先進(jìn)制程競玩家數(shù)量的一次大衰退

前不久，Yole在其發(fā)布的一份調(diào)研報告中稱，在過去的幾十年里（自1965年以來），摩爾定律一直指導(dǎo)著全球半導(dǎo)體行業(yè)，先進(jìn)制程的發(fā)展提高了性能和成本。2002年以后（130納米），該行業(yè)經(jīng)歷了幾輪整合，規(guī)?；?yīng)深刻地影響了這個領(lǐng)域的發(fā)展。目前，先進(jìn)制程是一個寡頭壟斷市場，僅剩下了少數(shù)關(guān)鍵參與者。

（圖片來源：Yole）

Yole在其報告中也給出了一份更為直觀的變化圖表。從這張圖中，我們不難發(fā)現(xiàn)這樣一個事實——在進(jìn)入到21世紀(jì)后，致力于先進(jìn)制程的玩家從26家已經(jīng)降到了3家。換言之，在短短的20年間，先進(jìn)制程玩家減少了近九成。

先進(jìn)制程競玩家數(shù)量的一次大衰退

摩爾定律指導(dǎo)著先進(jìn)制程邁進(jìn)了21世紀(jì)，彼時，開創(chuàng)了晶圓代工模式的臺積電的鋒芒還未如今日般耀眼，那仍是一個以IDM模式為王的年代。先進(jìn)工藝的進(jìn)步依舊能為當(dāng)時的半導(dǎo)體廠商們帶來豐厚的利潤。

因此，最初實現(xiàn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)騰飛的美國、以及受惠于第一次半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移紅利的日本廠商們幾乎占領(lǐng)了整個芯片制造領(lǐng)域。

但從2002到2006年，就陸續(xù)有玩家開始退出先進(jìn)制程的競爭，包括Sanyo、Rohm、ON、Mitsubishi、Hitachi、Atmel、HLMC以及ADI均沒有在第一時間推出90nm工藝。由此可以看出，在期間退出先進(jìn)節(jié)點(diǎn)競爭的日本廠商較多。

結(jié)合當(dāng)時半導(dǎo)體的市場情況來看，日本半導(dǎo)體廠商在經(jīng)歷了一輪高速成長后，遭受到了美國的打壓，在1991年美國單方面聲稱日本違約，再次強(qiáng)迫日本簽訂了第二次半導(dǎo)體條約后，日本半導(dǎo)體廠商迎來了失落的二十年。而當(dāng)時，驅(qū)動先進(jìn)工藝成長的正是DRAM，這也是日本半導(dǎo)體所見長的領(lǐng)域。而后日本廠商開始轉(zhuǎn)向半導(dǎo)體上游產(chǎn)業(yè)鏈，這或許也是他們相繼放棄向最先進(jìn)的芯片制造工藝發(fā)起進(jìn)攻的原因之一。

接下來，在90nm向65nm工藝過渡的過程中，又陸續(xù)有六家半導(dǎo)體企業(yè)退出了先進(jìn)工藝的競賽，與此同時，又有新的玩家又出現(xiàn)在了65nm節(jié)點(diǎn)的競爭中。

從Yole提供的數(shù)據(jù)來看，在2006至2008這兩年中，消失在65nm工藝制造名單中的企業(yè)有Sony、Sharp、Infineon、Freescale、Cypress以及AMD。

從中我們可以看到，除了日本廠商以外，那些被我們所熟知的，在汽車芯片領(lǐng)域有著赫赫威名的廠商開始逐漸退出了先進(jìn)工藝的競爭。在他們退出先進(jìn)制程競爭的背后，是芯片制造能力已經(jīng)不能為之提供足夠的優(yōu)勢。

以英飛凌為例，他們在2008年宣布放棄65nm制造工藝。根據(jù)媒體在2008年的相關(guān)報道顯示，當(dāng)年英飛凌的首席執(zhí)行官Wolfgang Ziebart曾表示，如果半導(dǎo)體企業(yè)想在眼前這一波行業(yè)整合潮中生存下來，應(yīng)該將注意力從建造晶圓廠轉(zhuǎn)移到建造系統(tǒng)之上，并且必須和客戶建立深層次的技術(shù)合作關(guān)系。他表示：“半導(dǎo)體廠商曾經(jīng)擁有的競爭優(yōu)勢已經(jīng)消失，現(xiàn)在每家企業(yè)基本在同時期內(nèi)都能使用到相同的制程技術(shù)。在過去，這是區(qū)別半導(dǎo)體企業(yè)實力的關(guān)鍵?！?/p>

在他的這一番話中，便可以清楚地看到晶圓代工模式的崛起。而從晶圓代工這個市場角度中看，在2002年臺積電穩(wěn)坐全球第一大晶圓代工廠后，他就在先進(jìn)工藝上的進(jìn)步一路突飛猛進(jìn)。而在臺積電實現(xiàn)從90nm到65nm的路上，還需要重點(diǎn)提到另一重要角色——ASML。當(dāng)時，153nm光刻機(jī)遇到瓶頸，2002年時任臺積電研發(fā)副總、世界微影技術(shù)權(quán)威林本堅博士提出了浸沒式系統(tǒng)的概念，ASML 抓住了這個機(jī)會，決定與臺積電合作，在 2003 年他們開發(fā)出了首臺樣機(jī) TWINSCAN AT:1150i，成功將90nm制程提升到65nm。

而我們都知道，半導(dǎo)體工藝設(shè)備尤其是光刻設(shè)備從來不是一筆小的支出。而這或許也促成了一些IDM企業(yè)走向了fabless模式或是lite FAB。這個跡象，從90nm過渡到65nm期間就已顯現(xiàn)，其中的代表就是AMD于2008年出售了其芯片制造部門，而這也成為AMD歷史上最重大的戰(zhàn)略變革。

根據(jù)相關(guān)報道顯示，當(dāng)時AMD連續(xù)7個季度虧損，其中大部分虧損都與運(yùn)營昂貴的芯片生產(chǎn)廠有關(guān)。那些芯片生產(chǎn)廠的建設(shè)成本一般在30億美元到50億美元之間，每年還需要大量資金對它們進(jìn)行技術(shù)和設(shè)備升級。AMD的新管理層認(rèn)為，分拆芯片制造業(yè)，是繼續(xù)保持其競爭力、避免被邊緣化的最佳選擇。當(dāng)時AMD公司CEO梅耶爾（Dirk Meyer）對此的解釋是：“AMD探索出了一條創(chuàng)新的道路，使我們可以集中精力于創(chuàng)新的設(shè)計，而不需大量投資于半導(dǎo)體生產(chǎn)?！?/p>

至此以后，IDM玩家開始落寞于先進(jìn)工藝的競賽當(dāng)中，晶圓代工模式開始初顯鋒芒。

淘汰賽加快的速度

在IDM開始紛紛尋求轉(zhuǎn)型的過程當(dāng)中，先進(jìn)制程的競賽在摩爾定律的指導(dǎo)下依舊在繼續(xù)向下延伸。在65nm工藝向下發(fā)展的過程中，先進(jìn)制程市場迎來了短暫的平靜。而就在進(jìn)入到45nm節(jié)點(diǎn)以后，這個市場又出現(xiàn)了新的變化，退出先進(jìn)制程玩家的數(shù)量不再出現(xiàn)大幅度的減少，但其市場淘汰的頻率卻開始加快——每一代新節(jié)點(diǎn)的更新，就有玩家被淘汰。

可以從文章開篇的圖中得知，從45nm過渡到22nm/20nm器件，先進(jìn)制程玩家由14家減少到了7家，這其中就包括了TI、STM等企業(yè)。

而我們都知道，TI作為全球最大的模擬芯片廠商，他們有著極高的毛利率，這種“不差錢”的廠商為什么也要放棄先進(jìn)制程技術(shù)的追逐，是先進(jìn)制程不香了嗎？從2010年相關(guān)報道中顯示，當(dāng)年TI宣布放棄32nm及以下的研發(fā)，而另一方面他們則在積極收購二手生產(chǎn)線。當(dāng)時的分析師稱，TI并不需要非常先進(jìn)的制造工藝，因為目前（2010年）一流的模擬電路在0.18微米水平，所以其收購二手生產(chǎn)線是十分合理的。“對于TI而言，32nm制程的復(fù)雜性、浸入式微影和重復(fù)圖形曝光等技術(shù)太難了。”倫敦ABN Amro銀行半導(dǎo)體分析師Didier Scemama稱，“制程方面的優(yōu)勢很明顯地抵不上開發(fā)的成本。”

于是在經(jīng)過了這一輪輪的淘汰賽之后，進(jìn)入到22nm/20nm節(jié)點(diǎn)以后，具有先進(jìn)工藝制造的企業(yè)就大都是晶圓代工廠?？梢哉f，進(jìn)入到22nm/20nm節(jié)點(diǎn)以后就先進(jìn)工藝就成為了晶圓代工廠之間的競爭，他們也成為了推進(jìn)先進(jìn)工藝?yán)^續(xù)往下走的主力軍。

接下來晶圓代工廠之間的競爭就是被我們所寫了無數(shù)遍的復(fù)述。比如推動22nm及以下工藝進(jìn)步的晶體管架構(gòu)到底是FinFET還是FD-SOI，比如受惠于新興市場的崛起，芯片設(shè)計廠商的增多為晶圓代工廠帶來的機(jī)會，又比如新節(jié)點(diǎn)的命名是否符合摩爾定律的初衷，再比如被業(yè)界廣泛討論的摩爾定律是否已經(jīng)失效了。

就在圍繞著先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)繼續(xù)向下發(fā)展的討論聲還沒有停歇之時，有些晶圓代工在爭議中得到了成長，而有些晶圓代工廠卻放棄了繼續(xù)向下走——GF和UMC的退出，讓先進(jìn)制程逐漸成為了一個寡頭壟斷市場。因此，在10nm及以下工藝的競爭中僅剩的3個玩家之間的競爭就更引得行業(yè)的重視。

而這也引發(fā)了一些新的變化，即三星和英特爾在競爭的過程中都陸續(xù)開放了其晶圓代工業(yè)務(wù)——三星于2017年將其晶圓代工業(yè)務(wù)獨(dú)立出來，與臺積電形成直接競爭。今年英特爾宣布，公司將成為代工產(chǎn)能的主要提供商，起于美國和歐洲，面向全球客戶提供服務(wù)。由此來看，先進(jìn)工藝的競爭似乎已經(jīng)進(jìn)入到了一種白熱化的階段。

于是這也就形成了這樣一種局面——在IDM企業(yè)都已經(jīng)適應(yīng)了外包制造這一情況后，以臺積電、三星、英特爾為代表的先進(jìn)工藝廠商幾乎就可以代表了全球芯片制造能力之所在。而為了搶奪更多的機(jī)會，他們現(xiàn)在又在滿世界建廠。其中，他們在美國的部署又尤為受到關(guān)注，除了臺積電和三星陸續(xù)宣布將在美國建設(shè)新的晶圓代工廠以外，英特爾新任CEO也在前不久針對其芯片制造能力做了一系列的部署，根據(jù)其計劃來看，英特爾將在美國亞利桑那州投資200億美元新建兩座晶圓廠。而從公開的資料中看，他們或都將在美國晶圓廠部署5nm及以下節(jié)點(diǎn)，而這或許也能提高未來美國在芯片制造方面的實力。

另外一方面，受惠于新興市場對成熟工藝的需求，我們看到，那些已經(jīng)放棄了最先進(jìn)節(jié)點(diǎn)開發(fā)的晶圓代工廠們和還擁有芯片制造能力的IDM廠商們又重新成為了業(yè)界關(guān)注的對象，他們同樣也構(gòu)成了當(dāng)今芯片制造能力的一個重要部分。

重資堆出來的芯片制造寵兒

在半導(dǎo)體地位日益高漲的今天，尤其是在芯片產(chǎn)能頻頻出現(xiàn)短缺的情況下，廠商們的芯片制造能力得到了重視。但無論對于晶圓代工廠來說，還是對IDM企業(yè)而言，提高芯片制造能力都將是一筆不小的開支。

根據(jù)分析機(jī)構(gòu)Semico Researc前不久發(fā)布的統(tǒng)計顯示，2020年，半導(dǎo)體資本支出增長9.2％，達(dá)到1，121億美元。這比其在2020年春季的預(yù)測高出141億美元，比2020年秋季的預(yù)測也高出32億美元。報告中還顯示了2020年至2021年的前15名支出者，報告稱，這些公司在2020年占總資本支出的91％，預(yù)計到2021年將保持在總資本支出的91％。

（資料來源：Semico Research Corp.和公司資料）

報告中指出，三星和英特爾目前都選擇不提供指導(dǎo)。因此，Semico根據(jù)我們對設(shè)備和建筑需求的期望，在上表中為兩家公司提供了估算。其中，根據(jù)Semico所估算的臺積電的265億美元支出中，將約有80％將用于先進(jìn)的工藝技術(shù)：3nm，5nm和7nm。其余部分將在封裝/mask制造和專業(yè)技術(shù)之間大致平均分配?？傤~的一小部分將用于在亞利桑那州鳳凰城建造的新工廠。

三星方面，其公司2020年下半年的支出為18.3萬億韓元，比2020年上半年的14.7萬億韓元增長了24％，比2H19的13.8萬億韓元增長了33％ 。在這一年中，該公司的資本支出在2020年增加了46％。Semico預(yù)計，由于正在進(jìn)行中的建設(shè)項目數(shù)量不斷增加，以及繼續(xù)向更先進(jìn)的工藝節(jié)點(diǎn)過渡，三星在2021年的支出水平將相當(dāng)。

報告最后指出：“到2021年，資本支出將增加近150億美元。其中，僅臺積電就可貢獻(xiàn)超過90億美元，但還有許多其他公司正在擴(kuò)大產(chǎn)能并遷移到新的工藝節(jié)點(diǎn)?！睆倪@一點(diǎn)上，便可以芯片制造能力的提高需要重資本的投入。

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