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摩尔定律步入极限,先进制程玩家所剩无几

 
根据摩尔定律,集成电路不断向更细微尺寸发展,先进制程是集成电路制造中最为顶尖的若干节点,目前主要为16/14nm及以下节点。先进制程是性能导向型需求的首选,主要应用于个人电脑及服务器CPU、智能手机主芯片、显卡GPU、矿机ASIC、FPGA等领域,市场空间在300亿美元左右。历史上英特尔曾一度是先进制程的主导者,从2015年起代工厂商台积电与三星迅速追赶英特尔。目前尽管节点代号不一,实际三家厂商技术水平并驾齐驱,英特尔10nm与台积电EUV版7nm+、三星7nm晶体管密度同级,预计均将于2019年量产,台积电已量产的非EUV版7nm目前占据先发时间优势。
300亿美元市场空间 IDM与代工平分秋色
半导体整体空间达4122亿美元,逻辑集成电路市场1022亿美元。根据世界半导体贸易统计组织(WSTS),全球半导体销售额2017年为4122亿美元,同比+21.6%,2018上半年为2290亿美元,同比+20.2%。WSTS预计2018年市场规模4771亿美元,同比+16%。集成电路销售额占比83.25%,对应2017年3432亿美元市场,逻辑集成电路占比24.79%,对应1022亿美元市场,同比增速11.7%。
  全球先进制程市场空间约300亿美元,代工市场先进制程市场空间约150亿美元。根据Gartner,全球16nm及以下先进制程2017年占比约11%,对应市场空间约为300亿美元。根据IC Insights资料显示,2017年全球整体晶圆代工销售额为623.1亿美元,其中16/20nm以下先进制程占比24%,对应约150亿美元市场。先进制程IDM市场与代工市场份额平分秋色。
  先进制程玩家所剩无几
先进制程进入IDM与代工两大模式竞争阶段。半导体产业目前有两大商业模式:1)IDM(Integrated Device Manufacture,整合器件制造商)模式同时完成设计、制造、封测和销售四个环节。早期的半导体制造企业为IDM模式,例如英特尔自1968年创立,为IDM模式的代表。IDM优点在于规模经济性以及对内部全流程的掌握和整合优化,产品开发时间短、厂商具备核心技术优势,多适用于大型企业;然而IDM模式长期发展带来的问题是投资规模巨大、沉没成本高,随着制程发展需不断投入新产能,对中小型公司不太适用,因此产生了设计+代工的垂直分工模式。2)垂直分工模式则是无晶圆厂半导体设计公司(Fabless)专注于设计和营销并将生产外包于晶圆代工厂(Foundry),将封装测试分工至封测厂(OutsourcedAssembly and Test,OSAT)。台积电于1987年开创晶圆代工的商业模式,推进制造与设计、封装相分离。随着制程更细微的发展趋势拉动研发、建厂开支急剧增长,推动IDM公司持续扩大委外释单,向Fab-lite(部分IDM+部分委外)、Fabless模式转移,例如英飞凌、恩智浦、意法半导体均较早采用了Fab-lite策略将部分订单转移至台积电。
  英特尔为IDM先进制程传统老大,代工厂商各梯队分化明显。英特尔自PC时代崛起,长期稳居先进制程前沿,目前逻辑芯片IDM厂商英特尔一家独大。代工厂商根据年度销售额来看,台积电在全球晶圆代工厂中一骑绝尘,市占率达55.9%,其余厂商市占率在10%以下。仅从逻辑IC制造最先进节点来看,目前主要分为三大梯队,台积电、Intel(IDM)、三星(IDM/Foundry)为三大一线梯队厂商,格罗方德、联电等紧随其后,我国大陆晶圆代工厂商主要位于第二三线梯队,其中中芯国际作为我国行业标杆,目前位于第二梯队。
先进制程龙头集中,联电、格罗方德相继放弃投资,玩家仅余三家。随着晶体管尺寸不断缩小,集成电路发热和漏电等问题凸显,保持先进的制程以及高良率需要高研发投入和设备投入,龙头集中趋势愈发明显。联电是台湾第二大晶圆代工厂,格罗方德则是2009年AMD晶圆制造部门分拆独立而成的世界第二大纯晶圆代工厂。两家公司均位列全球晶圆制造第二梯队。2018年8月联电宣布放弃12nm以下的先进工艺研发,不再追求成为市场老大,而是专注改善公司的投资回报率。联电未来还会投资研发14nm及改良版的12nm工艺,但不会再大规模投资更先进的7nm及未来的5nm等工艺。2018年8月底,继AMD宣布将7nmCPU代工移至台积电后,格罗方德宣布放弃7nmLP制程研发,将资源回收至12nm及14nm上来。由此目前全球还在研发和生产10/7nm制程的厂商仅剩台积电、三星、英特尔三家。(责编:振鹏)