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半导体产业的十年巨变(一)

半导体产业的十年巨变(一)

  • 分类:行业资讯
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  • 来源:
  • 发布时间:2012-09-06 17:34
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【概要描述】

半导体产业的十年巨变(一)

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  • 分类:行业资讯
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  摘要;进入新世纪以来半导体业呈现巨大变化,主要归结为:受全球经济大环境影响,半导体产业增长趋缓;众多*IDM厂拥护fablite模式,导致fabless占比上升,全球代工版图改变以及产业的兼并重组加剧;由于12英寸硅片的导入与英特尔的两次工艺与晶体管结构方面革命性的突破,导致摩尔定律又延伸十年以上;随着3D及TSV封装技术的推动下,可能成为下一波替代尺寸缩小的利器;未来半导体业除了竞争之外相彑间融合态势更加*。可以看到在消费电子产品与互联网的深度融合下,包括如云计算、物联网、诊治、节能,电子设备提效率高率等方面将进一步推动全球半导体市场到达一个新的高度。
  
  前言
  
  回顾2000年至今的半导体业发生了巨大的变化,产业的销售额从2000年的2000亿美元增加到2011年的近3000亿美元,统计此阶段的年均增长率己从过去的近17%下降到6%左右。
  
  近十年中从产业的环境出现过一次2001年的互联网泡沫破裂,导致产业有两年的调整,通过积聚能量之后直至2004年时再次跃起。此后由于12英寸硅片的导入,产业开始又一轮的产能扩充竞赛,直至2008年Q4全球金融危机的爆发。由于金融危机純属外部因素,半导体的基体仍是相当健康,因此仅用6个季度时间产业又重新开始复苏。加上终端电子产品市场如苹果的iPhone,iPad等兴起,并且来势十分强劲,导致2010年半导体业进入又一个历史性的高点,增长达32%。2011年对于全球半导体业似乎有点失望,原本以为在2010年高增长的动能驱使下,产业至少该有10%左右的持续增长,实际上由于产业受全球经济大环境的影响迅速回调,半导体产业又进入新一轮下降通道,导致2011年仅只有1%的增长,并预测2012年的增长在3%左右。
  
  业界都认为全球经济的大环境,包括GDP,消费者信心指数,失业率等将左右未来的半导体业。由此表明两个方面;一个是半导体自身增长动能不足,另一个是产业日趋成熟。未来半导体业可能再难有两位数以上的成长。
  
   半导体产业模式fablite的新思维
  
   全球代工版图的改变
  
   兼并重组是推动产业发展壮大的捷径
  
   英特尔,三星,与台积电加高通三足鼎立
  
   感谢英特尔两次革命性的技术突破
  
   尺寸缩小可能走到尽头14纳米是拐点
  
   硅片尺寸的过渡
  
   3D封装与TSV较新进展
  
   未来半导体业会是什么样?
  
   附录;2000年至今在半导体业中发生的重要事例:(统计到2012.07.30)
  
  半导体产业模式fablite的新思维
  
  由于半导体业趋于接近摩尔定律的终点(物理极限),如果依今日英特尔等己掌握22-20纳米工艺技术看,非常可能未来还剩下14纳米,10纳米及7纳米三个工艺节点。
  
  汇总一些技术费用数据如下表所示,尽管它仅是一个估算值,将根据不同品种需求呈现差异,但是显见如此高耸的工艺研发费用已迫使众多*IDM厂望而却步,纷纷拥抱代工走fablite道路。理由十分清晰,如在2011年11月EDA供应商CadenceDesignSystems旗下SiliconRealization部门的经验丰富研发副总裁徐季平(Chi-PingHsu),简报了半导体制程从32/28纳米工艺节点过渡到22/20纳米节点的制程技术研发成本增加幅度;他举例指出,如果32/28纳米节点时所需工艺开发成本是12亿美元,来到22/20纳米节点,该成本规模将增加至21至30亿美元。至于IC芯片设计成本,则会从32纳米节点所需的5,000万至9,000万美元,在22米节点增加至1.2亿至5亿美元。徐季平并指出,在32纳米节点,芯片销售量需要达到3,000至4,000万颗,才能财务打平成本;但到了20纳米节点时,该门坎会提高至6,000万至1亿颗。
  
  英特尔CEO欧德宁在近日回答IC建厂费用时认为要超过50亿美元。为了有效运营并带来收益,需要每年营收80亿至100亿美元,并保持有合理的利润率。新工厂的建设数量正越来越少,能建设新工厂的公司也越来越少。
 
 
  
  来源;从网络文章中摘出,仅是个估算值,只能作为参考使用
  
  以上这些因素导致全球*IDM如TI,Renesas,STMicroelectronics,Infineon,Freescale等纷纷拥抱fablite模式。目的十分清楚为了减少投资风险。相对而言,如今全球无论fabless或者代工,它们的增长率均高于IDM。
  
  如何看待fablite模式,应该理解为仅是目前态势下的一种有利模式,所以得到众多IDM厂的青睐。但是由此也不能轻言IDM模式的衰落。因为总体上前两大IDM,英特尔与三星的占比在继续上升,所谓”大者恒大”趋势也十分*。
  
  近期由于台积电等在28纳米方面硅片的出货量不足,导致高通,Nvidia等fabless蒙受市场的损失。加上英特尔的MarkBohr扬言”fabless模式将终结”,尽管此类论调有片面性,但是在另一方面要看到fablite模式并非无睱可击。业界曾传言未来fabless有可能投资代工,以保证所订产能的兑现。由此表明fablite模式也在不断的完善与成长。
  
  全球代工版图的改变
  
  全球代工版图的划分目前业界基本认可的是分成两大阵营,*阵营为满足先进制程订单,拥有300mm生产线,及第二阵营为满足成熟产品市场。目前代工版图的改变主要集中在*阵营中。
  
  全球代工业一直由台湾地区的双雄称霸,台积电与联电,约占全球代工的市场份额70%。其中尤以台积电较为出色。在2009年金融危机时代工教父张忠谋的再次出山,似乎给台积电打了一剂强心针,如今的态势正如日中天节节向上,稳坐先位。如果把它近三年它的业绩作比较,如下表所示;
 
  
  Source;根据数据汇总2012.Feb.
  
  分析2011年全球代工排名,如下列一张是全球純代工排名。
 
 
  
  台积电的优势在于能提供turnkey完整的一站式服务,包括mask,第三方IP及封装等,它继续大幅的投资追赶先进制程工艺,导致毛利率与市占率上升。近期众多IDM大厂敢于拥抱代工,而把起首进制程的订单不得不都下给它。它的成功是经验的积累与人材济济,因此后进者不可能在近期内能够超过它。截止2011年底台积电的12英寸产能分别fab12为月产12
  
  万片;fab14为20万片及fab15为12万片,共计月产能12英寸达47万片,并计划在2014年再兴建fab16。
  
  然而台积电的担忧是要维持近50%的毛利率及50%的市场份额有一定的难度,后面有众多的追赶者,如UMC,GF及Samsung,等,虽然无法超越它,但是能蚕食它的市场份额。
  
  近期有报道,IBM,Samsung及GF三家公司将组成全球较大的芯片制造联盟,并合作开发通用技术平台。三家公司对通用技术联盟都有独特的贡献,IBM和GF带来了90nm技术,三星的加入拓展了65nm和45nm技术。在即将举办的论坛上,三家公司将介绍下一代半导体创新技术,比如28nm、20nm和14nm处理器工艺,以及基于14nm的450mm超大晶圆制造技术。显见它们的目标都是为了对抗台积电在代工中的独霸天下。
  
  另一家典型代表是三星,在2010年时它的代工部分销售额才4.0亿美元,进入2011年,在苹果A4处理器等的驱动下,销售额大增己达到19.5亿美元,挤下中芯*名列全球第四。近期三星放言继续加大代工的投资,扩充在美奥斯汀厂的产能,并积极参与IBM的逻辑工艺平台,并声言在2012年代工销售额要扩大至40亿美元,试图勇夺代工老二的交椅。
  
  三星的加入,连张忠谋也言可畏,称它是”一只重近700磅的大猩猩”。与韩国三星的处事风格有关,”什么都要争*,而且有不达目标不罢休的气概”。虽然三星在逻辑工艺方面有优势,但是由于苹果与三星在终端产品方面是竞争关系,业界早就传言,苹果会把订单转交给台积电,仅是时间早晚的问题。另一方面代工不仅依赖于技术,更多方面在管理及经验的积累。所以三星在代工中的表现不可能如它的存储器那样出色,相信近期三星仍是一家依存储器为主的制造商。
  
  再有是GF(globalfoundries)。它有三个方面的优势,1),口袋深,阿布扎比公司的支持;2),技术上加入IBM为首的逻辑工艺平台,能缩小与台积电之间的差距;3),在德国,纽约与新加坡都有fab。由于美国是全球较大fabless基地,从文化及地域方面与西方的代工厂沟通方便,相比台积电有优势。因此未来GF超过联电,成为全球代工第二非常可能。
  
  目前排名第二的UMC有实力,但是它的业务重要有许多,包括设计,光伏,投资等,显然它也并不企图与GF在代工中决一高低。
  
  近期SK海力士(SKHynix)也积极布局晶圆代工业务,在SK集团入主后,海力士更确定目标将由单纯的存储器芯片供应商,转型至多方面半导体芯片供应商,且锁定「移动通信解决方案」业务,预计在2016年以前此业务会从目前的40%比重提升到70%。
  
  原先排名第三的中芯*,属于*阵营,近期传出在北京市政府支持下将投资70亿美元,分期建设两条月产3.5万片的12英寸生产线,加上北京原有的月产4.0万片产能,共计达10万片以上。充分显示中芯囯际欲再次夺围的决心。
  
  但是要看到竞争对手的投资,那家也不软,所以未来一定是场恶战。中芯囯际与北京市地方政府必须有持续投资的准备,同时也要有中芯囯际因为投资大及折旧过重,可能会较长时间内陷入不能实现盈利的局面。相信站在半导体是战略产业的大局思考中,暂时的亏损不应成为继续发展的障碍。
  
  总之,目前全球代工的态势台积电稳居先位,后面虽有三家强手,三星,格罗方与联电的努力追赶,各有特点,但是不可能形成合力,所以仅能蚕食它的市场份额与减少它的毛利率。
  
  兼并重组是推动产业发展壮大的捷径
  
  公司由小到大,由弱到强方法也有两种。一种是依靠自身的积累,逐步发展壮大。这种方法在现阶段己几乎不可能,因为工业变化太快,时间已等不及。另一种方式就是现在盛行的,不断的通过兼并行为来使企业迅速扩大,而且这一定是目前的主流行为。
  
  然而越是处于产业的下降周期,工业之间的兼并行为越是加剧,这是现代半导体业的新趋势。因为在产业的上升周期时,兼并的代价要高得多。
  
  兼并既然是一种市场行为,必定伴随着风险,有的通过兼并使公司迅速壮大,公司的竞争力显著增强。相反,也有企业通过兼并之后,由于水土不服等原因,导致企业反而减弱。
  
  记得江上舟曾说过,当2009年ATIC兼并新加坡特许半导体时,中国也十分关注,也曾有购并特许半导体的计划呈上,但是很可惜晚了一步。分析认为目前在中国开展在半导体领域中的*化的兼并尚不够成熟,主要是市场机制的问题。
  
  如果回顾2004年时曾发生中芯囯际用2.8亿美元股权兼并天津MOS-17,为什么能够顺利进行,主要原因是当时中芯的运行机制,非国有化及几乎由张汝京个人作决定。同样比较ATIC与中国方面都有意兼并特许半导体,但是两者不能等同,因为ATIC完全是个市场化行为。而相比中国方面要层层报批,而且我们的决策过程涉及到*的多个部门,因而非常可能的是说有此需要的人没有作较后决定的权力,所以决策迟疑是不可避免的。
  
  另外,可能更大的问题是中国提出购并特许半导体时,涉及高科技领域,有些西方*会因种种理由而出面阻挠。这样的事例对于中国己不少见。
  
  较后还有一个消化吸收问题,俗话是水土服不服。之前联想曾购并IBM计算机部,较终的结果可能是个写照。所以高科技项目的兼并,可能要与我们的工业基础实力相容,更为关键这类市场是全球化的,而且市场是瞬息万变,无论从人材,市场及文化融合等方面可能尚有许多学习的过程。
  
  中国半导体业也试图通过兼并而做大做强,思路肯定是正确的,但由于大多是由政府出面来主导,所以市场化的意识不足及决策过程迟缓是共同的问题。因为关键在于兼并的目的和由谁对于兼并负责任不十分明确。
  
  任何市场行为都存在风险,兼并是一种激烈的市场行为,同样孕育着巨大的风险,所以必须谨慎与细心行事。
  
  兼并重组是推进产业做大做强的有效途径之一,针对目前的现状提出两条供参考,首先兼并不可能是心血来潮,要提前作好功课,不断地搞清楚企业需要的是什么?利弊在哪里?尤其是带来的可能风险是什么?如何应对策略。第二条是改变决策机制,要能迅速反应。
  
  英特尔,三星,与台积电加高通三足鼎立
  
  全球半导体业中大者恒大的趋势日益加剧,其中英特尔,三星与台积电+高通三足鼎立已形成雏形。
  
  按市场调研公司ICInsight公布的2011全球前20大制造商排名中数据,英特尔为496亿美元,三星为334亿美元及高通为99亿美元,和台积电的145亿美元(取自Gartner2012Mar)。
  
  未来的三足将是什么态势,目前尚在变化之中,前景尚难预料,但是以下两个趋势较为明朗;1),谁也无法独霸2),决战在14纳米及450mm硅片。
  
  目前英特尔仍掌控全球处理器芯片,市占达80%以上,虽有对手AMD,但是基本上处于垄断地位。但是随着笔记本电脑被平板电脑侵蚀,及台式机的衰退,唯有它的服务器芯片仍相当强劲,近期虽然英特尔的销售额仍在上升,但是未来的势头一定会减缓。
  
  近期它推出Atom系列芯片,采用32纳米高k金属栅工艺,明年进入22纳米。它试图在平板,手机芯片市场中争点实地。相信英特尔财大气粗,技术上确有优势,但是与ARM那种授权亲民模式相比,它的64-62%毛利率是自身的一大障碍。目前英特尔的卖点是先进工艺制程,先进其它对手至少一代以上。
  
  因此英特尔的未来可以比喻为”笼中的狮子”,凶猛有余,但己伤不了它人。
  
  三星电子是韩国较典型的国有企业。它2010年的营业利润共29万1432亿韩元。销售额较2009年增加了11.8%,营业利润增加了39.1%。在同一时期,集团全体职员人数由2009年20万7532名增加到了22万7269名,增加了1万9737名(9.5%)。
  
  韩国*日报报道,三星集团的销售额占2010年名义国内生产总值(GDP,1172万8034亿韩元)的22.1%,超过了五分之一。占GDP比重比5年前的2006年(16.8%)增加了5.3个百分点。
  
  近年来三星在巩固存储器先位的前提下,积极扩大逻辑产品SoC及新的代工业务。
  
  三星积极扩充逻辑产品与代工的产能,在2011年的全球大代工排名中看到显著的效果。它的代工销售额由2010年的4.0亿美元,迅速扩大到2011年的19.5亿美元,超过中芯囯际成为全球第三,预期其2011-2015年的代工年增长率可达30%。
  
  另外不可小视三星的非存储器部分的销售额,据Morganstaley发布2012Q2的报告,三星的销售额达38亿美元,其中代工部分至多10亿美元,也即它的SoC逻辑芯片等销售额已达28亿美元。所以三星在2012全年中它的非存储器部分销售额己高达150亿美元。
  
  由于无法再快速降低成本,未来晶圆代工将变成一个成熟产业,因此三星的核心竞争力可能会转移到SoC等逻辑芯片及其它领域。
  
  因此综上所述,三星除了继续保持在存储器业中先位之外,随着尔必达的破产,它尚有机会把市占率扩大至50%。另外在代工中如果正如它自已的预测,年均增长达30%,那2015年时它的代工销售额可达55.7亿美元,再加上SoC市场的扩充,三星成为半导体中又一颗明星。
  
  台积电与高通是一对全球较成功的fabless+代工组合,它们分别是全球fabless及代工的先位。未来的态势会怎么样?
  
  从全球代工的兴起,它主要为fabless而生,市占率达60%。但是由于代工模式的局限性,市场不可能把量大面广的产品,如CPU,存储器,包括利润较高的模拟产品让代工来生产。因为产品的设计者一是担心技术外泄,另一个是担心不能及时拿到产品,影响市场。非常*采用代工模式,很难达到产品可以自控。另一方面,作为象台积电这样的*代工制造商,也把风险放在先位,一种是担心产能扩充过快,缺少市场支持,另一种是开发一种新的技术的通用性。任何一种技术的开发需要成本,两种途径可能解决,一种是分担到多个客户,另一种是自已承担,这就需要由加工多少硅片来分摊,有个成本因素。因此业界盛传台积电的工艺技术落后英特尔一代以上,是客观的,由此也并不表示台积电没有能力,而是因为英特尔的模式永远需要起首进的工艺,而台积电需要权衡市场的回报。
  
  台积电的强项在于代工的管理,人材及配套的IP。目前己作到别致,似乎己碰到天花板的顶层,虽然它还能上升,但是留给它的空间己不多,其中48%的毛利率不可能持续,三星,globalfoundries,甚至英特尔都早己虎视眈眈。目前它的市占率己达50%,相信未来定会有变数。
  
  高通也是一家十分良好的fabless,业界认为虽然它的手机芯片市占率高达45%,但它的成长主要依靠兼并的成功。
  
  目前手机市场十分火红,前景看好,但是手机也是一种大宗的民用产品。如今PC产业现在己经沦落为一个成熟的产业,利润非常低,因此业界担心未来手机业的前景,会否成为另一个PC。
  
  近来英特尔扬言fabless己到终点,可能出于自身的利益,有一定的偏见。问题源自高通,Xilinx,Altera等fabless因为台积电的产能不足而拿不到28nm产品,其实这是十分正常的。因为台积电的28nm产能扩充需要时间,更主要台积电也不能冒风险迅速扩大产能,这是IDM与代工在本质上的不同。因此业界传闻为了共同的利益,未来很可能由fabless与代工合资建厂,然后再分配产能。这样的模式在英特尔与美光的合资NAND厂IMFlash中己经有过。
  
  高通的业绩正节节上升,有望它的销售额达到150亿美元
  
  感谢英特尔两次革命性的技术突破
  
  摩尔定律激励半导体业进步,它要求每两年按尺寸等比缩小70%,前进一个台阶,至2011年时己达22纳米,发现路线图一步也没有偏离,要感谢英特尔为产业立下汗马功劳。
  
  按ITRS路线图,2005年已进入65纳米工艺节点,此时二氧化硅的沟道厚度只有2纳米,相当于5个硅原子厚度,随时可能因缺陷等因素发生漏电流大量上升,而导致器件失效。英特尔于2007年及时的开发出高k金属栅工艺,相当于把沟道的等值厚度提高。
  
  摩尔称这项创新是“20世纪60年代多晶硅栅极MOS晶体管出现以来,晶体管技术的较大变化”。甚至《时代》杂志认为,英特尔Penryn微处理器是2007年较佳发明之一。把定律至少又延伸十年。
  
  另一次是2011年的22纳米节点3D晶体管结构。据北京《华尔街日报》报道,它公布的2011年美国“科技创新奖”,英特尔的3-D三栅极晶体管设计获得半导体类别创新大奖。英特尔的3-D三栅极晶体管结构代表着从2-D平面晶体管结构的根本性转变。这项革命性成果,其关键在于英特尔能够把全新的3-D三栅极晶体管投入批量生产,开启了摩尔定律的又一个新时代。与之前的32纳米2D平面晶体管相比,22纳米3-D三栅极晶体管在低电压下将性能提高了37%,而全新的晶体管结构只需消耗不到一半的电量。
  
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