8英寸晶圓的產(chǎn)能為什么這么緊張？

近期的半導體市場，尤其是8英寸晶圓的產(chǎn)能為什么這么緊張？

跟隨摩爾定律演進，集成電路制造所用的主流晶圓直徑從 4 英寸、6 英寸、8 英寸到12 英寸。直徑越大的圓片，所能刻制的集成電路越多，芯片的單位成本越低，因此晶圓持續(xù)向大尺寸發(fā)展。

尺寸演變節(jié)奏上，1980 年代以 4 英寸硅片為主流，1990 年代是 6 英寸占主流，2000 年代 8 英寸占主流，2002 年英特爾與 IBM 首先建成 12 英寸生產(chǎn)線，到 2005年 12 英寸硅片的市場份額已占 20%，2008 年升至 30%，2008 年以來 12 寸成為晶圓主要尺寸，2017 年繼續(xù)上升至 66.01%。據(jù) SEMI 統(tǒng)計，2019 年，全球 12 英寸半導體硅片出貨面積占全部半導體硅片出貨面積的 67.22%。

現(xiàn)在，8 英寸和12 英寸晶圓是主流配置。8 英寸主要用于成熟制程及特種制程，在應用端，對 8 英寸晶圓代工的強勁需求主要來源于功率器件、電源管理 IC、影像傳感器、指紋識別芯片和顯示驅(qū)動 IC 等；12 英寸主要適用于 28nm 以下的先進制程，主要成長動力來自于存儲和邏輯芯片。

8 英寸產(chǎn)線因折舊完畢具有成本優(yōu)勢，同時在模擬電路、高功率等晶圓生產(chǎn)具有優(yōu)勢。據(jù) SEMI最新報告，2019 年底有 15 個新 Fab 廠開工建設(shè)，總投資金額達 380 億美元，其中約有一半用于 8 英寸晶圓尺寸。IC Insights 預計未來 2 年，8 寸晶圓產(chǎn)能預計維持 23%左右市占率。

8 寸硅片目前主要用于指紋識別芯片、電源管理芯片、功率器件、微控制器等半導體產(chǎn)品的生產(chǎn)。2016 年以來，隨著存儲計算、邊緣計算、物聯(lián)網(wǎng)等新應用的興起帶動了 NOR Flash、指紋識別芯片、電源芯片等產(chǎn)品對8 寸晶圓的需求，汽車電子興起帶動功率器件需求，市場隨之出現(xiàn)供應緊張狀態(tài)。2017Q2起，8 寸硅片的需求開始超過產(chǎn)能，8 寸硅片的供給開始趨緊。

本期的智能內(nèi)參，我們推薦東方證券的研究報告《8 寸晶圓制造高景氣有望持續(xù)》和申萬宏源的報告《半導體硅片行業(yè)全攻略》，深入分析半導體行業(yè)的現(xiàn)狀，尤其是8英寸晶圓需求旺盛引起的產(chǎn)能緊張，預測未來整體半導體市場的發(fā)展趨勢。

01.從過去十年看晶圓行業(yè)波動周期

硅晶圓制造業(yè)產(chǎn)業(yè)于整個半導體產(chǎn)業(yè)架構(gòu)中材料供應角色，隨著半導體產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，對硅晶圓材料之需求亦急速增加。半導體行業(yè)呈周期性波動和螺旋式上升的趨勢，半導體硅片行業(yè)的市場波動基本同步于整個半導體行業(yè)的波動周期。

▲2013-2019，全球 12”硅晶圓月出貨量從 4KK 提升到 6KK

2009-2019 年間，硅晶圓市場規(guī)模高增時段為 2010 年、2014 年、2016-2018 年；顯著下降期為 2011-2013 年。

▲全球半導體及硅片市場規(guī)模（億美元）

2009-2010 年，金融危機的半導體市場與硅片市場快速復蘇。2008 年，受金融危機影響，半導體硅片市場自 2008 年 9 月起大幅下滑，直到 2009Q1 觸底反彈，隨后緩慢復蘇。2009-2010 年間，經(jīng)濟刺激政策促進全球經(jīng)濟復蘇，半導體市場持續(xù)增長。

2011-2013 年，日元連續(xù)大幅貶值，硅片市場與半導體市場規(guī)模趨勢背離。2011-2013年間，受益于智能手機與平板電腦普及，半導體市場規(guī)模溫和上漲，但美元對日元匯率分別上漲 12.8%、21.4%、13.7%，且從整體供應廠商結(jié)構(gòu)來看，日廠占整體硅晶圓比重五成以上，致硅晶圓市場規(guī)模連續(xù)下滑。從下游看來，智能手機與平板市場持續(xù)增長，個人電腦市場增長緩慢，其他消費電子產(chǎn)品需求熄火。微處理器、功率半導體量下降，8 寸硅片需求迅速下降。

2013-2015H1，中低端智能手機普及，半導體市場規(guī)模再次成長。受惠于智能手機與平板計算機等手持裝置需求提升，尤其是中低階手機下半年出貨量高于高階機種，半導體產(chǎn)業(yè)景氣自 2013 年起逐漸復蘇。2014 年在行動智能裝置出貨量持續(xù)呈現(xiàn)成長態(tài)勢，特別是中低階市場的拉抬，且汽車電子需求也呈現(xiàn)穩(wěn)定增長，以及對全球宏觀經(jīng)濟情勢改善的預期之下，2014 年全球半導體銷售額成長力道亦有所增強。

內(nèi)存、處理器及通訊芯片等 IC零組件持續(xù)供不應求，讓各半導體廠的產(chǎn)能利用率居高不下，也間接使得半導體材料持續(xù)成長，尤其半導體 12 吋硅晶圓需求更為顯著；8 吋晶圓的需求中電源管理、指紋辨識、LCD驅(qū)動和車用電子等，目前沒有向上升級到 12 吋必要，也導致需求大增。在這樣快速增長的情況下，全球的大硅片依然顯得供不應求。

2013-2015Q2，硅片同比出貨量均維持了高景氣度，全球12 寸硅晶圓出貨量從2013Q1約 3.6KK/M，增至2015Q2出貨量5.2KK/M，增長約 40%。但硅晶圓廠 2013 年度開工率環(huán)比下降 1pct，且 DRAM、NAND 均大幅降價，因此 2013-2015H1 半導體市場規(guī)模及硅晶圓市場規(guī)模僅發(fā)生微小變化。

2015H2-2016H1，硅晶圓市場需求盤整期。NAND 價格于 2015 年觸底反彈，DRAM價格直到 2016 年 5 月才有起色。2016 年，由于功率組件(MOSFET、Schottky)等產(chǎn)品需求強勁，中小尺寸產(chǎn)品全年皆維持近乎滿產(chǎn)能生產(chǎn)，但全球智能型手機及 PC 并未見明顯成長，因此大尺寸(8"&12")產(chǎn)品表現(xiàn)持平。

2016H2-2018 年，半導體與硅晶圓市場再度成長，硅晶圓大廠盈利均顯著改善。2016Q2 智能手機庫存調(diào)整結(jié)束，晶圓廠景氣復蘇；自 2016Q4 起，8”及 12”硅晶圓庫存均快速下調(diào)，硅晶圓需求增長顯著。2018 年初，主要硅片廠商紛紛將價格上調(diào)了 10~20%，SUMCO 將 12 英寸硅片價格上調(diào)了 20%，相比 2016 年底增幅達 60%。2016-2018 年在此背景下，硅晶圓大廠營業(yè)利潤率連續(xù)攀升。

▲硅晶圓大廠營業(yè)利潤率歷史波動（%）

半導體市場在 2019 年受到內(nèi)存市場需求不振與平均售價(ASP)下滑等因素影響，加上貿(mào)易戰(zhàn)爭及地緣政治帶來的不確定性，使得全球總體經(jīng)濟與半導體市場規(guī)模萎縮。從產(chǎn)品角度，2019 年邏輯器件需求已穩(wěn)定，存儲仍在調(diào)庫存。2019Q4 季度，8”及 12”硅晶圓市場需求均見底，自 2020Q1 起 200mm/300mm 需求穩(wěn)步回升。

▲全球主要科技硬件行業(yè)上市公司 2019Q4 以來平均存貨水平有所上升

▲科技硬件行業(yè)主要上市公司平均存貨周轉(zhuǎn)天數(shù) 2019Q4 以來無明顯變化

從主要整機廠商平均存貨水平來看，從 2019Q4 到 2020Q3，平均存貨水平由 33.6 億美元上升至 38.4億美元，上升幅度為 14%。平均存貨周轉(zhuǎn)天數(shù)在 2019Q4 到 2020Q3 僅由 54 天上升至 56 天，上升幅度僅為 4%。

▲整機廠商平均存貨周轉(zhuǎn)天數(shù)有一定幅度上升

從全球主要半導體廠商平均存貨水平來看，從 2019Q4 到 2020Q3，平均存貨水平由 7.7 億美元上升至 9.4 億美元，上升幅度為 22%。從平均存貨周轉(zhuǎn)天數(shù)的角度來看，2019Q4 到 2020Q3 由 92 天下降至 88 天，說明雖然存貨在一定的擴張，但是存貨的擴張速度并不能滿足規(guī)模擴張的需求。

當前科技硬件產(chǎn)業(yè)整體的真實情況為：下游需求增長帶動整機廠商規(guī)模擴張、備貨同比例增加；整機廠商對于半導體的需求快速增長帶動半導體廠商規(guī)模擴張、備貨增加，但備貨增加速度已不能滿足規(guī)模擴張需要。在 5G、IoT、汽車電子、云計算的大趨勢下，半導體需求的進一步提升，以及疫情后全球經(jīng)濟的復蘇，市場供不應求的情況料將持續(xù)。

世界半導體貿(mào)易統(tǒng)計組織 WSTS 在 12 月 1 日更新了半導體市場預測，2020 年全球半導體產(chǎn)值將同比上升 5.1%，2021 年相對 2020 年將同比上升 8.4%，呈現(xiàn)加速上行態(tài)勢。

▲WSTS 預計 20-21 年半導體市場將呈現(xiàn)加速增長態(tài)勢

02.8英寸晶圓需求持續(xù)旺盛

8 寸晶圓主要用于生產(chǎn) PMIC、CIS、指紋識別芯片、射頻芯片、顯示驅(qū)動芯片等產(chǎn)品，這些半導體產(chǎn)品廣泛應用于智能手機、平板電腦、電視、PC、電動汽車等領(lǐng)域。

下游各種終端需求逐步回暖。不同于過去幾年半導體需求主要靠智能手機拉動，未來幾年的需求來源將更為多樣。智能手機方面，5G 手機單機半導體用量更大，雖然受到疫情影響，整體市場出貨量有所下滑，但全球 5G 手機快速滲透，根據(jù) Counterpoint 的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，全球 5G 手機出貨量從19Q4 的 400 萬部左右快速增長至 20Q3 的約 5400 萬部。平板電腦在疫情下需求旺盛，電視、PC出貨量也分別在 20Q2、Q3 紛紛恢復同比增長態(tài)勢。汽車電動化的趨勢下 PHEV（插電式混動車）在 20Q3 更是創(chuàng)下了單季同比 66%的高增速。

▲5G 手機出貨量快速提升

▲主要下游全球出貨量回暖（同比增速，%）

終端出貨量的回暖拉動了射頻芯片、CIS、PMIC、驅(qū)動 IC 等芯片需求，8 寸晶圓制造產(chǎn)能供不應求。聯(lián)電、世界先進等廠商開工率保持在接近甚至超過 100%的較高水平，8 寸晶圓也迎來漲價趨勢，20Q3 已可見華虹半導體（8 寸片）和世界先進 ASP 分別由 20Q2 的 403、433 美元上升至434、448 美元，上漲幅度分別為 8%和 4%。

▲全球主要 8 寸晶圓代工廠產(chǎn)能利用率

▲全球主要 8 寸晶圓代工廠晶圓 ASP（美元）

我們正處于 5G 技術(shù)周期、電動汽車浪潮的起步階段，技術(shù)升級將持續(xù)拉動相關(guān)芯片需求，供不應求態(tài)勢有望持續(xù)：

5G 來臨，射頻芯片用量和單機價值顯著提升。射頻前端芯片包括射頻開關(guān)、低噪聲放大器、功率放大前、雙工器、射頻濾波器等芯片。手機每增加一個頻段，需要對應增加濾波器、功率放大器、低噪聲放大器、開關(guān)和雙工器的用量，4G 手機支持頻段已接近 40 個，5G 應用支持的頻段數(shù)量將新增 50 個以上，全球 2G/3G/4G/5G 網(wǎng)絡合計支持的頻段將超過 91 個，故移動智能終端需要顯著增加射頻芯片用量。

根據(jù) Skyworks 的數(shù)據(jù)，4G 手機到 5G 手機的升級，濾波器、射頻開關(guān)的用量將分別從 40、10 個增長至 70、30 個，射頻前端單機價值量從 18 美元提升至 25 美元。

▲手機射頻前端組成

▲5G 推動手機射頻芯片單機用量顯著提升

多攝顯著提升單臺手機 CIS 搭載量。根據(jù)群智咨詢，2019 年后置多攝滲透率約 76%。單臺設(shè)備的CIS 搭載量有望從 2018 年的 2.5 顆提升到 2023 年的 4 顆。根據(jù) IDC 估計，到 2023 年，智能手機的出貨量有望達到 14.7 億部，CIS 出貨量有望達到 59 億顆，2018-2023 年 CIS 出貨量 CAGR為 10.9%。

▲2017-2023 多攝滲透率及預測

▲單臺手機 CIS 搭載量

電動時代到來，汽車功率半導體用量大幅提升 。傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車中，電氣系統(tǒng)電源通常來源 12V蓄電池，功率管理、轉(zhuǎn)換需求在 10kW 以下，低價值量的低壓低功率器件即可滿足需求，單車功率半導體總成本約在 71 美元左右。

而混合動力/電動車集成了高壓動力電池（通常 144V 或 336V），電機驅(qū)動功率為 20-150kW。更高的電壓、功率需求拉動帶動 IGBT 模塊、SiC 以及 SJ MOSFET，單車功率半導體價值量也因此提升，根據(jù)英飛凌的數(shù)據(jù)，BEV-純電動車中新增功率半導體成本達350 美元，是傳統(tǒng)燃油汽車的近 5 倍。

▲汽車電動化推動功率半導體用量提升

5G 建設(shè) 、云計算動 大幅拉動 PMIC 和 和 MOSFET 需求。主要來源于四個部分：1）5G 基站相比 4G更為密集，功率更大，帶來更多的電源供應需求，MOSFET、PMIC 需求大幅提升；2）Missive MIMO技術(shù)的采用使得基站射頻端需要 4 倍于原來的功率半導體；3）5G 時代數(shù)據(jù)量大幅增加，云計算中心擴容帶動功率半導體用量提升；4）霧計算中心的出現(xiàn)帶來全新增量市場。

▲5G 建設(shè)拉動功率半導體需求

PMIC 亦于受益于5G 手機的普及與應用拓展 ，市場規(guī)?？焖僭鲩L。PMIC 顯著受益于 5G 手機的普及：一方面，5G 換機潮推動智能手機市場恢復增長；另一方面，5G 手機在 PMIC 用量上也較 4G手機提升顯著，4G 手機用量僅 1 個，5G 手機單機用量可達到 3 個。同時其應用領(lǐng)域仍在不斷拓寬：工業(yè)機器人和物聯(lián)網(wǎng)等市場迎來歷史發(fā)展機遇，都將對電源管理芯片產(chǎn)生巨大的需求。根據(jù)TMR 的預測，全球 PMIC 市場規(guī)模將由 2018 年的 250 億美元增長至 2026 年的 565 億美元，CAGR 達到近 11%。

▲5G 加速滲透

▲全球 PMIC 市場規(guī)模有望保持快速增長

顯示驅(qū)動 IC 需求旺盛，MiniLED 升級進一步拉動需求增長 。

1）疫情催化下遠程辦公、在線教育生態(tài)逐漸走向成熟，筆記本電腦、平板電腦市場需求空間進一步打開；

2）新基建中高速鐵路、城際交通建設(shè)有力帶動景觀照明和戶外 LED 顯示屏需求，對應驅(qū)動 IC 需求提升；

3）MiniLED 升級帶動驅(qū)動芯片用量提升：由于局部調(diào)光特性，MiniLED 背光用到的驅(qū)動 IC 顯著提升，以大尺寸電視為例，傳統(tǒng) LCD 大尺寸電視驅(qū)動用量在 12-14 顆左右，而升級到 MiniLED 背光之后用量可達16 顆，較現(xiàn)在提升 10%-30%。在上述驅(qū)動因素的作用下，顯示與照明驅(qū)動 IC 出貨量有望持續(xù)提升，根據(jù)沙利文的預測，全球顯示與照明驅(qū)動 IC 出貨量 2020-2023 年 CAGR 將達到 7%。

▲MiniLED 快速增長拉動驅(qū)動 IC 用量提升

▲顯示驅(qū)動 IC 市場有望迎來快速增長

受益于智能手機市場回暖及應用領(lǐng)域拓展，指紋識別芯片需求 提升 。一方面，5G 換機需求帶動智能手機市場恢復增長；另一方面，指紋識別在汽車電子、筆電、智能門鎖等領(lǐng)域的應用持續(xù)拓展，帶動指紋識別芯片需求持續(xù)旺盛。

未來，除了下游需求的快速增長外，還有諸多因素會加劇 8 寸制造產(chǎn)能的緊張態(tài)勢：

8 寸晶圓支持的制程進一步延伸 ，應用范圍拓展 。隨著近年來工藝技術(shù)發(fā)展水平的進步，8 英寸晶圓能夠支持的制程，已經(jīng)可達到 70nm，甚至 65nm，如 2018 年初三星宣布的 8 英寸晶圓代工技術(shù)服務中，包括了 65nm 的 eFlash 以及 70nm 的顯示器驅(qū)動 IC 的解決方案。

6 寸晶圓廠關(guān)閉和轉(zhuǎn)型 ，產(chǎn)能向需求向8寸片轉(zhuǎn)移。根據(jù) IC insights 的統(tǒng)計，2009-2018 年有 76 家6 寸及以下晶圓廠關(guān)閉；同時德州儀器、瑞薩、ADI 等廠商目前計劃在未來 1-3 年內(nèi)關(guān)閉旗下的全部或部分 6 寸晶圓廠。此外，化合物半導體對 6 寸晶圓需求旺盛，5G 時代化合物半導體的放量會使得越來越多的 6 寸晶圓廠由基于硅的 MOS 技術(shù)向化合物半導體轉(zhuǎn)型。6 寸晶圓產(chǎn)線的關(guān)停和轉(zhuǎn)型會使得需求向 8 寸晶圓轉(zhuǎn)移，增加 8 寸晶圓整體需求。

▲2009-2018 年晶圓制造產(chǎn)線關(guān)閉數(shù)量統(tǒng)計

▲國外部分廠商計劃關(guān)閉旗下 6 寸晶圓廠

IDM 大廠存在提升晶圓制造外包比例訴求。為了滿足快速增長的下游需求和提升生產(chǎn)制造的靈活性，越來越多的國際 IDM 大廠選擇提升晶圓制造的外包比例，比如恩智浦在 2017-2019 年報中多次表示將提升晶圓制造外包比例；英飛凌在 2018 年也表示在 2023 年之前會將前端制造外包比例從 22%增加到 30%，進一步提升了 8 寸晶圓代工的需求；意法半導體 2017 年到 2019 年硅晶圓制造外包比例從 10%提升到了 18%。

▲意法半導體硅晶圓外包制造比例逐年提升

隨著5G時代來臨，以往主要由手機市場拉動的半導體行業(yè)即將迎來翻天覆地的變化。所以，最近8英寸晶圓持續(xù)的產(chǎn)能緊張也是有理可循。5G基站更為密集的建設(shè)、電動汽車的持續(xù)走強、藍牙指紋識別等模塊應用領(lǐng)域的不斷拓展，預計未來8英寸晶圓以及相應的芯片仍會處于長時間的供不應求階段。

原文標題：芯片缺貨告急背后！又漲價又外包，誰能拯救8英寸晶圓產(chǎn)能？

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責任編輯：haq