純晶圓代工市場今年強勁增長19％，一文揭秘晶圓代工格局

1.半導(dǎo)體代工模式——應(yīng)運而生
半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的上游包括以半導(dǎo)體材料和儀器為主的支撐產(chǎn)業(yè)；中游為設(shè)計、制造和封裝測試等環(huán)節(jié)，核心部分是集成電路的設(shè)計、晶圓代工和封測；下游應(yīng)用領(lǐng)域包括計算機、電子、通信和醫(yī)療設(shè)備等行業(yè)。

隨著芯片制程微縮、晶圓尺寸成長，建設(shè)一間晶圓廠動輒百億美金的經(jīng)費，往往不是一般中小型公司所能夠負(fù)擔(dān)得起。晶圓代工(Foundry)就應(yīng)運而生，晶圓代工廠專門從事半導(dǎo)體晶圓制造生產(chǎn)，接受其他IC設(shè)計公司委托制造，而不自己從事設(shè)計，IC設(shè)計公司只設(shè)計，而不必負(fù)擔(dān)高階制程高額的研發(fā)與興建費用。
IDM模式：企業(yè)將設(shè)計、制造、封裝等全部芯片生產(chǎn)流程進(jìn)行垂直整合。這種模式下的企業(yè)規(guī)模體量較大，技術(shù)水平高。典型企業(yè)有：英特爾、三星。
Fabless模式：企業(yè)只負(fù)責(zé)芯片的電路設(shè)計及銷售，外包生產(chǎn)、測試、封裝等環(huán)節(jié)，特點是初始投資額較小，輕資產(chǎn)特征明顯，運營費用低廉，轉(zhuǎn)型靈活，但與IDM相比，無法達(dá)成技術(shù)工藝上的協(xié)同效應(yīng)，完成設(shè)計評價指標(biāo)嚴(yán)苛的任務(wù)時顯得力不從心；與Foundry相比承擔(dān)了更多的市場風(fēng)險。典型企業(yè)有：高通、博通。
Foundry模式：廠商不負(fù)責(zé)芯片設(shè)計，只負(fù)責(zé)制造或封測，可同時為多家設(shè)計廠商提供服務(wù)，特點是規(guī)避了由于市場調(diào)研和設(shè)計缺陷等因素帶來的決策問題，但其投資規(guī)模較大，運營成本較高。

2.全球代工廠市場格局—少數(shù)大廠壟斷
少數(shù)大廠壟斷是晶圓代工市場的典型特點。從下圖可以看出，市場前十名的市占率高達(dá)96%，其中臺積電一家獨大，市占率高達(dá)54%。

關(guān)于為什么晶圓代工為什么行業(yè)技術(shù)壁壘太高，之前在知乎上看到一篇很形象的回答，可以幫助大家理解晶圓代工的技術(shù)難點。

衡量晶圓代工技術(shù)先進(jìn)程度，我們?nèi)粘Ｂ牭降挠芯A直徑和制程，常用的8寸、12寸晶圓，代表的是硅晶柱切成薄片后的晶圓直徑，而我們聽到的10nm、7nm制程是用于衡量制作工藝的精度，制程指的是晶體管中源極和漏極之間的距離，所謂的XXnm指的是集成電路的MOSFET晶體管柵極的寬度，也被稱為柵長，先進(jìn)工藝制程的壟斷導(dǎo)致行業(yè)壁壘較高。
當(dāng)一個半導(dǎo)體晶體管工作時，通過給柵極通電，原本處于絕緣狀態(tài)的硅會變得可導(dǎo)通，此時，電流（電子）單向地從源極流向漏極，而兩者之間的距離（溝道長度）就是我們平時所說的“制程數(shù)字”。一般來說，制程越小則可以在相同尺寸的硅片上集成更多的晶體管。


先進(jìn)制程將會帶來性能提升和功耗降低：制程越先進(jìn)，電子從一極到另一極所流經(jīng)的距離就越短，晶體管反應(yīng)就越迅速；晶體管的體積也越小，單位面積容納的晶體管數(shù)目越多，運算速度越快，可以實現(xiàn)復(fù)雜的高性能設(shè)計；同時縮減晶體管之間的距離之后，晶體管之間的電容也會更低，而晶體管在切換電子信號時的動態(tài)功率消耗與電容成正比，所以制程越小功耗越低。
目前的主要制程大致可以分為先進(jìn)先進(jìn)制程和成熟制程，28nm區(qū)分了先進(jìn)制程和成熟制程，主要是因為28nm以下制程引進(jìn)了新工藝技術(shù)FinFET，制造難度加大。
隨著制程越小，設(shè)計成本也是逐漸增加，但從性價比角度上看，制程的縮減還是值得的。


3. 摩爾定律放緩給追趕者縮小差距提供可能
各晶圓代工廠商市場位勢基本由其最先進(jìn)節(jié)點所決定。根據(jù)其最先進(jìn)節(jié)點可以分為三個級別，臺積電技術(shù)及規(guī)模優(yōu)勢明顯，處于第一梯隊；大陸晶圓代工廠仍位于二三線陣營，中芯國際作為大陸先進(jìn)工藝標(biāo)桿在二線陣營，華虹、武漢新芯、華潤等在三線陣營。從技術(shù)角度，在先進(jìn)制程上，臺積電處于絕對領(lǐng)先地位，三星位居其次，中芯國際在28nm節(jié)點上落后，目前大力投入到14nm及以下制程研發(fā)；華虹在實現(xiàn)28nm量產(chǎn)以后，在華力微二廠積極布局14nm。

晶圓代工行業(yè)屬于資本密集型和技術(shù)密集型行業(yè)，中國企業(yè)要想縮短與國際巨頭的差距，必須集中并加大研發(fā)及資本開支投入來縮短技術(shù)差距，另一方面技術(shù)的研發(fā)離不開人才的投入，因此中國大陸晶圓代工企業(yè)要做好激勵體制以吸引海外高端人才及培養(yǎng)國內(nèi)人才。
此外，半導(dǎo)體業(yè)環(huán)境在近兩年產(chǎn)生了巨大的變化。體現(xiàn)在摩爾定律作為三四十年引領(lǐng)IC業(yè)發(fā)展的強推動力，已然接近物理極限。雖然半導(dǎo)體仍會繼續(xù)創(chuàng)新，但不會像以往這么快，沖擊將非常大。4.中芯國際對國產(chǎn)設(shè)備、材料的空間提升

中芯國際是中國大陸最大的晶圓代工企業(yè)，在大陸市場中占據(jù)58%的市場份額。中芯國際九成以上收入來自28nm以上的成熟制程產(chǎn)品，不過中芯國際之前表示，在今年上半年能夠生產(chǎn)14nm的芯片了，而一旦能夠量產(chǎn)14nm，那么60%的芯片都能夠生產(chǎn)了。

隨著技術(shù)節(jié)點的不斷縮小，集成電路制造的設(shè)備投入呈大幅上升的趨勢。 據(jù)SMIC公告，2019年設(shè)備投入資本高達(dá)21億美元。

盡管國產(chǎn)設(shè)備尚未大量進(jìn)入中芯國際的14nm FinFET SN1工廠，但以中微公司等已具備7nm/5nm制程部分設(shè)備供應(yīng)能力，北方華創(chuàng)、盛美半導(dǎo)體具備14nm制程部分設(shè)備供應(yīng)能力。隨著中美貿(mào)易的摩擦，未來國產(chǎn)設(shè)備的替換是理所當(dāng)然。

從材料上看，中芯國際近三年采購半導(dǎo)體材料價值量持續(xù)上升，2019年達(dá)到47.2億，其中硅片占比最大，為43%，光刻膠及配套試劑、濕化學(xué)品、電子氣體、拋光液、拋光墊、靶材占比分別為15%、14%、8%、9%、6%、5%；

采購的半導(dǎo)體材料中，掩模版、研磨液國產(chǎn)化率較高，而其他材料則以進(jìn)口為主，但隨著國產(chǎn)材料在成熟工藝上的突破，國產(chǎn)材料的替代率會越來越高。整個市場成向上趨勢

在過去幾年，全球半導(dǎo)體行業(yè)增長主要依賴智能手機等電子設(shè)備的需求，以及物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)應(yīng)用的擴增。預(yù)計全球半導(dǎo)體行業(yè)增長態(tài)勢有望持續(xù)至下一個十年，未來國產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備及材料增長空間巨大。