半导体一周要闻

2021.4.26- 2021.5.6

1. 台积电最新进展：2nm正在开发，3nm和4nm将在明年面世

全球最大的晶圆代工厂，拥有近500个客户，这就是他们的独特之处。一方面，公司几乎可以为提出任何需求的所有客户提供服务；另一方面，就容量和技术而言，他们必须领先于其他任何人；就产能而言，台积电（TSMC）是不接受任何挑战，而且未来几年也不会。台积电今年300亿美元的资本预算中，约有80％将用于扩展先进技术的产能，例如3nm，4nm / 5nm和6nm / 7nm。分析师认为，到今年年底，先进节点上的大部分资金将用于将台积电的N5产能扩大，扩大后的产能将提到至每月110,000〜120,000个晶圆启动（WSPM）。

分析师估计，台积电的N5晶体管密度约为每平方毫米1.7亿个晶体管（MTr / mm 2），如果准确的话，它是当今可用的最密集的技术。相比之下，三星Foundry的5LPE的晶体管密度介乎125 MTR /平方毫米〜130 MTR /平方毫米之间，而Intel的10纳米设有一个约100 MTR /平方毫米的密度。

魏哲家说：“ N4将利用N5的强大基础来进一步扩展我们的5 nm系列。” “ N4是具有兼容设计规则的N5的直接移植，同时为下一波5纳米产品提供了进一步的性能，功率和密度增强。N4风险生产的目标是今年下半年，到2022年实现批量生产。

2022年，全球最大的芯片合同制造商将推出其全新的N3制造工艺，该工艺将继续使用FinFET晶体管，但预计PPA将大幅提升。N3将进一步增加EUV层的数量，但将继续使用DUV光刻技术。而且，由于该技术一直在使用FinFET，因此不需要从头开始重新设计和开发全新IP的新一代电子设计自动化（EDA）工具，这可能会成为基于Samsung Foundry基于GAAFET / MBCFET的3GAE的竞争优势。台积电首席执行官说：“ [N3]风险生产计划在2021年进行。” “目标是在2022年下半年实现量产。引入N3技术将成为PPA和晶体管技术中最先进的铸造技术。[…]我们对我们的[N5]和[N3]充满信心，他们将是台积电的大型持久节点。”

Gate-all-around FETs（GAAFET）仍是台积电发展路线图的一部分。预计该公司在其“后N3”技术（可能是N2）中使用新型晶体管。实际上，该公司处于下一代材料和晶体管结构的探路模式，这些材料和晶体管结构将在未来的许多年中使用。

该公司在最近的年度报告中说：“对于先进的CMOS逻辑，台积电的3nm和2nm CMOS节点正在顺利进行中。” “此外，台积电加强了探索性的研发工作，重点放在2nm以外的节点以及3D晶体管，新存储器和low-R interconnect等领域，这些领域有望为许多技术平台奠定坚实的基础。

至少按台积电董事长刘德音、德国智库Stiftung Neue 4月初，台积电董事长刘德音公开提到，美国和欧洲扩大其半导体晶圆厂产能的计划是“经济上不现实的”，因为这些计划是为了满足其自身需求而进行的，如果整个半导体供应链转移到美国和欧洲，或者如果这些地区计划扩大产能，则将导致大量“非盈利性”企业的产生。

2. 德国智库：欧洲建2nm晶圆厂是徒劳的努力

4月29日报道，欧盟正有意拿出上百亿欧元的补贴，邀请先进芯片制造商赴欧建厂。欧盟内部市场专员蒂埃里•布雷顿（Thierry Breton）将在4月30日与英特尔、台积电高管进行对话，并将与三星的代表会谈。知情人士透露，Breton计划与英特尔谈判的欧洲新厂，规模比欧洲现有最大的晶圆生产基地还要大好几倍。Breton还计划下周见荷兰半导体巨头恩智浦、荷兰芯片制造设备巨头阿斯麦的代表，讨论打造欧洲半导体供应链的可能性。作为“2030年数字指南针”战略的一部分，欧盟委员会的目标是到2030年让欧洲在全球半导体生产市场中的份额达到20％，并拥有能生产先进2nm芯片的晶圆厂。这将需要数百亿欧元的投资。但砸下如此巨额的投资，真能换来大的水花吗？

依赖于“摩尔微缩”的逻辑芯片通常是通过无晶圆厂公司和晶圆厂的协作，这样的劳动分工更具成本收益。如今，无晶圆厂芯片设计公司占全球集成电路销售额的近33%，远高于2000年的9%。美国拥有65%的市场份额，是迄今最大的无晶圆厂公司聚集地。由于无晶圆厂公司可以完全专注于芯片设计，他们拥有半导体行业中最高的研发利润率，通常是20-30%甚至更高。 

3. 苹果M2芯片曝光双芯封装三季度开始量产

苹果第一颗双芯封装的 CPU （姑且称为M2 dual，采用2颗M2 SIP，其中一颗旋转180度）将会在今年三季度开始量产。据爆料人介绍，M2芯片的性能会更强劲，而且最强版本会在苹果自家台式机Mac Pro上首发。

M1之后，大家对M2的关注度日益提升，日经亚洲评论此前曾报道士称，M2已于本月已进入量产阶段，最早可能于7月开始出货，计划用于下半年上市的MacBook，以及其他Mac和苹果设备。报道同时透露，M2芯片由台积电生产，采用了最新的5-nanometer plus（N5P）制程工艺。

4. 韩国政府参与美国主导的半导体供应链重组

据东亚日报报道，韩国政府已向拜登政府表明立场，将参与美国总统拜登强调的“美国主导的半导体全球供应链重组”。因此，韩美确定在当地时间21日召开的文在寅总统和拜登总统的首次首脑会谈中，韩美半导体合作将成为主要议题。拜登总统1月就任，在白宫与文在寅总统直接会面，这是世界首脑中继日本首相菅义伟之后的第二人。

韩国政府相关人士30日表示：“已向拜登政府表明立场，将参与美国关于应该拥有半导体和汽车用电池等核心技术、生产自身供应网的构想。”据悉，政府认为，如果在美中技术霸权竞争中不能参与由美国主导的半导体供应网，国内半导体产业将遭受打击。

5. 美国半导体公司对中国市场依赖有多大

据美国半导体行业协会（SIA）统计，2020年全球半导体产业销售额为4390亿美元，与2019年的4123亿美元相比增长了6.5%。其中，美国半导体公司的销售额约为2080亿美元，占全球销售额的47%。同时2020年美国芯片市场销售额增长了19.8%达到941.5亿美元。芯思想研究院（ChipInsights）对美国15家主要芯片公司营收进行了梳理和分析，现将有关情况整理如下。 

美国15家主要芯片公司2020年整体营收为2187亿美元，较2019年2057亿美元增加了130亿元，增幅6.3%。15家公司中，有8家营收实现正增长，其中英伟达（nVIDIA）增长53%，AMD增长45%，其他6家增幅在10%以内；有7家营收出现下滑，美光（Micron）下滑最大，为-8.4%。

6. 为何台积电难过水关？

在90nm工艺节点制程下，只需要90次左右的清洗步骤就可以达到较好的良率。但是在下一代65nm工艺节点时，清洗步骤增加到140步左右。而到22nm/20n节点，清洗步骤增加到210次左右。如此多次频繁的清洗，具体用水量如何？数据显示，在产能在4万片每月的200mm晶圆厂中，一天用水量约为8000到10000 吨，其中70%是用来生成超纯水。但是到16nm，7nm工艺，同样产能为4万片的12英寸晶圆厂，每天用水量大概是20000吨。按照IC Insight数据，如果全球晶圆厂产能增加量按照200mm等效晶圆计算，全球晶圆产能在2020年至2022年三年增加量分别为1790万片，2080万片和 1440万片，按照这个数字计算，用水量将是无比巨大的！

据悉，台积电每年需消耗约160亿吨淡水，目前台积电已经实现了86%的废水回收利用率，平均每升水可重复利用3-4次，但仍然消耗巨大。对于半导体制造厂商来说，每天的用水量巨大，如果供水出现问题，恐影响生产。为了减少用水量同时也为了缓解缺水危机，中国台湾也同步采取了多项措施。一是相关部门要求产业界提出节水计划，台积电被要求将用水量减少7%以上。台积电发言人还表示，“台当局”将拨款170亿元新台币（约合39亿元人民币），在2026年之前建造11座水回收厂。据了解，台积电全台厂区日用水量达15.89万吨，若全以水车载水，每天要达近8000车次。另外，最新的消息称台积电正在建设一座能够处理工业用水的工厂，以便将水可以再利用，用于制造半导体。

7. Fabless占据2020年33%市场份额，创历史新高

市调机构 IC Insights在《The McClean Report 2021》4月更新中描述了Fabless（无晶圆厂）厂商与IDM（集成设备制造商）厂商的销售增长率在历史上有很大不同（图1）。通常，Fabless 厂商所记录的销售增长率要高于IDM所显示的增长率。实际上，有史以来第一年IDM厂商IC销售增长过Fabless 。上一次出现这种情况是2010年，当时IDM IC销售量增长35％，Fabless 厂商销售额增长29％。

8. 芯海科技庞功会：如何在芯片缺货状态下从国产替代中胜出

国产替代的机会有哪些？庞功会把国产替代的机会分成了三大类：市场大、应用清晰、门槛高的A类 ；市场多样化、应用差异化、有一定门槛的B类；市场大、应用清晰、门槛低的C类。

A类主要有PC CPU、GPU、手机SOC、FPGA、服务器芯片，DDR、NAND Flash，高速ADC、手机射频、高速PHY、Switch等，市场对技术能力和资金要求较高。C类主要包含消费电子数字芯片（CPU、8位/32位MCU），中低端蓝牙音频芯片、BLE、IoT Wi-Fi，消费电源芯片（DC-DC、AC-DC、LDO），LED Driver，低精度运放等，市场国产芯片竞争激烈。

庞功会重点阐述了在B类市场的挑战与机会。B类市场主要包含高性能蓝牙音频、超低功耗蓝牙，汽车电子MCU、汽车MPU、低功耗MCU，高速Wi-Fi、通用PHY、Switch，马达驱动芯片，高精度运放、调理芯片，高精度ADC，工业、手机电源芯片（AC-DC、DC-DC、Charge Pump）等。在B类市场中，目前存在品质供应链、产品开发交付延迟、产品定义不够准确、市场应用多元化、系统应用复杂、客户需求难以把握的挑战。

9. 吴汉明：本土可控的55nm芯片制造比完全进口的7nm更有意义

在中国工程院主办的“中国工程院信息与电子工程前沿论坛”上，中国工程院院士吴汉明对光刻机、产业链国产化等关键问题进行了分析。整个产业链环节，重点的三大“卡脖子”制造环节包括了工艺、装备/材料、设计IP核/EDA。他表示，在半导体材料方面，我国光刻胶、掩膜版、大硅片产品几乎都要依赖进口；在装备领域，世界舞台上看不到中国装备的身影。吴汉明强调，自主可控固然重要，但也要认识到集成电路产业是全球性的产业。以EUV光刻机为例，涉及到十多万零部件，需要5000多供应商支撑，其中32%在荷兰和英国，27%供应商在美国，14%在德国，27%在日本，这就体现了全球化技术协作的结果。在其中，“我们有哪些环节拿得住的？是我国研发和产业发展的核心点。”

他援引数据称，10纳米节点以下先进产能占17%，83%市场在10纳米以上节点，创新空间巨大。在先进制程研发不占优势的情况下，我国可以运用成熟的工艺，把芯片的性能提升。也正是因此他提出一个观点：本土可控的55nm芯片制造，比完全进口的7nm更有意义。

10. 晶圆制造产能吃紧，众厂商急吼吼扩产

2020年和2021年晶圆制造产能相当吃紧，在产能为王的时期，IDM运营的公司具有相当的产能保证，可以有很大的腾挪空间。IDM手握充裕的产能，将是打击竞争对手的大杀器。芯思想研究院为您梳理了全球19家公司30个新增或扩产项目的情况，不包括存储扩产项目。

11. 全球封测市场地区分布

12. ASML 与Nikon 近10年浸润式光刻机销售量比较

13. 尹志尧公开发声：中国造芯之路毁于人才，美国顶尖人才均是中国人

我们不难发现，虽然中国目前已经在尽最大的努力去研发芯片了，但仍然无法打造出完整的一条产业链，部分技术虽然已经达到全球顶尖状态了，但国内没有能匹配得上的同等工艺，导致了尖端技术的价值被无限缩小，而华为的麒麟芯片就是一个很好的例子。

14. 台积电宣布采用AMD EPYC芯片负责其关键生产线控制

台积电与AMD的合作更进了一步，日期台积电已经宣布，开始使用基于AMD EPYC霄龙处理器的x86服务器，来负责其生产线的关键任务控制操作。台积电负责人士表示，为了提升自动化率，任何机器都要配备x86服务器来控制操作速度、耗电、用气、给水等。台积电方面介绍，生产机器非常昂贵，可能要花费数十亿美元，但控制它们的服务器便宜得多。我需要确保很高的有效性，即万一一个机架坏了，另一个机架可以迅速顶上来。当前一个标准构建块可以生成大约1000个虚拟机，这些虚拟机可以控制我们洁净室中的1000个fab工具。

15. 美国卡位中国28nm以下先进工艺？

对于遏制中国半导体崛起这一目标，美国前后两任政府表现得空前一致。“台积电现在重新决定在南京扩建28nm产线，实际上也是考虑到了美国政策的影响。从中我们也可以看出，美国对中国先进工艺的容忍上限可能就是28nm。”28nm对大多数芯片而言都具备较好的性价比，这也意味着28nm拥有巨量市场和空间。根据《2019集成电路行业研究报告》，28nm及以下工艺的先进工艺占据了48%的市场份额，而成熟工艺则占据了52%的市场份额。而国内的产能稀缺并不是仅仅是16/14nm，7nm，5nm，还包括28nm。知名大V“宁南山”分析指出，中芯国际+华力微的28nm产值全球占比不过4%左右，另外厦门联芯（台联电旗下公司）也有28nm产线。总的来说，全球28nm代工产能大部分在中国台湾地区，这里面存在严重的大陆本土供给和大陆本土需求不匹配。

通过梳理近年来美国对中国半导体的政策，王进分析：“回过头来看，美国对中国其实是有种一步步‘温水煮青蛙’的试探。在禁运其中一家企业之后，发现中国没有动静，就继续禁运下一家。美国不会一下子完全打压死中国，他会选择性给予一定的‘空子’，按照美国的打法，肯定是走一步看一步，如果一条路堵不死中国，我相信它还会有新的政策出来。”

结语：来自美国的压力源源不绝，无论从哪个角度来看，中国半导体产业都该抛弃幻想，认真“应战”了。

16. 日经：全球半导体供应链风险极高，八成依赖亚洲

据日经新闻报导，亚洲的半导体出口量目前已占全球80%；半导体生产基地过于集中、半导体厂大型化等因素，让半导体供应链的风险难以消除，也促使一些国家开始推动让半导体生产回归国内。

第一个因素是生产基地集中。另一个风险因素，是半导体厂的大型化；中国台湾、韩国的单一半导体厂产能，目前是2009年的约两倍，日本则是约1.4倍。以上种种让业界普遍对半导体供给风险的疑虑日益升高，一些国家在设法降低对进口的依赖；英特尔CEO基辛格表示：“最先进半导体的生产偏重于东亚，必须加以平衡。”英特尔计划在美国亚利桑那州兴建新厂，是美国让半导体生产回归的迹象。此外，欧洲也准备提高在新一代半导体领域的市占率，日本则打算在国内建立先进半导体厂。中国大陆也计划提高半导体自给率。

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