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解读晶圆代工厂2018年的挑战,各大巨头都在预谋啥?

2018-01-04 10:34:48来源: 与非网 关键字:晶圆代工

  预计2018年晶圆代工业务将实现稳定增长,但增长背后存在若干挑战。


  在全球晶圆代工巨头方面,GlobalFoundries、Intel、Samsung和TSMC正在从16nm/14nm向10nm/7nm节点迁移。分析师表示,英特尔已经遇到了一些困难,因为这家芯片巨头从2017年下半年至2018年上半年刚推出了新的10nm制程。此外时间也将会证明其他芯片制造商是否会在10/7nm节点下完成平稳或粗糙的过渡。


  不仅如此,另外几家代工厂也正在抓紧推出22nm工艺,不过目前这种技术的需求前景不算很明朗。重要的是,代工厂商看到了8英寸晶圆的巨大需求,然而2018年,8英寸晶圆的需求依旧很短缺。


  尽管如此,这个行业也没有想象的那么悲观,据SemicoResearch的分析师JoanneItow透露,代工业务预计继续保持稳定增长(2018年将比2017年增长8%)。这与2017年的增长预测完全一致。


  “增长的驱动因素包括人工智能、汽车和传感器,”分析师说:“尽管智能手机销量的增长速度已经放缓,但智能手机的BOM仍然是代工业务中最重要的部分。其中包括传感器、处理器、图像传感器、无线和模拟射频。”


  代工厂也在关注高性能计算、电力电子甚至加密货币的增长。中国市场是最值得关注的,许多代工厂都在扩大或建造新的晶圆厂。


  根据研究公司TrendForce的数据,在全球晶圆代工市场中,台积电继续占主导地位(2017年占有55.9%的份额)。根据该公司的数据,GlobalFoundries排在第二位,联电,三星,中芯,TowerJazz,力晶,先锋,华虹和东部紧随其后。

  

  图1:按收入排名前十的代工厂商(三星,力晶的数据属于预估)。来源:TrendForce


  更多数据


  世界半导体贸易统计公司(WSTS)最近预测,2017年半导体市场将达到4090亿美元,比2016年增长20.6%。收入增长是由于DRAM平均销售价格的上涨。以及对于模拟,闪存和逻辑的强劲需求。


  WSTS预计2018年IC产业市场将达到4370亿美元,比2017年增长7%。根据VLSIResearch的统计,2018年IC总体预计增长7.1%,而2017年为12.8%。


  多年来,IC产业一直围绕着摩尔定律(晶体管密度每18个月翻一番)处于不断变化中。根据这个定律,芯片制造商每18个月就会推出一项新工艺,表面上是为了降低晶体管的成本。


  目前来看,摩尔定律仍然是可行的,不过它正在经历新的发展。每经历一个新的节点,流程成本和复杂性都在急剧上升,因此,一个完全扩展的节点节奏已经从18个月延长到2.5年或更长的时间。此外,更少的代工业务客户能负担起往高级节点跃迁的能力。根据Gartner的数据,一款16nm/14nm芯片的芯片设计成本约为8000万美元,28nm芯片的芯片设计成本为3000万美元。相比之下,设计一个7nm芯片则要花费2.71亿美元。


  和以往一样,手机仍是芯片业的最大市场。根据ICInsights的数据,手机IC销售占IC市场总收入的25%,预计2018年将达到973亿美元,比2017年增长8%。该机构还认为,个人电脑相关芯片是第二大IC市场,预计2018年将增长5%,达到726亿美元。


  其他市场增速更为惊人。例如,汽车IC销售额预计在2018年将增长16%,达到324亿美元;到2018年,与物联网相关的IC销售额将增长16%,达到约168亿美元。


  


  图2:IC领域的市场增长情况(以十亿美元计)。数据来源ICInsights


  “越来越多的客户正在重新定义他们的产品组合,以适应物联网、汽车市场,”UMC美国销售副总裁WalterNg说:“就拿汽车领域来说,信息娱乐、数据安全和先进操作功能的进步,正在增加对MCUs的需求,其集成了嵌入式非易失性存储器、RF元件和MEMS传感器。


  WalterNg还表示:“在物联网领域,我们看到了许多不同类型的设备,但主要关注的焦点似乎是将MCU与多协议通信集成在一起的IC,包括Wi-Fi,蓝牙甚至Zigbee。我们也看到了企业对家庭自动化的巨大兴趣。”


  考虑到这些增长驱动因素,代工厂商必须开发更多不同的工艺来满足客户日益增长的需求。GlobalFoundries首席技术官GaryPatton表示:“一个技术平台能满足从高端IBMz系统(大型机)一直到电池供电的物联网设备,这显然是不切实际的。”


  为了满足这些需求,晶圆厂必须每年增加他们的资本支出和研发支出。但是只有少数的晶圆厂有开发多种技术的资源。规模较小的公司当然也是可行的,不过他们对市场必须更专一。


  除了研发资本的支出,还有一些晶圆代工厂需要面对的挑战:


  经济和政治问题可能影响电子行业。


  低迷的需求和库存问题往往会在第一季度出现,这可能会在随后的季度中持续存在。


  集成电路业务正在进行一波并购活动。整合的结果则是代工厂商的客户群缩减。


  硅片的可用性令人担忧。在多年的供应过剩之后,硅片供应商看到了新的需求。但是,供应商并没有对新工厂进行投资,许多公司已经提高了价格。


  封装测试供应链是晶圆厂的另一个问题。对芯片需求的上升导致了制造能力、各种封装类型甚至一些设备的短缺。


  10nm/7nm,22nm工艺技术的迁移


  到2018年,英特尔预计将增长10纳米投入。此外,GlobalFoundries,三星和台积电将开始出货各自的7nmfinFET工艺产品。三星还宣布了各种半节点产品。


  节点名称很混乱。简而言之,Intel的10nm技术大致相当于其他晶圆厂的7nm节点。


  无论如何,节点迁移是具有挑战性的。例如,一些芯片制造商花费比预期更长的时间从平面节点迁移到16nm/14nm。在16nm/14nm工艺中,许多供应商转向下一代称为FinFET的晶体管类型。在FinFET中,对电流的控制是通过在鳍的三侧面上的栅极来实现的。

  

  图3:FinFET与平面。来源:LamResearch


  一般而言,FinFET解决了短沟道效应和其他缩放问题,但是该技术制造起来更困难且成本更高。


  举个例子:英特尔本应在2017年下半年发布10纳米FinFET工艺,但最近的进度有所下滑。投资银行公司晨星(Morningstar)分析师AbhinavDavuluri在最近的一次采访中表示:“英特尔10nmFinFET工艺看起来像是被推迟到了18年上半年。“这可能是遭遇了一系列的问题。但是,他们解决14纳米工艺问题的时间,在10nm工艺基本上是成倍增加。因为现在你正在做自对齐的四轴模式,而不是双模式。它需要更多的步骤和更好的功能尺寸,显然这两个问题是相互矛盾的。”


  从时间上来看,GlobalFoundries,三星和台积电在7nm将面临类似的问题。Gartner分析师SamuelWang表示:“三家代工厂似乎都在取得良好的进展。”


  SamuelWang预计,在2018年7nm工艺将有一个较大的增长,但在短期内,根本不能与10nm抗衡。预计在2017年,10nm将产生价值50亿美元的业务。相比之下,预计到2018年,7nm的销售额将从25亿美元增至30亿美元。


  那么随着时间的推移,7nm将如何发展呢?“这是一个循序渐进的过程,”GlobalFoundries的Patton说。“有一些客户在更积极地布局到下一个节点。其他人则会缓慢跟进。”


  根据Patton的说法,7nm将会是一个长寿的节点。FinFET将会有很多延伸,有很大的扩展空间。


  台积电表示,7nm节点可能会达到28nm一样的成就。“7nm的最初应用是高端应用处理器和高性能计算。我们预计到2018年底,将会有超过50次流片,“台积电联席首席执行官兼总裁C.C.Wei在最近一次电话会议上表示。


  然而,并非所有的代工厂客户都是世界领先厂商。虽说许多公司正在开发新的芯片,并正在探索迁移到16nm/14nm甚至更远的想法。但是许多公司都停留在28纳米节点以上,因为他们无法承受先进节点的高昂IC设计成本。


  为填补市场空白,GlobalFoundries,英特尔,台积电和联电正在开发一种新的22纳米工艺。22纳米比28纳米更快,芯片开发成本低于16纳米/14纳米。


  然则并不是所有的22nm技术都一样。例如,GlobalFoundries正在准备22纳米FD-SOI技术。台积电和联电正在开发22纳米大容量CMOS工艺。而Intel则采用了新的低功耗22nmFinFET技术。


  从此以后,客户必须权衡各种选项。“这取决于你在什么空间,”GlobalFoundries的Patton说:“如果你专注于高性能,并且正在尝试制造大型芯片,那么你会选择FinFET。如果你期望芯片体积小,而且成本和功耗达到了平衡,那么你就可以沿着FD-SOI路径走下去。


  大容量CMOS工艺也是一种选择,联电正在开发一个22nm制程,用于RF、毫米波和其他应用。“这个工艺能提供性能和成本的最佳组合,”联电的专业技术部门的副总裁RajVerma说。


  尽管如此,在未来许多晶圆厂客户仍将坚持使用28nm。Gartner公司的Wang说:“28纳米级技术提供了速度,功耗和成本的最佳组合,其将继续保持良好的需求,28nm晶圆代工年收入可达100亿美元。”


  那么,22nm会起飞吗?“是的,因为22纳米是28纳米的延伸,”Wang说。“它提供了更好的性能和密度。”


关键字:晶圆代工

编辑:冀凯 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/manufacture/article_2018010421276.html
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