8英寸晶圆的需求来自哪里？

从去年下半年开始，晶圆产能紧张的热度居高不下。大家都在谈8英寸晶圆需求旺盛，但其中究竟包括了哪些需求？具体来看，主要由多重因素叠加所致。《国际电子商情》在下文做了详细的分析。

首先，新冠疫情引发的“宅经济”，加强了居家办公、在线教育、视频会议等应用，与其息息相关的笔记本电脑、平板电脑等电子产品畅销，推升了CIS、功率器件、电源管理器件等需求。多家研究机构发布的数据显示，全球PC市场受疫情因素影响正在加速增长。据Gartner统计，去年全球PC出货量为2.75亿台，同比增长4.8%，是十年来最高增幅。

其次，2020年是5G商用元年，智能手机从4G向5G转移，后者配置了更多的射频、CIS等器件。以射频PA芯片（6μm到65nm不等）使用数量为例，2G/3G手机配备1-2颗，4G手机平均配置3-6颗，5G手机甚至可配备16颗。2020年年中，Counterpoint Research发布报告称，智能手机CIS的销量在过去十年间增长了八倍。预估2020年全年，智能手机用CIS的出货量突破50亿颗。

表1. 5G和4G手机对射频、CIS器件的需求

又据Digitimes Research数据显示：去年，全球约销售了2.8-3亿部5G手机（2019年5G手机出货量为2000万部）。Fabless巨头高通也预测，到2023年，全球5G手机出货量将超过10亿部。

再次，新能源汽车带动IGBT、SiC以及SJ MOSFET需求。据麦肯锡统计，平均每辆传统汽车中功率器件的成本为118美元，而纯电动汽车功率器件的成本为387美元，后者功率器件成本是前者的3.28倍。

另外，去年12月，中国汽车工业协会副秘书长叶盛基表示，预计到2021年，我国新能源汽车销量增速将超过30%，达到180万辆。

假设每辆新能源汽车（包括纯电动汽车和混合动力汽车）平均有370美元的功率半导体成本。2021年，仅在新能源汽车上，就会有6.66亿美元的功率器件需求传导至8英寸晶圆。

图1 每辆纯电动汽车和传统汽车功率器件成本结构（制图：国际电子商情 数据来源：麦肯锡）

然后，5G基站促使MOSFET、电源管理IC需求大幅提升。国内累计开通的5G基站数量，在去年10月就已经超过70万座。5G信号频率高于4G基站，其信号的衰减速度也更快，这要求5G基站部署密度不能低于4G基站。当前，我国共计314万座4G基站，要实现全国5G网络覆盖，预计需要建设600万座5G基站。

最后，云计算中心扩容提升功率半导体需求。5G商用正在带来海量的数据爆发，这对云服务数据中心的扩容也提出了要求，将带动电源管理模块的需求。

除了上述因素之外，其他需求也值得关注。比如，在国际贸易局势和新冠疫情双重压力下，一些企业为保证后续的货源稳定，选择提前签订长期供货合约；6英寸晶圆关厂趋势明显，TI、瑞萨、ADI 等厂商计划在未来 1-3 年内，关闭旗下全部或部分6寸晶圆厂，导致产能需求转向8英寸；IC设计企业创业潮兴起，截至2020年年底，我国已经存在1万多家芯片设计企业，这也将加剧相关晶圆产能的紧张。

图2 全球8英寸晶圆市场需求结构百分比% 制表：国际电子商情 来源：SEMI、企业年报

《国际电子商情》在综合SEMI和企业年报数据基础上统计出，全球8英寸晶圆市场主要由7类器件构成——其中，MOS逻辑器件约占25%，模拟器件约占22%，光电器件约占16%，功率分立器件约占15%，微逻辑器件约占9%，存储器件约占8%，传感器约占5%。

上述器件在快速增长的5G手机、汽车、物联网等领域有较好的应用，给上游的8英寸晶圆厂带来了极大的产能压力。

新增晶圆产能将创新高，但仍无法填补完空缺

在很长一段时间里，8英寸晶圆一直被视为落后产线，其关键设备也面临停产的困扰。据SEMI数据显示，全球8英寸晶圆产线数量，在2007年达到200条的巅峰。2008年，受全球金融危机影响，8英寸产线数量开始走下坡路；直到2015年，全球范围内只剩下178条产线。

随着物联网体系在2015年逐渐铺开，智能产品、工业/汽车电子应用需求激增，带来了MCU、电源管理IC、指纹识别IC等器件的大幅增长。此后，业内传出了8英寸晶圆紧张的消息，一些厂商也开始加强对8英寸晶圆的投资。到2020年，全球8英寸产线恢复到191条，相当于2008年的水平，2021年预计将达到202条，超过2007年的高峰。

·8英寸晶圆向12英寸转移有限

一般来说，晶圆的尺寸越大，其平均到每颗芯片的成本就越低。从长远上看，在良率相同的情况下，面积越大的晶圆带来的利润率越高。对厂商而言，如果条件允许，它们更倾向于投资12英寸晶圆。同时，一些原本基于8英寸晶圆的芯片，正切换到12英寸晶圆上来，但进程较缓慢，仅不到三分之一的模拟和混合信号器件完成转移。[!--empirenews.page--]

表2 8英寸晶圆和12英寸晶圆成本对比

不过，8英寸和12英寸晶圆在工艺上存在较大的差异，后者的工艺制程稳定性更难控制，且12英寸晶圆厂建厂成本高。随着制程越小，光罩成本和设计成本越高。以台积电的数据为例，制程越小其每个光罩组需要的光罩层数越多，比如130nm制程下每个光罩组需要29层光罩，7nm制程下则需要74层光罩。此外，设计成本、嵌入软件成本、产能爬坡成本，也都会随着制程的变小而显著增加。因此，受成本、特殊工艺的限制，有相当多的器件仍基于8英寸晶圆生产，比如功率器件、模拟器件、电源管理芯片、CIS、指纹识别芯片、显示驱动IC等。

·12英寸晶圆也或将紧缺

与此同时，12英寸晶圆产线也在持续增加。SEMI最新300mm（12英寸）晶圆厂展望报告显示：从2020至2024年，保守估计将新增38个12英寸晶圆厂，中国台湾将增加11个晶圆厂，中国大陆将增加8个晶圆厂，其中还不包括低概率或谣传的晶圆厂项目。届时，全球将拥有161个12英寸晶圆厂，晶圆月产能突破700万片。对此，IC Insights预测称，全球新增的12英寸晶圆产能，将达到相当于2080万片8英寸晶圆的水平。其中，大部分新增产能来自三星、SK海力士、长江存储等存储厂商。

无论是8英寸还是12英寸，它们的产能均在逐年提升。即便这样，仍无法填补完空缺。去年12月，《国际电子商情》针对晶圆产能做了报道，援引了力积电董事长黄崇仁的话来表述——“晶圆产能已紧张到不可思议，下游厂商对产能的需求已达恐慌程度，预估2021年下半年到2022年下半年，逻辑、DRAM市场都会缺货到无法想象的地步。”

近期，有分析机构称，12英寸晶圆也或将迎来产能紧张的局面。原因是，去年上半年，国内疫情刚爆发时，许多厂商对市场的预判、产品的规划及备货都偏向保守。而国内疫情受控之后，消费电子、服务器、汽车电子需求反弹，12英寸晶圆中高端芯片用量将明显增加。在《国际电子商情》看来，供应端的产能新增速度，跟不上快速增长的需求，是当前晶圆产业最突出的问题。

晶圆产能吃紧延续至2021年上半年

虽然8英寸晶圆厂正在扩产中，但是新产能需要与众多的环节和要素积极配合。新晶圆制造产线的建设，需要持续投入大量资金，以用来建厂、购买设备、调试工艺、研发制程等，还要有专业的团队来运营和管理。

目前，8英寸晶圆设备供应商极少，企业扩产主要靠二手的设备。去年年底，Surplus Global预估，全球市场约有700台二手的八英寸晶圆制造设备在售，但需求量在1000台以上。该数据表明，8英寸晶圆的制造设备也处于紧张的状态。因此，《国际电子商情》判断，短期内8英寸晶圆的产能不会有显著的增加。同时，我们也预计晶圆代工产能的吃紧至少会延续到2021年上半年。

最后，《国际电子商情》通过各企业的官网、研究机构等渠道，汇总了大量8英寸晶圆的产能信息，并在此基础上制作了以下附表（仅供读者参考，不构成投资建议）。

附表：全球主要8英寸晶圆厂产能汇总

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