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2021年3奈米製程開發加劇晶圓代工投資競賽

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科技產業資訊室 (iKnow) - May 發表於 2021年1月12日

圖、2021年3奈米製程開發加劇晶圓代工投資競賽
 
3奈米製程開發對台積電和三星電子而言,2021年將進入有史以來最大規模的代工投資競賽,主要集中在EUV等先進技術設備。同時,3奈米生產難度增加,將會對這兩家公司在代工市場競爭更加激烈並形成寡頭壟斷。
 
台積電是晶圓代工第一大廠,2021年資本支出(capex)250億~280億美元(2020年為172億美元),創下歷史新高。三星電子也計畫非記憶體半導體業務的投資將從2020年的6兆增加到2021年的12兆韓元(約109億美元)。
 
由於,晶圓代工市場需求大幅增加而成為投資的主要原因。以5奈米製程擴產、3奈米製程開發、2奈米製程研發為重點,投資將集中於先進製成技術,包括EUV設備。據ASML規劃在2023年中期,推出新一代的High-NA EUV設備原型,預計每台約4.5億美元,價格是當前7奈米EUV設備價格的2到3倍。
 
基於3奈米研發難度提高,致使台積電和三星電子在開發下一代3奈米製程方面面臨的挑戰越來越大。開發難度的上升,可能加劇台積電和三星電子在半導體代工市場的寡頭壟斷。
 
台積電在3奈米製程方面,仍採用FinFET技術,將兩個或兩個以上的電晶體鰭片(transistor fin)集成到一個鰭片中,增加了每個鰭片的驅動電流(drive current),同時也要降低後端寄生電阻(backend parasitic resistance),P通道有很大機會使用鍺元素(Ge)材料。至於,業界人士認為,台積電2021年底的3奈米試產計畫將至少推遲3到4個月,這部分還要觀察。
 
三星電子在3奈米製程方面,計畫從FinFET(14奈米開始使用)轉為採用GAA(gate all around)基礎的多橋通道場效電晶體(multi bridge channel FET,MBCFET)架構。考慮到架構上的巨大變化,加上N/P通道的不平衡和控制間隙(Spacer) /閘極(gate)長度的挑戰,開發上可能會很困難。不過,GAA為客戶提供比FinFET更大的設計自由度,但是,提高良率一直是三星長久的隱憂。


ASIC高度需求帶動半導體代工調漲價格
 
隨著所謂特殊應用晶片(ASIC)需求增加,例如:電子產品和汽車製造商正大量採用圖形處理、資料傳輸、信號轉換和計算系統。還有,5G通信和人工智慧技術的普及,促使ASIC驅動智慧家電、智慧手機和汽車的需求不斷上升。晶圓代工產業在訂單超過產能的情況下,因而投資開發新生產線以應付需求。
 
市場傳出,向台積電和三星電子代工廠下單應用處理器(AP)、圖形處理器(GPUs)和汽車用半導體的企業客戶須等待長達一年時間才能拿到貨。而三星電子表示,今年(2021)一整年的生產線滿載,但由於缺乏8奈米和7奈米以下EUV技術的生產線而無法處理客戶的訂單。
 
晶圓代工生產跟不上市場需求主要原因有兩個。首先,複雜的應用處理器(AP)、圖形處理器(GPUs)和汽車用半導體製造採用的7奈米以下微影機技術,需要使用荷蘭商ASML生產的EUV設備,但ASML每年只能生產40台左右。主要生產8吋晶圓半導體的二線代工廠也出現類似的情形。這些公司主要生產低技術的類比IC和功率半導體,致使8吋晶圓廠代工漲10~20%,甚至延長出貨時間。

電子製造商和汽車製造商擔心可能面臨生產中斷而高度警惕。奧迪(Audi)和福斯集團(Volkswagen Group)計畫今年(2021)第一季在中國和其他國家減產,原因是缺乏汽車用半導體。在日本,由於缺乏藍牙晶片,家電廠商產品推出的時程也延後了約10週。
 
使用30奈米技術生產顯示器驅動IC(Display Driver IC,DDI)、電源管理IC(PMIC)和感測器的第二線代工廠也面臨類似的情況。他們無法擴大使用8吋晶圓的生產線,因為這些設備已經過時,不再生產。這些代工企業供需不平衡的情況更為嚴重。
 
由於供不應求,晶圓代工費用正在飆升。台積電最近取消了對大型企業客戶的3%折扣政策。聯電(UMC)和世界先進(VIS)將服務價格提高了10%以上。
 
代工生態系統上下游的公司,如開發汽車半導體或是半導體後端製成的公司也在提高產品和服務的價格。荷蘭汽車半導體公司恩智浦(NXP)計畫通知各大汽車製造商,提高收費,而半導體封裝公司日月光(ASE)也在2020年第四季將價格提高20%,並考慮在2021年第一季進一步調整價格。同時,韓國企業也在跟進,提高價格。

結語

至於南韓三星與台灣台積電的代工市場競爭,聯博資產管理(BERNSTEIN)認為,主要原因在於三星的技術已經落後台積電,且未來差距至少有三年以上,就算三星可以搶下部分客戶訂單,比重上也低於台積電,因此,台積電的獨霸地位將能延續。(1224字;圖1)
 
 
參考資料:
Semiconductor Industry: Expect Record-high Foundry Investment in 2021. Business Korea, 2021/1/6. 

Foundry Industry Booming. Business Korea, 2021/1/6.


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