi)存行業(yè)的制程不再使用確切的數(shù)字，而是用1x、1y、1z表示，存儲芯片制程發(fā)展到1xnm，1ynm，1znm（1x相當于16－19nm，1y相當于14－16nm，1z相當于12－14nm）階段，很難在再進一步縮小，因為隨著制程工藝的提高，到達一定水平后，存儲芯片的穩(wěn)定性會下降，但后續(xù)各廠商又提出了1αnm，1βnm，1γnm等制程工藝，據(jù)美光科技表示，1αnm相當于10nm級別的制程，業(yè)內(nèi)一般認為10nm制程工藝是一個臨界點。如NAND FLASH的制程發(fā)展已經(jīng)達到極限，開始另辟蹊徑從2D轉(zhuǎn)向3D發(fā)展。
存儲芯片可以細分為DRAM、NAND FLASH、NOR FLASH等三大類產(chǎn)品。DRAM早先使用成熟制程制造，但隨著時間發(fā)展，其制程工藝越來越先進，三星、SK海力士、美光等巨頭均進入先進制程制造階段；NAND FLASH方面，16nm先進制程以上的閃存（如28nm）多屬于平面閃存，也被成為“2D NAND FLASH”，巨大的需求推動下，2D NAND FLASH的制程越來越先進，已經(jīng)逼近極限，開始另辟蹊徑從2D轉(zhuǎn)向3D發(fā)展；NOR FLASH的制程工藝則主要集中在成熟制程。而存儲芯片中其余產(chǎn)品占比較小，市占率約為1％，具體分類如下：
從市場規(guī)模來看，2021年，全球存儲芯片的市場達1580億美元，其中市場規(guī)模占比最大的是DRAM（約占56％），其次是NAND FLASH （約占41％）和NOR FLASH（約占2％），其余存儲芯片合計占比為1％。目前全球存儲芯片市場高度集中，代表企業(yè)如韓國的三星、SK海力士，美國的美光、西部數(shù)據(jù)，日本的東芝，以及我國的長江存儲、長鑫存儲等企業(yè)。
從交期來看，17個存儲器品牌的交期情況來看中，多數(shù)產(chǎn)品的交期和價格趨勢趨于穩(wěn)定，其中Microchip的EPROM交期最長，達99周，供應相當緊張。其次是三星、Macronix的eMMC，三星的存儲器模塊、PC（商用）DRAM、存儲器模塊、固態(tài)驅(qū)動器（SSD），ST的EEPROM等產(chǎn)品交期，最高達54周。整體來看，存儲器價格和交期較上季度相對穩(wěn)定，部分產(chǎn)品交期，甚至出現(xiàn)回落現(xiàn)象。
閃存市場消息顯示，目前，宏觀經(jīng)濟低迷，全球消費力下滑，低迷的市場需求成為存儲廠商不得不面對的殘酷現(xiàn)實，因此，Q2的存儲市場產(chǎn)品報價將有所下降，業(yè)界紛紛寄希望于Q3恢復成長。
總結
近年來，為應對成熟制程晶圓產(chǎn)能緊張現(xiàn)象，各大晶圓代工廠均加大對成熟制程產(chǎn)能的投入力度。如臺積電擴建南京廠28nm成熟制程工藝產(chǎn)線，2021年10月，臺積電還宣布在日本熊本縣投資22／28nm制程的晶圓廠；聯(lián)電此前也擴產(chǎn)了廈門、新加坡等地的成熟制程產(chǎn)能；中芯國際也在上海、深圳等地增設了新產(chǎn)線。
據(jù)悉，成熟制程擴產(chǎn)周期一般需要3－6個月左右的時間，屆時，各代工廠的成熟制程產(chǎn)能將陸續(xù)提升。《電子時報》報道稱，有業(yè)內(nèi)人士預測隨著終端市場需求放緩，成熟制衡產(chǎn)能的短缺將會在2022年下半年緩解，這表明之后代工廠可能面臨成熟制程產(chǎn)能過剩的危機，部分芯片也會過剩。
當然也有人對此提出了疑問，業(yè)界有聲音認為，成熟制程仍呈現(xiàn)供應較為緊張的態(tài)勢，凍漲并不代表產(chǎn)能過剩。雖然近期手機、PC等傳統(tǒng)消費電子市場疲軟，但工控、汽車電子，以及高性能計算、物聯(lián)網(wǎng)等領域，卻恰恰相反，而這些領域也離不開成熟制程制造的芯片。
另外，數(shù)據(jù)顯示，8英寸設備價格一直一路高漲，要知道成熟制程芯片大部分都在8英寸晶圓上生產(chǎn)，再聯(lián)想前文中提到的各大代工廠積極擴產(chǎn)成熟制程產(chǎn)能，說不定成熟制程未來仍有調(diào)漲可能，屆時，芯片過剩的情況還可能發(fā)生嗎？
