缺芯的汽車業一片哀嚎 8寸晶圓需求占汽車半導體需求的79%

停產!停產!停產!

缺芯的汽車業一片哀嚎，而這種史無前例的局面還在擴大，家電、消費電子等眾多行業都不能幸免。

處在震中的8寸晶圓產能依然沒有緩解之跡象，在報價持續提升之時，已經出現了通過競標來搶產能的局面。

曾經被認為落后于時代的8寸晶圓代工，儼然成了左右全球半導體行業命運的關鍵。

下游缺水

始于2020年的缺芯潮在2021年會如何演變，很多媒體和機構都曾給出預測。比如，路透社在2020年12月17日的報道中指出，受到8英寸晶圓產能不足以及其他一些因素的影響，未來全球手機、電腦等電子消費類產品和汽車的出貨量將不及預期。

8英寸晶圓的主要應用是電源管理、CIS、功率器件，以及RF開關，MCU和顯示驅動器IC，當然還有MEMS傳感器。

有機構曾作出分析，從供給面來看，近年8英寸晶圓的產能增長有限，然而CIS、電源管理芯片等需求量卻與日俱增，2021年供需狀況會進一步失衡。

汽車行業為什么會成為重災區，就是因為汽車芯片對8寸晶圓的依賴性太強。根據相關統計數據，8寸晶圓需求占到了汽車半導體需求中的79%，12寸晶圓需求僅占比12%。

如果從汽車各類半導體器件的用量來看，根據 Gartner的數據，ASIC/ASSP是用量最大的部分，占比33%;其次是MCU和分立器件，分別占比17%和15%;光電子、傳感器、模擬芯片分別占比10%、10%和7%;邏輯芯片和存儲芯片占比最小，分別為5%和2%。這其中的絕大部分產品都來自8寸線。

熱門產品電源管理芯片也大部分出自8寸晶圓。進入5G時代，隨著快充、無線充電功能的加入，手機的電源管理芯片數量也從平均4-5顆增加到了7-8顆。如果按照2023年全球5G手機出貨量10億部來計算，全球范圍僅5G手機對8寸晶圓的需求就在1500萬片以上。

在CIS方面，低像素(2M/5M 及以下)CIS芯片主要在8寸晶圓上生產。根據 Frost&Sullivan 的預測，200 萬及以下像素手機 CIS 芯片出貨量預計將從2020年的16.4億顆增長至2021 年的17.6億顆，并在之后3年中整體維持年均17.5億顆左右的旺盛需求。

SEMI近日就指出，目前晶圓代工幾乎所有制程都逼近滿載，預估今、明年8寸產能吃緊情況，可能都不會緩解。

根據集邦科技統計，全球共有8寸晶圓廠40座，33座在亞洲。臺灣地區以15座奪冠，其次為中國大陸的7座。就臺灣地區來看，則以聯電數量最多，旗下有7座8寸廠，8寸廠的產能每個月約有30萬片，僅低于臺積電的50萬片，高于第3名世界先進的24萬片。中芯國際的8寸產能排名第四。目前，所有8寸晶圓廠的產能都已經接近滿載。

而且，8寸晶圓的生命力非常頑強，目前僅不足1/3模擬和混合信號半導體元器件將從8寸晶圓向12寸晶圓轉移，且進程緩慢，多以消費和無線通信為代表，而工業和汽車領域的應用則依然堅守8寸。

圖 主要8寸晶圓代工廠產能利用率(截止2020Q3，源自東方證券)

有業內人士指出，相比于12寸晶圓，8寸晶圓更容易受到季節性短缺或微小波折，當12英寸市場需要更多產能時，只需平衡新增產能和需求的關系，這在8英寸晶圓上是做不到的。加之8寸新產能增速不如12寸，供需平衡很難在短期改善。

前日因 今日果

雖然有疫情、中美貿易戰等原因，8寸晶圓短缺的種子其實早已種下。

2008年開始，隨著更多廠商投身到了12英寸晶圓廠產能之中，導致全球8英寸晶圓廠數目及產能快速收縮。數據統計，從2008到2016年，至少超過30座8寸晶圓廠關閉，同時有超過10座廠從8寸轉換為12寸，2015~2017年全球8英寸晶圓廠產能增長速度僅約7%。

另外，在2010~2016年間，約超過20座6寸晶圓廠關閉，如分立器件、功率器件、MEMS、模擬芯片等產品需求切換至8寸晶圓，額外的加重了8寸產能的負擔。

但是，在2015年卻開始了8寸晶圓的需求大爆發。當年，隨著物聯網進入成熟的發展階段，人工智能裝置的數量飆升，從而帶動了指紋識別產品、電源芯片、智能設備MCU等的需求。這些芯片可以在較舊的8寸晶圓廠中生產，但因為沒有對8寸晶圓廠的持續投資，芯片制造商的產能已經不能滿足需求。于是，從2016年到2018年，8英寸晶圓廠產能已售罄。

設備廠商對這種現象最為敏感。KLA旗下公司SPTS Technologies的執行副總裁兼總經理David Butler曾表示：“在我們自己的統計數據中，較小晶圓市場的強勁表現非常明顯。從2010年到2015年，8寸或更小尺寸產品的銷售額占比有所下降，與12英寸產品占比接近對半開。然而過去5年發生了逆轉，8寸及更小尺寸設備的銷售占比再次回到2010年的水平。”

這波反彈一直延續到2020年上半年，讓晶圓廠的8英寸線滿負荷運轉。例如，聯電在2020年第一季度的8英寸晶圓廠利用率就維持在90%的水平。

聯電業務發展副總裁Walter Ng指出，8英寸產能的需求曾經是周期性的，但在過去幾年里發生了變化，8英寸的需求一直處于高位。8英寸上生產的許多芯片都是生命周期很長的產品，也將在很長時間內繼續使用成熟制程。同時還有許多新產品被開發出來，也希望能利用8英寸節點的技術和成本優勢。這將催生8寸晶圓的新范式，在可預見的未來，供不應求的狀態將持續存在。

擴產艱難

近日，世界先進開啟了擴產計劃，通過購入的友達L3B廠來實現每月約4萬片的8英寸晶圓產能，以因應客戶不斷增加的中長期產能需求。

中芯國際聯合CEO趙海軍也在2020年第四季度電話財報會議上透露，公司在2021年將擴充4.5萬片的8英寸月產能，另外12英寸也將擴充1萬片/月。

在洶涌的產能缺口面前，這些擴產計劃都有些杯水車薪的意味。

近年來，除了臺積電宣布在南科六廠旁新建一座8英寸廠，全球幾乎不再有新的8寸純晶圓代工廠出現。

原因也很簡單，買不到設備。

由于設備大廠早已停止生產8英寸設備，市場上8英寸設備一機難求。因此，一種選擇是直接通過Fab設備供應商或OEM，其中許多都設有銷售新的和翻新工具的部門。OEM在開發具有最新功能的8英寸設備，但價格不菲。另一個選擇就是二手設備。

目前 8 寸設備主要來自二手市場，多來來自從8英寸向12英寸升級的內存廠商，如三星和海力士，目前舊設備市場資源逐漸枯竭，因此2014年后8寸晶圓設備較為緊缺，其中蝕刻機、光刻機、測量設備最難獲得。

韓國最二手芯片設備經銷商Surplus Global Inc.的首席執行官Bruce Kim說：“二手設備需求旺盛，但我們的所擁有的設備不足以應付需求。”

據他介紹，二手設備價格在過去6個月中上漲了多達20%，而翻新工具的庫存從十年前的7000到8000下降到了1000。

一家大型芯片制造設備租賃公司的消息人士透漏，“二手機器價格每年都在漲，過去這一年，價格平均漲20%，關鍵的光刻機等設備，價格漲到原本的300%。”

此外，8寸設備的工藝分界線原來在90nm，現階段已經上移至65nm等，導致8寸生產線的投資金額大幅上升。

況且近期新增產能成本已和本世紀初相差不大，但是8寸晶圓價格相比本世紀初卻有大幅的下降，且建設的8寸晶圓廠預期使用年限更短，成本收益權衡下難有廠商繼續通過新建和擴建的方式大幅增加產能。未來產能僅有可能通過技改和新增設備的方式，但受限于有限的 潔凈室空間，潛在增量有限。

設備行業人士就指出，國際半導體設備廠多已停止或減少8英寸廠設備生產，二手設備也無法真正湊齊完整的8英寸晶圓生產線，因此要擴充產能只能靠著提高晶圓廠生產效率。

據此判斷，今年半導體市場上真正可量產的8寸晶圓廠產能增幅將十分有限。但是，來自半導體行業下游的需求卻有增無減，產能缺口恐還有擴大之勢。

8寸晶圓的困局何時能夠破解，唯有時間能給出答案!