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从最新IDM大厂产能及扩产情况看半导体趋势

2022-12-28 17:10 来源:芯八哥 作者:

从最新IDM大厂产能及扩产情况看半导体趋势

IDM(Integrated Design and Manufacture)即垂直整合制造,指从设计、制造、封测到销售自有品牌芯片都一手包办的半导体垂直整合型公司。由于同时具备了其他两种模式的能力,因此IDM模式企业是全球芯片产业链中技术门槛最高、投入资金最大的芯片企业。

| 前十大IDM厂商产能合计为1316万片/月,其中存储占据了全球晶圆产能的半壁江山

作为全球晶圆制造的主要供应来源之一,IDM厂商的重要性不言而喻。

根据Knometa Researc的数据,截止至2021年底,全球IC晶圆的总产能为2160万片/月(8英寸约当量,下同),其中三星、台积电、镁光、SK海力士、铠侠/西部数据前五大公司合计占比57%,达到1221万片/月,比前一年增加了10%,且这一增长率比该行业的总产能高出一个百分点。


从最新IDM大厂产能及扩产情况看半导体趋势

全球IC晶圆产能排名(千片/月,8英寸晶圆约当量)

资料来源:Knometa Researc;芯八哥整理

值得注意的是,全球晶圆产能前五大厂商中除了台积电之外,三星、镁光、SK海力士、铠侠四家存储厂商都是典型的IDM经营模式,占比高达44%。

从具体数据来看,三星凭借月均产量405万片晶圆稳居第一,占据了全球19%的市场,产能比排名第二的台积电高出44%。除了给一些设计厂商代工芯片外,三星自家也有许多与晶圆密切相关的产品,这些产品对三星市场份额的增长起到了重要的带动作用。

除了三星之外,镁光、SK海力士、铠侠三家存储厂商的月产能都在130万片以上,市占率也都高于5%。不过,虽然产能和市占率都在提升,但是和去年增长率相比,SK海力士和铠侠都下降了1个百分点。

尽管存储芯片凭借较大的需求占据了全球晶圆产能的半壁江山,但是逻辑、模拟、功率等领域的厂商在全球前十大IDM厂商产能排行中,仍然占据一席之地。


从最新IDM大厂产能及扩产情况看半导体趋势

全球前十大IDM厂商产能排行(8英寸晶圆约当量)

资料来源:芯八哥整理

在逻辑芯片领域,英特尔是业内少有的IDM厂商,主要产品包含CPU、GPU等,广泛应用于消费电子、服务器等领域,目前的产能为119万片/月。

模拟芯片方面,目前德州仪器、意法半导体、亚德诺产能排名前列。作为全球模拟芯片的绝对龙头,德州仪器目前的产能为85万片/月,是模拟芯片排名第二亚德诺的2倍。值得注意的是,虽然意法半导体目前产能高达82万片/月,但这主要是模拟芯片和功率芯片碳化硅和氮化镓相加的结果。

而在功率器件方面,由于主要应用在汽车、工业等要求较高的领域,验证周期长,扩产难度大导致全球功率IDM厂商普遍产能较小。其中以安森美和英飞凌为代表,目前二者的产能均为25万片/月左右。

| 前十大IDM厂商资本支出合计为872.35亿美元,头部厂商纷纷扩产以抢占市场份额

自2020年以来,由于受新冠疫情、地缘政治等因素影响,上游晶圆厂供应端产能持续紧张;同时受新能源汽车、HPC、物联网等下游领域需求的快速爆发,使全球半导体迎来了新一轮的景气周期。

面对旺盛的市场需求,很多晶圆厂都处于产能满载、供不用应求的情况,尤其在功率半导体领域,像英飞凌、安森美的车规IGBT交期已经长达39周以上,相关订单甚至已经排到2023年。

在这种情况下,加大资本支出扩充设备和产能,就成为了众多晶圆厂商不得不作出的反应。

根据IC insights发布的数据,全球半导体行业资本支出在2020年增长10%,扭转了2019年下滑的局面。而在2021年,资本支出在2020年的基础上进一步扩大,同比增长36%达到1539亿元。IC insights预测,2022年全球资本支出将增加24%,达到1904亿美元的历史新高。若2022年能够达到预期数值,这也是自1993年~1995年以来,半导体行业首次出现连续三年的两位数支出增长。


从最新IDM大厂产能及扩产情况看半导体趋势

资料来源:IC insights

在IDM领域,据芯八哥统计,前十大IDM厂商2022年资本支出合计872.35亿美元,占整个半导体行业资本支出的比例为45.82%。

具体来看,存储领域中三星2022年的资本开支最大,达到170亿美元。此外镁光、SK海力士的资本开支也在100亿美元以上。有意思的是,和其他三大存储厂商不同,铠侠在资本开支方面相对较保守并且产能增长速度最慢,公司的策略主要是通过3D扩展的进步来增加 3D NAND芯片的产量,而不是通过产能的增加。


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全球前十大IDM厂商资本支出情况及未来支出计划

资料来源:芯八哥整理

在模拟芯片领域,德州仪器和意法半导体2022年的资本开支都在35亿美元以上。德州仪器此前表示,从现在到2025年,公司每年将支出约35亿美元用于芯片制造;而意法半导体则计划在2020年至2025年期间,将欧洲工厂300mm(12英寸)整体产能提高一倍;在功率芯片领域,英飞凌2022年的资本开支达23亿美元,并且公司计划在近两年以每年50%的大额投资进行扩产,投资力度远超竞争对手安森美。

值得强调的是,作为逻辑芯片领域IDM的龙头企业,英特尔2022年的资本开支高达270亿美元,位列十大IDM厂商第一位。英特尔内部规划在2026年以前,即五年内扩增晶圆厂产能三成,其中包括2023年到2024年还将增加爱尔兰、以色列与美国的产能,以逼进台积电。


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全球前十大IDM厂商最新扩产动态

资料来源:芯八哥整理

扩产动态方面,英特尔全球布局脚步较快,旗下晶圆生产基地包括美国亚历桑那、俄勒冈等州,欧洲的爱尔兰,以及欧亚交界的以色列,亚洲的中国,并在新墨西哥、哥斯达黎加与马来西亚设有封测相关工厂。

为了强化竞争力,英特尔此前已宣布将投资200亿美元,在美国亚利桑那州的Ocotillo园区新建两座晶圆厂,并且计划将在德国马格德堡建设晶圆厂。此外,目前英特尔与IDM排名第四的铠侠在产能上差距不大,对 Tower 的收购将使英特尔的产能更接近甚至超过铠侠的晶圆厂产能。

作为全球晶圆产能最大的龙头,三星已拥有全球IC晶圆总产能的19%,比第二位的台积电多44%。未来,三星拟通过加大资本开支,逐步扩大领先优势。根据公司的披露,三星拟以2017 年的产能为基础,预计到 2026年将产能增加两倍,目前的产能项目包括在德克萨斯州泰勒市建设的价值 170 亿美元的新晶圆厂。三星或想通过这些举措,大力推动扩大前沿工艺的代工服务,从而与台积电一较高下。

在模拟芯片领域,德州仪器是绝对的龙头,2021年其模拟IC销售额为140亿美元,占全球19%的市场份额。在看到了模拟芯片市场长期的增长趋势后,德州仪器开始大规模扩产。未来,德州仪器将新建4座工厂,主要在谢尔曼进行,该公司计划今年完成前两家工厂的建设,预计2025年第一家工厂投产。第三和第四家工厂的建设将在2026 年至2030 年之间开始;此外,2021年7月,德州仪器还以9亿美元收购了镁光科技位于犹他州Lehi的一座12英寸晶圆制造厂LFAB。该厂最初是镁光科技计划用其生产3D Xpoint存储芯片,由于镁光退出3D Xpoint业务,德州仪器计划将其改造,用于制造65nm和45nm工艺的模拟和嵌入式芯片,预计将于2023年初开始生产。

功率芯片方面,安森美是最有代表的龙头之一。根据安森美的计划,未来两年将加大投资力度由6%增加到12%,主要用于扩充300mm晶圆厂的产能和碳化硅供应链环节,安森美指出碳化硅未来5年内的产能将会是现在的1.3倍。此外,为推动未来几年碳化硅收入的大幅增长,安森美计划通过收购GTAT扩大设备和模块产能,以支持在2022年年底将衬底产能增加四倍以上,到2023年碳化硅收入将超过10亿美元。

| 新增产能预计将在2024年左右逐步释放,不同领域IDM厂商内部分化较大

业内周知,尽管目前各大厂商都在加大资本开支用于产能扩充,但是由于晶圆厂建设周期缓慢,由厂房建设到产能爬坡、良率提升大概需要3年左右的时间,因此在时间上我们不仅仅需要关注今年,还要关注即将扩产的未来2-3年。

根据Knometa Research的数据,2021年晶圆制造商为应对普遍的短缺,将产能提高了8.6%,达到了25,920万片/年;2022年,预计产能将同比增长8.7%至28,175万片/年。此后3年,预计产能增速将逐步放缓,直到2025年增速5%达到34,250万片/年。


从最新IDM大厂产能及扩产情况看半导体趋势

资料来源:Knometa Research;芯八哥整理

具体产能增长率方面,据其表示2021年12英寸产能增长10%,预计2022年增长11%,2023年增长8%,2024年增长9%;而在8英寸领域,产能2021年增长6%,预计2022年增长5%,2023年增长3%,2024年增长2%。


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2021-2024年8英寸、12英寸产能增长率情况及预测

资料来源:Knometa Research;芯八哥整理

可能有人会担心,按照这样的产能提升速度,芯片代工企业可能在2024年遇到产能过剩问题,毕竟现在已有消费电子出现产能过剩的情况了。

这种担心不无道理,不过此问题在大厂扩产前已经做了充分的考量了。此前许多大厂已纷纷表示,当前的扩产行为不仅仅是为了缓解短期的芯片短缺问题,更是适应未来长期的市场需求。虽然当下消费电子市场疲软,但未来高性能运算(HPC)、车用与工控、光伏储能等领域高速发展,未来市场对于晶圆需求这块蛋糕的需求只会越来越大,因此头部企业对其长期发展前景较为看好。

业内人士指出,虽然近日由于消费电子疲软导致部分IC设计公司削减了晶圆代工的订单量或下调了产能预测,但德州仪器、安森美、英飞凌和意法半导体等欧美模拟和功率IDM厂由于汽车和工业控制的需求强劲,受市场环境的影响并不大。当其他晶圆代工厂降低晶圆价格时,这些IDM厂商却在扩大其晶圆代工订单,以争取更多成熟工艺的制品。

以意法半导体为例,公司在2022年Q2业绩说明会上指出,市场对公司产品的需求持续强劲,第二季度的积压覆盖了计划产能的6-8个季度,根据产品类型的不同,预定到账单的价格远高于平价。尤其在汽车半导体业务领域,目前积压的订单能见度超过18个月,远远超过了公司目前和计划到2023年的制造能力。同时,公司表示汽车方面2023 年的全部产能已售罄。

为了应对市场强劲的需求,意法半导体目前不断加大资本支出扩建厂房,目前在建的主要有意大利Agrate 300mm(12 吋) 新晶圆厂、意大利Catania 的碳化硅(SiC)工厂以及法国Tours 的氮化镓(GaN)工厂。公司计划通过产能的扩建,到2025左右将欧洲工厂300mm(12英寸)整体产能提高一倍,并且将碳化硅晶圆产能提高到2017年的10倍。

不过,与IDM模拟、功率厂商订单供不应求不同的是,IDM存储、逻辑厂商现在正面临量价齐跌,业绩下行的苦恼。

由于受俄乌冲突、通货膨胀、疫情反复和经济衰退担忧等影响,消费信心恶化导致消费电子需求已经转弱,尤其在个人PC和智能手机领域更为明显。

三星电子指出,尽管服务器需求保持稳健,但由于宏观问题的影响扩大,对移动等消费产品的需求减弱,导致2022年Q2 DRAM和NAND出货量低于预期指导。公司拟与客户的密切合作,通过提高先进工艺的良率以及适当的定价策略来超越市场增长。

而在逻辑芯片领域,英特尔近日发布了2022年Q2财报,公司营收153亿美元,环比下降16.5%,同比下降22%,这创下了2009年二季度以来单季营收最大同比跌幅,净亏损达4.54亿美元。财报数据显示,第二季度英特尔两大支柱业务营收均出现两位数下滑,其中PC芯片业务(CCG)营收77亿美元,同比下降25%;服务器芯片相关的数据中心和人工智能业务(DCAI)营收46亿美元,同比下降16%。

英特尔CEO解释道:“消费端需求的急剧下降让经济状况变得更为严峻,不仅造成消费市场的变化,而且还让关键客户的库存出现剧烈变动,导致业务发生非常剧烈的转变。未来公司将放缓招聘、减少资本支出并放弃非必要业务,其中包括放弃傲腾存储芯片业务,将年内资本支出计划减少40亿美元至230亿美元。”

虽然晶圆厂建厂潮不断,但由于受上游硅片、设备等供给因素的影响,在一定程度上制约了晶圆厂产能的扩张。

硅片方面,根据SUMCO的数据,2021年12英寸硅片需求约为750万片/月,预计未来5年将维持8.4%年的年复合增长率增长,到2026 年全球12 英寸硅片需求有望达1000 万片/月。但即便如此,由于硅片厂扩产滞后晶圆厂,在供给方面,硅片厂的新增产能未来5年只能维持5.3%的年复合增长率增长,因此全球12英寸硅片供需缺口将持续存在。


从最新IDM大厂产能及扩产情况看半导体趋势

来源:SUMCO;芯八哥整理

除了硅片外,设备短缺也是IDM晶圆厂不得不考虑的问题。据集邦咨询的数据,半导体设备交期在疫情前约3到6个月,2020年起因疫情导致各国实施严格的边境管制阻断物流,目前交期被迫延长至12到18个月,其中以DUV光刻机设备缺货情况最为严重,其次为CVD/PVD沉积及刻蚀设备等。

在现阶段消费电子需求疲弱的市场情况下,扩产进程的延迟反倒抵消了部分对于2023年产能供过于求的担忧,但部分供给仍然紧张的料件缺货情况恐怕将再度延长,此时需仰赖各晶圆厂对各终端应用及各产品制程的多元性布局,以平衡长短料资源分配不均的情况和形势。

| 写在最后

消费端需求的急剧下降缓解了持续了两年的全球芯片短缺问题,目前全球半导体已从全面缺芯转向结构性缺芯行情。从扩产周期来看,这一波晶圆厂扩产的产能预计在未来3年左右会持续释放,预期到2024-2025年左右,全球芯片供需不匹配的现象将得到明显缓解。

虽然IDM厂在逻辑芯片的竞争力弱于芯片设计厂,但在模拟和功率芯片领域却情况相反。在模拟、功率半导体方面,IDM厂商为技术和业务建立了极高的门槛。从长远来看,高门槛确保IDM厂成为汽车和工业非消费级应用领域的核心竞争力,这或许是为什么IDM厂能够在半导体市场的冷静期内积极采取进攻性大举扩产策略的原因所在。

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