(2024.10.8)半導(dǎo)體一周要聞－莫大康

1. SEMI中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)自主率逐年攀升，預(yù)計2027年達26.6%

全球半導(dǎo)體市場趨勢：2024年全球半導(dǎo)體營收將實現(xiàn)16%的增長。

全球晶圓產(chǎn)能：全年增長6%，到2026年中國12英寸晶圓產(chǎn)能將占到26%。

全球半導(dǎo)體設(shè)備：上半年，出貨總額為532億美元，預(yù)計2025年出現(xiàn)16%的反彈。

下圖表示全球半導(dǎo)體銷售額從2000年達到2000億美元，2014年達3000億美元2014年達4000億美元，2018年達5000億美元及2021年實現(xiàn)6000億美元，每1000億美元的增值明顯加快。

全球半導(dǎo)體制造產(chǎn)能預(yù)計將在2024年增長6%，并在2025年實現(xiàn)7%的增長，達到每月晶圓產(chǎn)能3370萬片(wpm,wafers per month)的歷史新高(以8英寸當(dāng)量計算)。尤其值得關(guān)注的是，2024年5納米及以下的產(chǎn)能預(yù)計增長13%，在先進節(jié)點的帶動下，2027年的增長有望達到17%。

研發(fā)投入方面，2022 年美國半導(dǎo)體產(chǎn)品的研發(fā)支出總額達到588 億美元，占銷售額的18%，而中國的研發(fā)投入占銷售額的占比為7.6%，與美國相比仍有一定差距。

中國的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)自主率逐年攀升，從2012年的14%到2022年的18%，預(yù)計2027年達到26.6%，但仍存在1460億美金的巨大缺口。

2. Open AI要花費7萬億美元和很多年時間來建設(shè)36座半導(dǎo)體工廠和數(shù)據(jù)中心

阿爾特曼最初的計劃是讓阿聯(lián)酋出資建設(shè)多個芯片制造廠，每個工廠的造價可能高達430億美元。該計劃將降低臺積電等公司的芯片制造成本。

兩位知情人士稱，這項研究呼吁在美國建設(shè)新的數(shù)據(jù)中心。每個數(shù)據(jù)中心的建設(shè)成本為1000億美元，大約是當(dāng)今最強大的數(shù)據(jù)中心成本的20倍——它們將容納200萬顆AI芯片，消耗5千兆瓦的電力。

一位知情人士透露說，在一次會議上，當(dāng)OpenAI表示其尋求5千兆瓦的電力，一位日本官員笑了起來，這大約是普通數(shù)據(jù)中心所消耗電力的1000倍；后來，在與德國官員的會議上，OpenAI探討了在北海建立一個數(shù)據(jù)中心，以便可以利用海上風(fēng)力渦輪機產(chǎn)生的7千兆瓦電力。

3. 老美轉(zhuǎn)變態(tài)度，高通恢復(fù)供貨華為，ASML售光刻機到底安什么心？

近期，科技界掀起了一股不小的波瀾。原本在科技封鎖線上的美國，態(tài)度似乎出現(xiàn)了180度的大轉(zhuǎn)彎。高通恢復(fù)了向華為供貨，而荷蘭的ASML公司也開始向中國銷售先進的光刻機。這一系列動作，不僅打破了之前的科技冷戰(zhàn)格局，更在國際上引發(fā)了廣泛的關(guān)注和猜測。那么，這背后究竟隱藏著怎樣的戰(zhàn)略意圖和經(jīng)濟考量呢？

4. 未來3年全球半導(dǎo)體設(shè)備銷售將創(chuàng)紀(jì)錄，中國是最大買家

國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會（SEMI）在其《300mm晶圓廠2027年展望報告(300mm Fab Outlook Report to 2027)》報告中預(yù)測，在數(shù)據(jù)中心和邊緣設(shè)備中使用的人工智能(AI)芯片需求不斷增長推動下，預(yù)計在2025至2027年的三年間，半導(dǎo)體制造業(yè)者對于半導(dǎo)體設(shè)備的資本支將達到創(chuàng)紀(jì)錄的4000億美元，其中以中國大陸、韓國、中國臺灣地區(qū)支出最多。

SEMI表示，中國大陸在自給自足的國家政策推動下，未來3年中國半導(dǎo)體廠商對于半導(dǎo)體設(shè)備的資本支出額超過1000億美元，將持續(xù)成為全球最大的半導(dǎo)體設(shè)備市場。但報告也補充道，中國半導(dǎo)體廠商的設(shè)備支出將從今年的創(chuàng)紀(jì)錄的450億美元下滑至2027年的310億美元。

5. 長電科技正式進軍存儲

近日，晟碟半導(dǎo)體（上海）有限公司發(fā)生多項工商變更，新增長電科技管理有限公司為股東，投資人由SANDISK CHINA LIMITED認繳2.72億美元更新為SANDISK CHINA LIMITED認繳5440萬美元，長電科技管理有限公司認繳2.176億美元（當(dāng)前約合15.26億元人民幣），長電持股80%，SANDISK CHINA LIMITED持股20%。

同時，該公司法定代表人、董事等多位主要人員發(fā)生變更。董事姚海榮、舒銀葉退出，新增BOCK KIM LEE、YEOH MEI ING、徐陽、劉芹董事。法定代表人由BOCK KIM LEE變更為鄭力。

6. 臺積電封裝瘋狂擴產(chǎn)

美系法人預(yù)估，臺積電的CoWoS月產(chǎn)能到年底可能超過3.2萬片，若加上協(xié) 力廠商有機會逼近4萬片，到2025年底月產(chǎn)能約在7萬片上下。

臺積電營運、先進封裝技術(shù)暨服務(wù)副總何軍在半導(dǎo)體展時也透露，預(yù)期 CoWoS先進封裝產(chǎn)能在2022至2026年，年復(fù)合成長率達到50％以上，到 2026年仍會持續(xù)擴產(chǎn)，以往3至5年蓋一個廠，現(xiàn)在已縮短到2年內(nèi)就要蓋 好，以滿足客戶需求。

DIGITIMES研究中心在八月中發(fā)表的《AI芯片特別報告》中指出，先進封裝成長力道更勝先進制程，在先進封裝領(lǐng)域，AI芯片高度仰賴臺積電CoWoS封裝技術(shù)，因此臺積電2023～2028年CoWoS產(chǎn)能擴充CAGR將超過50％，而2023～2028年晶圓代工產(chǎn)業(yè)5nm以下先進制程擴充年均復(fù)合成長率將達23％。

當(dāng)前的 CoWoS 迭代支持中介層（硅基層）的尺寸高達光刻中使用的典型光掩模的 3.3 倍。但到 2026 年，臺積電的“CoWoS_L”將使其尺寸增加到大約 5.5 倍的掩模尺寸，為更大的邏輯芯片和多達 12 個 HBM 內(nèi)存堆棧留出空間。而僅僅一年后的 2027 年，CoWoS 將擴展到令人瞠目結(jié)舌的 8 倍掩模版尺寸甚至更大。

我們談?wù)摰氖羌煞庋b，面積達 6,864 平方毫米，比一張信用卡大得多。這些 CoWoS 龐然大物可 以整合四個堆疊邏輯芯片以及十幾個 HBM4 內(nèi)存堆棧和額外的 I/O 芯片。

7. 國內(nèi)首條中國光子芯片點亮

9月25日，我國在光子芯片上迎來關(guān)鍵性突破，上海交通大學(xué)無錫光子芯片研究院建設(shè)的國內(nèi)首條光子芯片中試線，宣布正式啟用。另外今年早些時候，清華團隊發(fā)布AI光芯片“太極-Ⅱ”和“太極-I”，濟南在全球率先研制成功12英寸鈮酸鋰晶體，我國中科院開發(fā)出可批量制造的新型“光學(xué)硅”芯片等等，都預(yù)示著光子芯片正式步入產(chǎn)業(yè)化快車道，將突破計算范式限制，為大規(guī)模智算帶來新的想象空間，一個屬于光子的輝煌時代即將開啟。

AI訓(xùn)練所需算力每三個半月翻一倍，而摩爾定律下的晶體管數(shù)量每18個月才翻一倍，算力供需“剪刀差”持續(xù)拉大，量子計算成為共識解決方案。

目前量子計算主要有超導(dǎo)、離子阱及光量子三條技術(shù)路線，行業(yè)多方持續(xù)看好光量子路徑。行業(yè)人士表示，主要是因為實現(xiàn)通用量子計算機有三個前提——百萬量子比特的操縱能力、低環(huán)境要求、高集成度，光量子是目前能滿足這三個條件的最佳路徑。光量子芯片又分為光子芯片和量子芯片，其中量子芯片值得一提的就是今年1月發(fā)布的中國第三代自主超導(dǎo)量子芯片——“悟空芯”(夸父 KF C72-300)。

光子芯片也被稱作“光電子芯片”或“光子集成電路（PIC）”，是指利用光子作為信息傳輸和處理載體的新型集成芯片，以光為信息載體，具有大帶寬、高并行、低功耗的天然優(yōu)勢，被認為是未來大容量數(shù)據(jù)傳輸、人工智能加速計算的一大利器。

8. 1兆個晶體管的半導(dǎo)體新紀(jì)元

兩周前SEMICON Taiwan在中國臺北舉行，這個年度盛會聚集全球各地重要的半導(dǎo)體廠商及菁英，共同探討半導(dǎo)體未來的新技術(shù)及產(chǎn)業(yè)趨勢，這其中最吸睛是對于未來兩個「兆」（trillion）的預(yù)測。

第一個兆是大家比較耳熟能詳?shù)?，半?dǎo)體的市場規(guī)模，會由現(xiàn)在的6,000多億美元，成長到2030年的破兆美元。中國臺灣地區(qū)2023年的GDP是7,551億美元。

第二個會破兆的是單一封裝芯片的晶體管數(shù)目會超越1兆，目前的紀(jì)錄是NVIDIA Blackwell架構(gòu)GPU內(nèi)涵1,040億個晶體管，使用臺積電4奈米的制程。所以要破兆，還需要10倍的成長。在1980年代，我們所探討單一芯片晶體管的數(shù)目是百萬級（million），而2000年初來到10億級（billion），又過了20年現(xiàn)在是兆級（trillion）。

臺積電在A16制程（1.6奈米）將開始使用此背面供電技術(shù)，但是該如何實現(xiàn)？

這需要晶圓鍵結(jié)技術(shù)（wafer to wafer bonding），包括bumpless技術(shù)。也就是將提供背面供電的電路制作在另一片晶圓上，然后與磨薄后主芯片的背面對準(zhǔn)并鍵結(jié)，使兩片晶圓結(jié)合為一體，這個程序需要在真空下加溫及加機械力，而晶圓間的鍵結(jié)是依賴凡德瓦爾力（van der Waals force）來完成。這個技術(shù)在30多年前，我在美國當(dāng)研究生時就已經(jīng)發(fā)展，當(dāng)時隔壁實驗室正從事MEMS的研究，需要制作一個微小的空腔，因此手工組裝一套半導(dǎo)體晶圓鍵結(jié)設(shè)備。沒想到當(dāng)初這套技術(shù)，如今成為實現(xiàn)兆級晶體管的利器。

既使有了更省電的CFET及晶圓背面供電技術(shù)，然而上兆個晶體管仍舊會產(chǎn)生相當(dāng)?shù)臒?，需要從有限的面積內(nèi)帶走。Imec研究人員制作液態(tài)冷卻的微流道，將冷液體引入到晶圓表面的熱點，而將熱帶走的熱液體，由不同的流道引出，并在外部做熱交換。此微流道相當(dāng)?shù)膹?fù)雜，需要將冷熱液體分流，這很難用傳統(tǒng)的機械加工來完成，而3D打印技術(shù)克服這個困難。

9. 救救英特爾

英特爾面臨的不僅僅是技術(shù)上的升級，更是如何改變企業(yè)文化、提升創(chuàng)新能力和市場敏捷度的問題。

英特爾的IDM（集成設(shè)備制造）模式曾經(jīng)是其成功的核心。從設(shè)計到制造的全面控制，使英特爾在很長一段時間內(nèi)能夠保持高效率的生產(chǎn)和快速的技術(shù)迭代。然而，隨著臺積電（TSMC）和三星等晶圓代工廠的崛起，英特爾的IDM模式顯得越來越笨重和滯后。

臺積電的成功表明，專注于晶圓制造可以帶來更大的靈活性和創(chuàng)新空間，而英特爾的IDM模式面臨的問題在于：生產(chǎn)工藝的迭代速度趕不上競爭對手。例如，英特爾在7納米和10納米工藝上的延遲使其在與AMD、蘋果等公司的競爭中處于不利地位。

IDM模式并非一無是處，但在今天，IDM必須要在靈活性和效率之間找到新的平衡。通過剝離或部分外包制造業(yè)務(wù)，英特爾可以減輕負擔(dān)，聚焦其設(shè)計和創(chuàng)新能力。

英特爾的問題遠不止是技術(shù)上的落后。公司文化的僵化、創(chuàng)新精神的缺乏、市場反應(yīng)的遲緩等都是影響其競爭力的關(guān)鍵因素。盡管英特爾仍然掌握著強大的技術(shù)儲備和知識產(chǎn)權(quán)，然而，這些優(yōu)勢并沒有轉(zhuǎn)化為市場的領(lǐng)先地位。

10）2024 to 2029年全球晶圓代工業(yè)營收CAGR估達11.5%