• 亿万先生MR

    06

    2012

    -

    09

    半導體產業的十年巨變（一）

    作者：

    　　摘要；進入新世紀以來半導體業呈現巨大變化，主要歸結為：受全球經濟大環境影響，半導體產業增長趨緩；眾多*IDM廠擁護fablite模式，導致fabless佔比上升，全球代工版圖改變以及產業的兼併重組加劇；由於12英寸矽片的導入與英特爾的兩次工藝與電晶體結構方面革命性的突破，導致摩爾定律又延伸十年以上；隨着3D及TSV封裝技術的推動下,可能成為下一波替代尺寸縮小的利器；未來半導體業除了競爭之外相彑間融合態勢更加*。可以看到在消費電子產品與互聯網的深度融合下，包括如雲計算、物聯網、診治、節能，電子設備提效率高率等方面將進一步推動全球半導體市場到達一個新的高度。
    　　
    　　前言
    　　
    　　回顧2000年至今的半導體業發生了巨大的變化，產業的銷售額從2000年的2000億美元增加到2011年的近3000億美元，統計此階段的年均增長率己從過去的近17％下降到6％左右。
    　　
    　　近十年中從產業的環境出現過一次2001年的互聯網泡沫破裂，導致產業有兩年的調整,通過積聚能量之後直至2004年時再次躍起。此後由於12英寸矽片的導入，產業開始又一輪的產能擴充競賽，直至2008年Q4全球金融危機的爆發。由於金融危機純屬外部因素，半導體的基體仍是相當健康，因此僅用6個季度時間產業又重新開始復甦。加上終端電子產品市場如蘋果的iPhone,iPad等興起,並且來勢十分強勁，導致2010年半導體業進入又一個歷史性的高點，增長達32％。2011年對於全球半導體業似乎有點失望,原本以為在2010年高增長的動能驅使下,產業至少該有10％左右的持續增長，實際上由於產業受全球經濟大環境的影響迅速回調，半導體產業又進入新一輪下降通道,導致2011年僅只有1％的增長，並預測2012年的增長在3％左右。
    　　
    　　業界都認為全球經濟的大環境,包括GDP,消費者信心指數，失業率等將左右未來的半導體業。由此表明兩個方面;一個是半導體自身增長動能不足，另一個是產業日趨成熟。未來半導體業可能再難有兩位數以上的成長。
    　　
    　　 半導體產業模式fablite的新思維
    　　
    　　 全球代工版圖的改變
    　　
    　　 兼併重組是推動產業發展壯大的捷徑
    　　
    　　 英特爾,三星,與台積電加高通三足鼎立
    　　
    　　 感謝英特爾兩次革命性的技術突破
    　　
    　　 尺寸縮小可能走到盡頭14納米是拐點
    　　
    　　 矽片尺寸的過渡
    　　
    　　 3D封裝與TSV較新進展
    　　
    　　 未來半導體業會是什麼樣？
    　　
    　　 附錄；2000年至今在半導體業中發生的重要事例：(統計到2012.07.30)
    　　
    　　半導體產業模式fablite的新思維
    　　
    　　由於半導體業趨於接近摩爾定律的終點(物理極限),如果依今日英特爾等己掌握22-20納米工藝技術看,非常可能未來還剩下14納米，10納米及7納米三個工藝節點。
    　　
    　　匯總一些技術費用數據如下表所示，儘管它僅是一個估算值，將根據不同品種需求呈現差異，但是顯見如此高聳的工藝研發費用已迫使眾多*IDM廠望而卻步，紛紛擁抱代工走fablite道路。理由十分清晰,如在2011年11月EDA供應商CadenceDesignSystems旗下SiliconRealization部門的經驗豐富研發副總裁徐季平(Chi-PingHsu)，簡報了半導體製程從32/28納米工藝節點過渡到22/20納米節點的製程技術研發成本增加幅度；他舉例指出，如果32/28納米節點時所需工藝開發成本是12億美元，來到22/20納米節點，該成本規模將增加至21至30億美元。至於IC晶片設計成本，則會從32納米節點所需的5,000萬至9,000萬美元，在22米節點增加至1.2億至5億美元。徐季平並指出，在32納米節點，晶片銷售量需要達到3,000至4,000萬顆，才能財務打平成本；但到了20納米節點時，該門坎會提高至6,000萬至1億顆。
    　　
    　　英特爾CEO歐德寧在近日回答IC建廠費用時認為要超過50億美元。為了有效運營並帶來收益，需要每年營收80億至100億美元，並保持有合理的利潤率。新工廠的建設數量正越來越少，能建設新工廠的公司也越來越少。
     
     
    　　
    　　來源;從網絡文章中摘出，僅是個估算值，只能作為參考使用
    　　
    　　以上這些因素導致全球*IDM如TI,Renesas,STMicroelectronics,Infineon,Freescale等紛紛擁抱fablite模式。目的十分清楚為了減少投資風險。相對而言，如今全球無論fabless或者代工,它們的增長率均高於IDM。
    　　
    　　如何看待fablite模式,應該理解為僅是目前態勢下的一種有利模式,所以得到眾多IDM廠的青睞。但是由此也不能輕言IDM模式的衰落。因為總體上前兩大IDM，英特爾與三星的佔比在繼續上升，所謂」大者恆大」趨勢也十分*。
    　　
    　　近期由於台積電等在28納米方面矽片的出貨量不足，導致高通,Nvidia等fabless蒙受市場的損失。加上英特爾的MarkBohr揚言」fabless模式將終結」,儘管此類論調有片面性,但是在另一方面要看到fablite模式並非無睱可擊。業界曾傳言未來fabless有可能投資代工，以保證所訂產能的兌現。由此表明fablite模式也在不斷的完善與成長。
    　　
    　　全球代工版圖的改變
    　　
    　　全球代工版圖的劃分目前業界基本認可的是分成兩大陣營,*陣營為滿足先進制程訂單，擁有300mm生產線,及第二陣營為滿足成熟產品市場。目前代工版圖的改變主要集中在*陣營中。
    　　
    　　全球代工業一直由台灣地區的雙雄稱霸,台積電與聯電，約佔全球代工的市場份額70%。其中尤以台積電較為出色。在2009年金融危機時代工教父張忠謀的再次出山，似乎給台積電打了一劑強心針,如今的態勢正如日中天節節向上，穩坐先位。如果把它近三年它的業績作比較,如下表所示;
     
    　　
    　　Source;根據數據匯總2012.Feb.
    　　
    　　分析2011年全球代工排名，如下列一張是全球純代工排名。
     
     
    　　
    　　台積電的優勢在於能提供turnkey完整的一站式服務，包括mask,第三方IP及封裝等,它繼續大幅的投資追趕先進制程工藝,導致毛利率與市佔率上升。近期眾多IDM大廠敢於擁抱代工,而把起首進制程的訂單不得不都下給它。它的成功是經驗的積累與人材濟濟，因此後進者不可能在近期內能夠超過它。截止2011年底台積電的12英寸產能分別fab12為月產12
    　　
    　　萬片;fab14為20萬片及fab15為12萬片,共計月產能12英寸達47萬片，並計劃在2014年再興建fab16。
    　　
    　　然而台積電的擔憂是要維持近50％的毛利率及50％的市場份額有一定的難度，後面有眾多的追趕者,如UMC,GF及Samsung,等,雖然無法超越它，但是能蠶食它的市場份額。
    　　
    　　近期有報道,IBM,Samsung及GF三家公司將組成全球較大的晶片製造聯盟，併合作開發通用技術平台。三家公司對通用技術聯盟都有獨特的貢獻，IBM和GF帶來了90nm技術，三星的加入拓展了65nm和45nm技術。在即將舉辦的論壇上，三家公司將介紹下一代半導體創新技術，比如28nm、20nm和14nm處理器工藝，以及基於14nm的450mm超大晶圓製造技術。顯見它們的目標都是為了對抗台積電在代工中的獨霸天下。
    　　
    　　另一家典型代表是三星,在2010年時它的代工部分銷售額才4.0億美元,進入2011年,在蘋果A4處理器等的驅動下,銷售額大增己達到19.5億美元,擠下中芯*名列全球第四。近期三星放言繼續加大代工的投資，擴充在美奧斯汀廠的產能,並積極參與IBM的邏輯工藝平台,並聲言在2012年代工銷售額要擴大至40億美元，試圖勇奪代工老二的交椅。
    　　
    　　三星的加入，連張忠謀也言可畏，稱它是」一隻重近700磅的大猩猩」。與韓國三星的處事風格有關,」什麼都要爭*，而且有不達目標不罷休的氣概」。雖然三星在邏輯工藝方面有優勢，但是由於蘋果與三星在終端產品方面是競爭關係，業界早就傳言，蘋果會把訂單轉交給台積電，僅是時間早晚的問題。另一方面代工不僅依賴於技術，更多方面在管理及經驗的積累。所以三星在代工中的表現不可能如它的存儲器那樣出色,相信近期三星仍是一家依存儲器為主的製造商。
    　　
    　　再有是GF(globalfoundries)。它有三個方面的優勢,1),口袋深,阿布扎比公司的支持;2),技術上加入IBM為首的邏輯工藝平台,能縮小與台積電之間的差距;3),在德國，紐約與新加坡都有fab。由於美國是全球較大fabless基地，從文化及地域方面與西方的代工廠溝通方便,相比台積電有優勢。因此未來GF超過聯電,成為全球代工第二非常可能。
    　　
    　　目前排名第二的UMC有實力，但是它的業務重要有許多，包括設計,光伏,投資等,顯然它也並不企圖與GF在代工中決一高低。
    　　
    　　近期SK海力士(SKHynix)也積極佈局晶圓代工業務，在SK集團入主後，海力士更確定目標將由單純的存儲器晶片供應商，轉型至多方面半導體晶片供應商，且鎖定「移動通信解決方案」業務，預計在2016年以前此業務會從目前的40%比重提升到70%。
    　　
    　　原先排名第三的中芯*，屬於*陣營,近期傳出在北京市政府支持下將投資70億美元，分期建設兩條月產3.5萬片的12英寸生產線，加上北京原有的月產4.0萬片產能，共計達10萬片以上。充分顯示中芯囯際欲再次奪圍的決心。
    　　
    　　但是要看到競爭對手的投資，那家也不軟，所以未來一定是場惡戰。中芯囯際與北京市地方政府必須有持續投資的準備，同時也要有中芯囯際因為投資大及折舊過重，可能會較長時間內陷入不能實現盈利的局面。相信站在半導體是戰略產業的大局思考中，暫時的虧損不應成為繼續發展的障礙。
    　　
    　　總之，目前全球代工的態勢台積電穩居先位,後面雖有三家強手,三星，格羅方與聯電的努力追趕，各有特點，但是不可能形成合力，所以僅能蠶食它的市場份額與減少它的毛利率。
    　　
    　　兼併重組是推動產業發展壯大的捷徑
    　　
    　　公司由小到大，由弱到強方法也有兩種。一種是依靠自身的積累,逐步發展壯大。這種方法在現階段己幾乎不可能,因為工業變化太快,時間已等不及。另一種方式就是現在盛行的,不斷的通過兼併行為來使企業迅速擴大,而且這一定是目前的主流行為。
    　　
    　　然而越是處於產業的下降周期,工業之間的兼併行為越是加劇,這是現代半導體業的新趨勢。因為在產業的上升周期時,兼併的代價要高得多。
    　　
    　　兼併既然是一種市場行為,必定伴隨着風險,有的通過兼併使公司迅速壯大,公司的競爭力顯著增強。相反,也有企業通過兼併之後，由於水土不服等原因,導致企業反而減弱。
    　　
    　　記得江上舟曾說過,當2009年ATIC兼併新加坡特許半導體時，中國也十分關注,也曾有購併特許半導體的計劃呈上,但是很可惜晚了一步。分析認為目前在中國開展在半導體領域中的*化的兼併尚不夠成熟,主要是市場機制的問題。
    　　
    　　如果回顧2004年時曾發生中芯囯際用2.8億美元股權兼併天津MOS-17,為什麼能夠順利進行，主要原因是當時中芯的運行機制，非國有化及幾乎由張汝京個人作決定。同樣比較ATIC與中國方面都有意兼併特許半導體,但是兩者不能等同,因為ATIC完全是個市場化行為。而相比中國方面要層層報批,而且亿万先生MR的決策過程涉及到*的多個部門,因而非常可能的是說有此需要的人沒有作較後決定的權力,所以決策遲疑是不可避免的。
    　　
    　　另外,可能更大的問題是中國提出購併特許半導體時,涉及高科技領域,有些西方*會因種種理由而出面阻撓。這樣的事例對於中國己不少見。
    　　
    　　較後還有一個消化吸收問題,俗話是水土服不服。之前聯想曾購併IBM計算機部,較終的結果可能是個寫照。所以高科技項目的兼併,可能要與亿万先生MR的工業基礎實力相容,更為關鍵這類市場是全球化的,而且市場是瞬息萬變,無論從人材,市場及文化融合等方面可能尚有許多學習的過程。
    　　
    　　中國半導體業也試圖通過兼併而做大做強,思路肯定是正確的,但由於大多是由政府出面來主導,所以市場化的意識不足及決策過程遲緩是共同的問題。因為關鍵在於兼併的目的和由誰對於兼併負責任不十分明確。
    　　
    　　任何市場行為都存在風險，兼併是一種激烈的市場行為，同樣孕育着巨大的風險，所以必須謹慎與細心行事。
    　　
    　　兼併重組是推進產業做大做強的有效途徑之一，針對目前的現狀提出兩條供參考,首先兼併不可能是心血來潮，要提前作好功課,不斷地搞清楚企業需要的是什麼？利弊在哪裏？尤其是帶來的可能風險是什麼？如何應對策略。第二條是改變決策機制，要能迅速反應。
    　　
    　　英特爾,三星,與台積電加高通三足鼎立
    　　
    　　全球半導體業中大者恆大的趨勢日益加劇，其中英特爾,三星與台積電+高通三足鼎立已形成雛形。
    　　
    　　按市場調研公司ICInsight公佈的2011全球前20大製造商排名中數據，英特爾為496億美元，三星為334億美元及高通為99億美元，和台積電的145億美元(取自Gartner2012Mar)。
    　　
    　　未來的三足將是什麼態勢，目前尚在變化之中，前景尚難預料，但是以下兩個趨勢較為明朗；1），誰也無法獨霸2），決戰在14納米及450mm矽片。
    　　
    　　目前英特爾仍掌控全球處理器晶片，市佔達80％以上，雖有對手AMD，但是基本上處於壟斷地位。但是隨着筆記本電腦被平板電腦侵蝕,及台式機的衰退，唯有它的服務器晶片仍相當強勁，近期雖然英特爾的銷售額仍在上升，但是未來的勢頭一定會減緩。
    　　
    　　近期它推出Atom系列晶片，採用32納米高k金屬柵工藝,明年進入22納米。它試圖在平板，手機晶片市場中爭點實地。相信英特爾財大氣粗，技術上確有優勢，但是與ARM那種授權親民模式相比，它的64-62%毛利率是自身的一大障礙。目前英特爾的賣點是先進工藝製程，先進其它對手至少一代以上。
    　　
    　　因此英特爾的未來可以比喻為」籠中的獅子」，兇猛有餘，但己傷不了它人。
    　　
    　　三星電子是韓國較典型的國有企業。它2010年的營業利潤共29萬1432億韓元。銷售額較2009年增加了11.8%，營業利潤增加了39.1%。在同一時期，集團全體職員人數由2009年20萬7532名增加到了22萬7269名，增加了1萬9737名（9.5%）。
    　　
    　　韓國*日報報道，三星集團的銷售額佔2010年名義國內生產總值（GDP，1172萬8034億韓元）的22.1%，超過了五分之一。佔GDP比重比5年前的2006年（16.8%）增加了5.3個百分點。
    　　
    　　近年來三星在鞏固存儲器先位的前提下,積極擴大邏輯產品SoC及新的代工業務。
    　　
    　　三星積極擴充邏輯產品與代工的產能，在2011年的全球大代工排名中看到顯著的效果。它的代工銷售額由2010年的4.0億美元，迅速擴大到2011年的19.5億美元，超過中芯囯際成為全球第三，預期其2011-2015年的代工年增長率可達30％。
    　　
    　　另外不可小視三星的非存儲器部分的銷售額,據Morganstaley發佈2012Q2的報告，三星的銷售額達38億美元，其中代工部分至多10億美元，也即它的SoC邏輯晶片等銷售額已達28億美元。所以三星在2012全年中它的非存儲器部分銷售額己高達150億美元。
    　　
    　　由於無法再快速降低成本，未來晶圓代工將變成一個成熟產業，因此三星的核心競爭力可能會轉移到SoC等邏輯晶片及其它領域。
    　　
    　　因此綜上所述，三星除了繼續保持在存儲器業中先位之外，隨着爾必達的破產，它尚有機會把市佔率擴大至50％。另外在代工中如果正如它自已的預測，年均增長達30％，那2015年時它的代工銷售額可達55.7億美元，再加上SoC市場的擴充，三星成為半導體中又一顆明星。
    　　
    　　台積電與高通是一對全球較成功的fabless+代工組合，它們分別是全球fabless及代工的先位。未來的態勢會怎麼樣？
    　　
    　　從全球代工的興起，它主要為fabless而生，市佔率達60％。但是由於代工模式的局限性，市場不可能把量大面廣的產品，如CPU，存儲器，包括利潤較高的模擬產品讓代工來生產。因為產品的設計者一是擔心技術外泄，另一個是擔心不能及時拿到產品，影響市場。非常*採用代工模式，很難達到產品可以自控。另一方面，作為象台積電這樣的*代工製造商，也把風險放在先位，一種是擔心產能擴充過快，缺少市場支持,另一種是開發一種新的技術的通用性。任何一種技術的開發需要成本，兩種途徑可能解決，一種是分擔到多個客戶，另一種是自已承擔，這就需要由加工多少矽片來分攤，有個成本因素。因此業界盛傳台積電的工藝技術落後英特爾一代以上，是客觀的，由此也並不表示台積電沒有能力，而是因為英特爾的模式永遠需要起首進的工藝,而台積電需要權衡市場的回報。
    　　
    　　台積電的強項在於代工的管理，人材及配套的IP。目前己作到別致，似乎己碰到天花板的頂層，雖然它還能上升，但是留給它的空間己不多，其中48%的毛利率不可能持續，三星，globalfoundries，甚至英特爾都早己虎視眈眈。目前它的市佔率己達50％，相信未來定會有變數。
    　　
    　　高通也是一家十分良好的fabless，業界認為雖然它的手機晶片市佔率高達45％,但它的成長主要依靠兼併的成功。
    　　
    　　目前手機市場十分火紅，前景看好,但是手機也是一種大宗的民用產品。如今PC產業現在己經淪落為一個成熟的產業，利潤非常低，因此業界擔心未來手機業的前景，會否成為另一個PC。
    　　
    　　近來英特爾揚言fabless己到終點，可能出於自身的利益，有一定的偏見。問題源自高通，Xilinx，Altera等fabless因為台積電的產能不足而拿不到28nm產品，其實這是十分正常的。因為台積電的28nm產能擴充需要時間，更主要台積電也不能冒風險迅速擴大產能，這是IDM與代工在本質上的不同。因此業界傳聞為了共同的利益，未來很可能由fabless與代工合資建廠，然後再分配產能。這樣的模式在英特爾與美光的合資NAND廠IMFlash中己經有過。
    　　
    　　高通的業績正節節上升，有望它的銷售額達到150億美元
    　　
    　　感謝英特爾兩次革命性的技術突破
    　　
    　　摩爾定律激勵半導體業進步，它要求每兩年按尺寸等比縮小70％，前進一個台階，至2011年時己達22納米,發現路線圖一步也沒有偏離，要感謝英特爾為產業立下汗馬功勞。
    　　
    　　按ITRS路線圖，2005年已進入65納米工藝節點，此時二氧化矽的溝道厚度只有2納米，相當於5個矽原子厚度，隨時可能因缺陷等因素髮生漏電流大量上升,而導致器件失效。英特爾於2007年及時的開發出高k金屬柵工藝，相當於把溝道的等值厚度提高。
    　　
    　　摩爾稱這項創新是「20世紀60年代多晶矽柵極MOS電晶體出現以來，電晶體技術的較大變化」。甚至《時代》雜誌認為，英特爾Penryn微處理器是2007年較佳發明之一。把定律至少又延伸十年。
    　　
    　　另一次是2011年的22納米節點3D電晶體結構。據北京《華爾街日報》報道,它公佈的2011年美國「科技創新獎」，英特爾的3-D三柵極電晶體設計獲得半導體類別創新大獎。英特爾的3-D三柵極電晶體結構代表着從2-D平面電晶體結構的根本性轉變。這項革命性成果，其關鍵在於英特爾能夠把全新的3-D三柵極電晶體投入批量生產，開啟了摩爾定律的又一個新時代。與之前的32納米2D平面電晶體相比，22納米3-D三柵極電晶體在低電壓下將性能提高了37%，而全新的電晶體結構只需消耗不到一半的電量。
    　　
    　　（未完待候）