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來源：全球半導體觀察 2023年，大陸晶圓代工格局發生了一些變化。8月7日華虹公司正式科創板上市，加上前兩年回A的中芯國際以及5月過會的晶合集成，大陸三大晶圓代工巨頭齊聚科創板。此外，與中芯國際密切相關的中芯集成也以未盈利形式上市科創板。總體來看，大陸晶圓代工實力正不斷增強。 據TrendForce集邦咨詢最新研究顯示，今年由于總體經濟形勢與庫存問題持續，同時車用、工控在短料獲得滿足后庫存逐漸堆積，導致需求放緩，Fabless及其他IDM等庫存去化遭嚴重抑制，加上IDM廠自有新廠產能開出，收斂委外訂單，進而再次向晶圓代工廠加大砍單力道。2024年在經濟環境不佳的預期下，整體晶圓代工產能利用率復蘇困難。 大陸晶圓廠受到的波及也不小，但在國產替代東風的助力下，損失有所減緩。據TrendForce集邦咨詢統計，2023~2027年全球晶圓代工成熟制程（28nm及以上）及先進制程（16nm及以下）產能比重大約維持在7:3。中國大陸由于致力推動本土化生產等政策與補貼，擴產進度最為積極，預估中國大陸成熟制程產能占比將從今年的29%，成長至2027年的33%，其中以中芯國際（SMIC）、華虹集團（HuaHong Group）、合肥晶合集成（Nexchip）擴產最為積極。 以下將對大陸現有晶圓廠進行盤點，本文將聚焦于大陸晶圓廠產能情況、分部位置、制程情況分析，進而展望未來晶圓代工發展。 大陸晶圓廠現狀：建成44座、在建22座、計劃10座 據全球半導體觀察不完全統計，除卻7座已暫停擱置的晶圓廠，目前大陸建有44座晶圓廠，其中12寸晶圓廠25座，6英寸廠4座，8英寸晶圓廠/產線15個。此外，還有正在建設晶圓廠22座，其中12英寸廠15座，8英寸廠8座。未來包括中芯國際、晶合集成、合肥長鑫、士蘭微等在內的廠商還計劃建設10座晶圓廠，其中12英寸廠9座，8英寸晶圓廠1座。總體來看，大陸預計至2024年底，將建立32座大型晶圓廠，且全部鎖定成熟制程。 
圖一來源：全球半導體觀察制圖 從大陸各晶圓廠分部情況看，長三角地區晶圓廠數量最多，約占比將近一半。而從省份看，上海、無錫、北京、合肥、成都、深圳等地區設有較多晶圓廠。 中國大陸各晶圓廠分布情況
圖二來源：全球半導體觀察不完全統計 到了業界最為關心的產能情況，據統計，大陸目前共有31座12寸晶圓廠正在投入生產（包含正在建設中已有固定產能開出的12寸晶圓廠），總計月產能約為118.9萬片，與總規劃月產能217萬片相比，這些晶圓廠的產能裝載率僅達到約54.48％，仍有較大擴產空間。 結合正在建設和未來計劃部分，預計未來五年中國大陸將新增24座12英寸晶圓廠，這些晶圓廠規劃月產能222.3萬片。在當前已規劃12英寸晶圓廠全部滿產情況下，截至2026年底，大陸12英寸晶圓廠的總月產能將超過414萬片，相比目前的產能裝載率提高248.19％。 （一）晶圓尺寸：以12英寸為主流，8英寸協同發展 在摩爾定律驅動下，也同時契合生產成本下降以及技術進步步伐，芯片晶圓尺寸由6英寸—8英寸—12英寸演變，當然業界也曾出現“在2011-2015年邁入18英寸時代”的論調，而至于18英寸為何沒能成為現實，本段末也進行了闡述。總而言之，無論從成本、性能看，12英寸都是最契合本世代情況的晶圓尺寸，而8英寸在當下依舊有其用武之地，6英寸則逐漸走向沒落。 12英寸晶圓廠從2000年后開始穩定增長，并在2008年產能超過8英寸晶圓廠，此后兩者之間的差距不斷拉大。
圖三來源：全球半導體觀察制圖 12英寸晶圓以面積取勝的背后，是成本降低、性能提高的雙層加成。基于現實來看，12英寸晶圓的生產成本約比8英寸的晶圓成本多50%，但芯片產出卻接近于8英寸的3倍，分攤到每一個芯片，成本約減少了30％。未來隨著制程工藝的精進、良率的上升，12英寸晶圓的成本還有望進一步降低。 對比12英寸和8英寸下游終端應用可明顯看出，12英寸晶圓實用性極廣。從上表可知，先進制程主要是在12英寸晶圓制造廠中生產，這也是當下其成為擴產主流的原因之一。其中值得注意的是，在12英寸成熟制程下游應用上，其適用范圍有明顯的擴充趨勢。 而8英寸晶圓數量雖然遠遠少于12英寸廠，但其存在感卻不弱。據SEMI（國際半導體協會）數據，中國大陸在8寸晶圓上一直保持著高速的發展，預計到2026年時，中國8寸晶圓的份額將提高至22%，月產能達到170萬片每月，在全球占據首位。 從2017年至今，曾出現過數次8英寸晶圓供不應求現象。而從大陸情況看，至2025年底，包括華虹集團、芯恩集成、士蘭微、燕東微電子、積塔半導體、賽萊克斯、中科晶芯、華微電子、海辰半導體在內的企業總計將新建成9座8英寸晶圓廠。 從上表可知，8英寸晶圓主要用于成熟制程及特種制程，其主要工藝制程集中于0.13-90nm，下游應用以工業、手機和汽車為主，主要包括功率器件、電源管理芯片、非易失性存儲器、MEMS、顯示驅動芯片與指紋識別芯片等。其中汽車電子和工業應用對功率器件的需求在近兩年十分火爆，這也是其近年擴產的主要推動原因。 當下，8英寸晶圓的市場需求依舊較強，但是市場上8英寸產線卻是呈現相對減少的趨勢，主要是因為目前業界以12英寸為主流，由于建設投資12英寸晶圓廠的資本支出動輒達到百億美元，許多廠家考慮到8英寸晶圓產線的“年邁”，設備老舊且更新不易（目前8英寸設備主要來自二手市場），且收益不如12英寸晶圓等因素，越來越多大廠將8英寸晶圓切換到12英寸晶圓上來。 而對于6英寸產線，減少趨勢則更為明顯，且在未來擴建廠房中并未發現6英寸產線蹤跡。減少的趨勢具體表現為邏輯工藝產線逐步由6英寸向8英寸甚至是12英寸過渡。目前大陸能夠制造6寸晶圓的廠商超過500家，技術門檻已相對較低，價格優勢不復。且當下原本使用6英寸晶圓的下游應用，也已逐漸被8英寸晶圓覆蓋。在通用芯片端，6英寸晶圓被替代的命運已注定。而在第三代半導體材料如碳化硅、氮化鎵上，其依舊有較大市場。如SiC襯底還處在從4英寸、6英寸到8英寸的緩慢遷移過程中。 據全球半導體觀察不完全統計，大陸6英寸晶圓廠中主要有華潤微無錫晶圓一廠，產能23萬片每月，廣義微電子四川廠，15萬片每月；英銳半導體鹽城廠，2.5萬片每月；芯睿電子新鄉廠，2萬片每月。 而至于“18英寸晶圓”，其一直被認為是為未來預備的一個答案。2008年英特爾宣布與三星、臺積電達成合作協議，將在2012年投產450mm芯片晶圓。然而在2014年，英特爾、臺積電紛紛表示“不想干、干不了”，產業鏈上下游也紛紛附和，這事就此作罷。其發展最簡單的原因是，12英寸晶圓完全可以應付當下產業所需，不可否認18英寸晶圓或是未來所需要的，但是無論是從成本（超過1000億美元的研發成本）還是良率看，產業鏈上下游特別是設備供應商（設備從根本上進行重新設計）都還沒有做好準備去迎接它。 （二）制程：大陸晶圓聚焦在成熟制程，特色工藝被重視 按照產品對工藝先進度的要求來分，半導體工藝制程可以分為特色工藝和邏輯工藝，其中邏輯工藝又分為成熟工藝（28納米及以上）和先進工藝（28nm以下的節點，目前主要為16/14nm及以下）。據集邦咨詢此前統計，其中特色工藝產品市場占比約為40%，邏輯工藝占比約為60%。 從制程情況看，由于先進制程技術困境及高額資本開支，目前的玩家主要有英特爾、臺積電和三星三家。今年三星和臺積電相繼宣布量產的3nm工藝成為當下最先進節點。而從大陸情況看，晶圓產業起步較晚，受限于設備及材料等相關因素影響，疊加國際形勢，目前，中國大陸晶圓廠大多聚焦于成熟工藝（即成熟制程）和特色工藝。 如圖三所示，從整個芯片市場情況看，成熟工藝除了數字邏輯部分需要用到先進制程外，長尾市場都屬于成熟制程覆蓋范圍，遍布消費以及工業市場，相對不易受到短期周期的波動影響。 值得注意的是，除了大陸晶圓廠大力鉆研成熟制程，許多大廠近兩年來紛紛開始反攻成熟制程，如臺積電、三星、英特爾、聯電、格芯等。其中，聯電對成熟產能的押注也是史無前例，它是全球第一家宣布放棄先進工藝研發的晶圓代工廠，自2018年起，聯電將戰略重點放在改善公司的投資回報率上，主攻28nm及以上的制程。 根據TrendForce數據，2021~2024年全球晶圓代工產能年復合成長率達11%，其中28nm產能在2024年將達到2022年的1.3倍，是成熟制程擴產最積極的制程節點，預期有更多特殊制程應用將往28nm轉進，且2021~2024年全球28nm（含）以上成熟制程產能將穩定維持75%以上比重，顯示布局成熟制程特殊工藝市場潛力與重要性。 TrendForce 預期，在28 納米以上制程擴產推動下，預期到了2027 年，成熟制程產能繼續占十大代工廠產能70% 以下；預期中國大陸到2027年將占成熟制程產能33%，還有持續上修的可能性。值得注意的是，日本積極扶植半導體復蘇，加上補貼外國公司設廠，有機會占先進制程產能3%。 這兩年的成熟制程熱確實給大陸晶圓廠帶來了不小壓力，一方面國際大廠反攻成熟制程造成搶單，從產業鏈角度看，也可能造成了行業產能過剩。成熟制程的火熱，除了其本身應用輻射市場廣泛，先進制程研發接近摩爾定律極限外，還要看到回歸市場運行本身的規律。當下周期下行下，車用電子和工控火熱，其需求中80%均是成熟制程；并且AI熱潮興起以來，大陸許多高階AI芯片以及計算芯片使用不了先進工藝，于是開始思索更改設計，通過使用多顆成熟制程芯片取代單一高階進程的芯片，保證出貨。此舉也變相的使成熟制程芯片同步倍數增加。 隨著下游應用場景新需求的不斷涌現，半導體產品種類不斷增多。業內人士表示，全球廠商都在搶食主攻成熟制程晶圓廠商的蛋糕。在這樣的背景下，大陸晶圓廠更應該打造出差異化來。 由此，特色工藝在當下晶圓代工發展中也逐漸被重視。對比起先進邏輯工藝，特色工藝是十分聚焦新材料（其中SiC和GaN是當下熱門）、新結構、新器件的研發創新與運用，并強調特色IP定制能力和技術品類多元性的半導體晶圓制造工藝，被認為是“摩爾定律”之外的重要發展分支(“摩爾定律”即通過不斷縮小制程線寬來提高芯片的集成度)。 特色工藝產品類別廣泛，并能形成特色集群優勢，擁有各自的市場定位和發展趨勢。其主要包括嵌入式/獨立式非易失性存儲器、功率器件、模擬與電源管理、傳感器等工藝平臺。 大陸特色工藝的行業代表企業為中芯國際、華潤微、華虹集團等企業，他們均十分重視特色工藝的發展，為滿足市場對于產品功能、性能等特性的差異化需求，這些企業不斷研發創新晶圓制造工藝技術，并演進形成了差異化的制造工藝。如華虹半導體的特色工藝包括電源管理、射頻、功率器件等平臺，尤其是在功率器件的晶圓代工上；華潤微的高壓功率BCD、高性能BCD、高可靠性BCD、高精度模擬、MEMS、特色功率器件六大特色模擬晶圓代工工藝等。 晶圓制造大廠一直十分重視特色工藝的發展，臺積電的特色工藝遙遙領先，格芯和聯電也正在主攻成熟工藝和特色工藝。不難預期，未來追趕先進工藝的在場者將會越來越少，而特色工藝將會出現新的進入者爭奪市場。 晶圓代工下行周期何時結束？ 基于對長期市場的較好展望，全球各晶圓大廠在2021年、2022年爭先搶后擴產12英寸，直至2022年下半年至今，受到周期下行持續，晶圓代工行業資本開支呈現明顯下降趨勢。此番周期下行何時結束，市場將何時上揚成為業界最關心的問題。 據TrendForce集邦咨詢最新報告顯示，受庫存問題、旺季拉貨效應尚未發酵，車用與工控芯片不再短缺；TI與Infineon等大廠削價／砍單，IDM廠商自有新產能開出等五大利空沖擊，晶圓代工成熟制程市況不妙。由于客戶擴大砍單，中國臺灣與韓國晶圓代工業者首當其沖，預估今年Q4到明年Q1，臺積電8英寸產能利用率將跌至60%以下，同期聯電、力積電都將面臨50%保衛戰。 TrendForce研判，晶圓代工成熟制程產能利用率要到明年下半年才會緩步回升，相較中國臺灣、韓國廠商，中芯國際、華虹集團8英寸廠產能利用率復蘇狀況將較產業平均快，咎其原因，大陸晶圓代工的讓價態度與幅度較為積極，以及官方推動的一級本土化生產趨勢等一系列措施都有利于促進產能利用率。預計2024年8英寸廠平均產能利用率約60%至70%，但仍難以回到過往滿載的水平。 近兩年各國為加強本國產業鏈安全，產能在地化趨勢蔓延，中國大陸關于國產化的討論也比以往更加深入，上下游產業鏈間的合作也比以往更為密切。 9月15日，在2023世界計算大會上，華為技術有限公司副董事長、輪值董事長徐直軍在演講中呼吁大規模使用國產產品，他指出，盡管大陸生產的芯片、服務器、PC機，相比國外還有差距，但如果不去用，這個差距永遠存在，永遠落后。但如果大規模使用國產產品，就可能拉動和推動國產廠商的技術進步、產品進步，然后慢慢追上先進水平。只有大規模使用，才有可能拉動整個計算產業的進步和發展，拉動CPU的進步，拉動基于國產CPU的服務器的進步，并以此為基礎拉動整個產業的進步。 就晶圓廠而言，晶合集成董事長蔡國智也曾在公開演講時指出，中國大陸的晶圓廠需要在明知先進制程短期內不可為的情況下，思考如何將成熟制程做到極致，以帶動整個半導體產業鏈的完善和發展。 大陸先進制程的破局是個重要命題，目前，其只能依靠全國產化的方式推進。雖然短期內先進制程的發展已經受阻，但這并不能阻止中國半導體產業的成長。中國工程院院士吳漢明曾呼吁：“我們的當務之急是提高芯片產能，增加國產芯片占比，而不是專注于14nm、7nm市場。實現28nm及以上成熟制程工藝技術的自主可控，比攻堅7nm更有意義。” 對于未來，全球各大晶圓大廠仍看好2024年半導體行業的發展，目前雖然部分晶圓廠的擴建工作受到周期下行影響有所推遲，但總體規劃并未改變，行業總體均在為新一輪的上行周期做準備。不破不立，近幾年大陸在半導體供應鏈的核心裝備和材料上也創造了多個突破，尤其是在成熟工藝段的設備已形成了大部分環節的國產替代，為大陸新建晶圓產能打下堅實的基礎。相信在更強自主意志下，大陸晶圓代工廠將迎來更大的發展機會。 |
