來源：半導體行業觀察
作者：張健keya
在過去一個多月的時間內，以臺積電、聯電和中芯國際為代表的幾大晶圓代工廠商紛紛發佈了2020第二季度財報，結果喜人，「漲」聲一片，靚麗的營收數據將全球晶圓代工業再一次推上了產業潮頭。而在這些財報內容當中，有一部分在不同的廠商呈現出了相同的狀況。
臺積電8英寸生產線的產能十分緊張，該公司已經提高了8英寸晶圓代工的報價，上調幅度為10%-20%。
聯電的業績也達到了近些年的頂點，特別是其擅長的8英寸晶圓代工業務，處於完全滿載的狀態。這在很大程度上推動該公司股價大漲，在近期屢創10多年來高點，並與臺積電在同一天漲停，非常罕見。
再有，中芯國際的8英寸產能也處於滿載狀態，為了緩解產能供需矛盾，該公司計劃在今年年底前增加3萬片8英寸月產能。
由此可見，市場對8英寸晶圓產能的需求又一次來到了歷史高位，而上一次全球性8英寸產能吃緊出現在2018年。
2018年那一波
採用8英寸晶圓生產的芯片主要包括功率器件和電源管理芯片，顯示驅動芯片，MCU，以及射頻開關和MEMS傳感器，另外還有CIS（CMOS圖像傳感器）等。
2018年那一波來的同樣兇猛，令業界猝不及防，當12英寸項目如火如荼的時候，人們突然發現「落後」的8英寸晶圓產能不夠了。而造成當時產能不足的原因也是多方面的，而且，多個因素一直延續到現在，依然沒有得到根本解決。
首先，最重要的因素還是應用需求的供需關係，雖然採用8英寸晶圓製造的芯片種類有多種，但在不同時期和階段，由於某一種爆款應用的出現，會使所採用的相應種類芯片在那一段時期內的需求量突然增長，從而在很大程度上影響8英寸晶圓的產能。
2018年，功率器件和電源管理芯片的上漲勢頭迅猛，這在很大程度上造就了當年的8英寸晶圓熱。而汽車和工業應用是功率器件增長的主要驅動力。當時，在全球半導體市場中，工業應用和汽車電子的增速最快，而工業應用和汽車電子的應用增量主要來自於功率半導體。
據IC insights統計，2017年，功率分立器件銷售額同比增長10.4%。受益於汽車和工業應用驅動，當時預計未來3年功率分立器件市場仍將保持5%左右的增速。
而功率分立器件約佔8英寸晶圓應用的16%。由於8英寸晶圓設備短缺（無論是在當時，還是2020年的現在，這一直是一個沒有完全解決的問題），全球8英寸晶圓產能增長率僅為1~2%，低於功率半導體和功率分立器件的增速。
因此，汽車電子和工業應用對功率半導體需求大於供給導致功率半導體漲價，而功率半導體對8英寸晶圓產能需求大於供給，很大程度上導致了當時8英寸晶圓漲價。
在所有功率器件中，IGBT是最具增長潛力的。IHS預計，全球IGBT市場在2016~2021期間的年複合增長率為8%，汽車和工業應用是主要驅動力，而全球MOSFET市場在2016~2021期間的年複合增長率為3%，工業應用是主要驅動力。
除了應用的供需關係外，8英寸硅片產能不足，也是一個原因。在2017年的基礎上，2018年8英寸晶圓價格繼續攀升。上游硅片產能難以滿足下游快速增長的需求，例如，硅片大廠SUMCO在2018年第一季度財報顯示，硅片出廠價格增長預期達到20%，2018年Q4價格較2016年Q4增長了40%。
另外，8英寸晶圓設備供給不足也是一個重要原因，這從根本上影響了8英寸晶圓廠的產能。
2020這一波
在經歷了2019上半年全行業的低迷之後，半導體在2019下半年開始回暖，而8英寸晶圓產能利用率也逐漸提升。進入2020年以後，雖然有疫情的影響，但它未能阻擋8英寸晶圓芯片需求的進一步提升，從而使產能再一次出現全球性緊張狀況。
而促使這一局面出現的首要原因依然是相關「爆款」應用所用的芯片需求量暴漲。2018年那一波的典型代表是功率器件，而2020年這一波爆款芯片則是CIS，以及ToF和TWS芯片。這幾種芯片在2019年就已經非常火爆，市場需求量大增，而這一發展態勢也延續到了2020年。
CIS的爆發主要得益於多攝像頭手機的湧現。2019年，隨着上游晶圓的產能愈發緊張，CIS芯片的供貨缺口也進一步加大。5M及以下的CIS出現了兩次大規模漲價，而漲價的廠商大都分佈在我國大陸地區，其中，格科微的缺貨情況尤為明顯，為緩解壓力，格科微不得不在短期內兩次上調產品價格，整體漲幅接近40%。此外，思比科、比亞迪等多家CIS芯片廠商同樣有調價操作。
而全球三大CIS廠商索尼、三星和北京豪威（OmniVision）的供貨一直都非常緊張，索尼不得不將部分訂單交由臺積電生產，這種形勢給晶圓代工廠帶來了更多的商機，臺積電相當一部分8英寸晶圓代工產能都給了豪威，而為了接單索尼，臺積電還在增加投資建廠、採購設備，專門用於應對索尼的CIS訂單。此外，中芯國際和華力微電子也收穫不少，特別是來自豪威的訂單。
與此同時，手機開始搭配3D感測功能ToF，其對CIS的需求量在未來幾年還將大漲。Yole的預測數據顯示，全球3D成像和傳感器的市場規模在2016–2022年的CAGR為38％，2017年市場規模18.3億美元，2022年將超過90億美元。其中，消費電子是增速最快的應用市場，2016–2022年的CAGR高達160％。而CIS是ToF的必需元器件。因此，未來的手機上除了還會繼續增加攝像頭之外，還需要有ToF，這就又多了一個CIS的需求源。使得未來的CIS市場被無限看好。
除了CIS，市場對TWS芯片的需求也非常強勁，與此同時，在顯示面板方面，AMOLED和TDDI的普及，催生了市場對NOR Flash需求的提升。這樣，TWS、AMOLED驅動、TDDI芯片，以及NOR Flash存儲器在同一時間段內爆發，這些都給8英寸晶圓產能帶來了極大的壓力。
除了爆款應用芯片需求暴漲之外，8英寸硅片供給跟不上應用需求，以及相應晶圓加工設備的不足，同樣影響着2020年這一波8英寸晶圓產能的供給。
特別是半導體設備不足，近些年，這一短板始終是8英寸晶圓產能抹不去的痛。
由於多數8英寸晶圓代工建廠時間較早，運行時間大多長達10年以上，部分設備太老舊或者難以修復，同時，由於當前12英寸晶圓代工廠資本支出規模巨大，部分廠商停止了8英寸晶圓產線，使得相關設備供應商缺乏研發和生產相關設備的積極性。
目前，8英寸晶圓代工產線設備主要來自二手市場，多來自從8英寸向12英寸升級的內存廠商，如三星和海力士，而舊設備市場資源有限，已經呈現出逐漸枯竭的態勢，其中，蝕刻機、光刻機、測量設備最為搶手。
這一點在中國市場體現得尤為突出，二手設備在這裏非常強手，已經形成了一條產業鏈，近幾年，多家晶圓廠都是想盡辦法通過各種渠道引進8英寸晶圓加工設備，這其中比較有代表性的就是青島芯恩，引進了一大批來自日本的二手設備，並請到日本的頂級設備專家進行修復和指導使用，取得了比較好的效果。
然而，再過去幾年裏，特別是2014年國家推出集成電路「大基金」後，大量晶圓廠項目上馬，而立項的多是12英寸項目。不過，從目前情況來看，真正投產並實現量產的項目不多。
來自芯謀研究的統計顯示，目前國內真正進入量產的12英寸產線主體只有8家（新芯是長存子公司，和長存算一家）——代工廠四家：中芯、華虹、新芯、粵芯；存儲廠兩家：長存、長鑫；臺資企業三家：臺積電（南京）、聯電（廈門）、晶合（合肥）。
其中，量產的大陸12英寸只有5家主體企業，目前量產的產線也只有9條。代工企業更是隻有4家（新芯和粵芯目前都僅有一個廠，產能均不到3萬片）。特別要注意的是，自2006年以來，本土12英寸晶圓代工新進入主體中，只有粵芯一家實現了量產。
這樣，由於在12英寸晶圓廠上投入了大量的精力和資源，一定會削弱在8英寸上的投入，而且，由於各種原因，使得很多12英寸的未能實現量產，這必定會在客觀上加重市場對8英寸產線的依賴，此消彼長，產能更加吃緊。
另外，還有一個因素，即傳統的IDM正在縮減8英寸產線規模，將資源和精力更多地投入到12英寸產線的建設和完善上面。這主要是因為市場競爭越加激烈，而對於IDM來説，8英寸產線的投入產出比顯得越來越低，大規模運營這些產線的積極性已經不高了，除了保留一部分必需的8英寸產線外，像TI和ADI這樣的老牌兒模擬芯片巨頭，可以將越來越多的8英寸晶圓加工任務外包給晶圓代工廠，而它們自己主攻12英寸產線。這樣，客觀上減少了8英寸晶圓產線，同時也為晶圓代工廠火爆的生意加了一把火。
不只是近些年，從歷史發展情況來看，8英寸晶圓廠的數量也一直呈現下降態勢。據統計，從2008到2016年，有37座8英寸晶圓代工廠關閉，同時有15座廠從8英寸轉換為12英寸。而據SEMI統計，全球8英寸晶圓廠產能增長速度極低，2015~2017年僅增長約7%。
另外，部分6英寸產線關閉，將產能轉單至8英寸線。2010~2016年間，約有25座6英寸晶圓廠關閉，相應產能減少約453 k wpm（換算為8英寸），而6英寸線產能減少之後，原產線的產品（如分立器件、功率器件、MEMS、模擬芯片）將會切換至8英寸晶圓產線。這又額外加重了8英寸產能的負擔。
未來那一波
以上談到的8英寸晶圓主要是傳統的Si（硅）材料和工藝，隨着應用的需求和技術的進步，以SiC和GaN為代表的第三代化合物半導體需求正在提升，其中，GaN有Si基和SiC基兩種，目前來看，Si基GaN市佔率明顯高於SiC基的，而Si基GaN的拋光片基本就是傳統的晶圓，未來有較大發展空間。
當下，第三代化合物半導體晶圓以6英寸為主（也有4英寸的）。不過，隨着技術的不斷成熟，以及市場需求的增長，第三代化合物半導體也要面對類似於當下8英寸晶圓線減少，12英寸增加的態勢，不同的是，化合物半導體會從6英寸晶圓向8英寸轉變，主要是因為今後越來越大規模量產之後，對投入產出比的考量。目前，歐洲相關機構和公司在這方面的研究正在進行，無論是GaN還是SiC，將來很有可能都會以8英寸晶圓為主。一旦這一天到來，必定會給8英寸晶圓市場再添一把火。
編輯/lydia