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半導體產業,還能繁榮多久?

時間:2022-03-25

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導語:半導體行業因為每4、5年一個榮枯周期,背上了大起大落的惡名。目前晶圓制造大廠動輒千億的擴張計劃,更是加劇了周期擔憂。然而,設備產能瓶頸與萬物用芯的巨大需求將大大拉長這個繁榮周期,或許我們迎來了一個芯運長久的時代。

  首先是半導體設備的產能緊張。

  不僅先進制程的設備緊張,成熟工藝的設備也很緊張,這導致晶圓制造商建廠速度減慢,芯片產能擴張速度相對溫和。

  近日, ASML的CEO彼得·溫寧克表示,晶圓制造大廠們的擴張計劃將受限于設備短缺,而且這種短缺是長期的,ASML的供應鏈無法通過提高生產效率來化解設備產能緊缺。

  雖然ASML今年、明年的產能會持續增加,但增加的產能跟不上芯片擴產的增長,若要ASML滿足市場,其產能要提高50%以上,這不是一朝一夕的事。

  ASML擁有700家產品相關供應商,其中200家是關鍵供應商。如果提高效率,至少要這200多家企業一起提速。但由于很多部件是高度精密的設備,很難在短期內迅速擴大產能。按過往的經驗,光刻機設備的產能很難在短時間里突然爆發,其產能緊張是常態。

  目前ASML正與供應商一起評估如何增加產能。但是另外一個問題也困擾著設備生產商,ASML目前還沒有晶圓制造商們明確投資規模。最近動輒爆出百億美元的大項目,具體有哪些要確定落地,尚未有明確答案。

  不僅先進制程設備緊缺,成熟工藝的設備也緊缺。以用于8吋的光刻設備為例。

  ASML、佳能和尼康是8吋光刻系統的主要供應商,此類設備目前市場也很緊俏。目前所有的光刻設備商都在制造和翻新適應于8吋制程的光刻設備。就連市場上用于翻新8吋設備的工具也嚴重短缺。

  不僅僅8吋的設備,在過去10年中,更成熟工藝的設備需求一直保持強勁并不斷增長。今天的短缺不僅僅目前需求的回應,也是對幾年前出現的短缺的補課。

  為應對8吋設備的短缺,設備和原料供應商已經顯著擴大制造能力。但依然不敷使用,目前晶圓制造和設計公司已經嘗試將工藝和產品轉移到自動化程度更高和產能更大的12吋產線。

  其次,芯片需求綿綿無絕期。

  芯片行業曾經只靠一兩個關鍵產品的驅動,先是個人電腦再是智能手機。現在,人工智能的興起使得芯片從工廠制造、汽車駕駛、再到家用電器的智能化,可謂萬物用芯。智能設備的大幅增加,則需要更多的算力和數據來支撐,數據的存儲和處理帶來了更多的芯片需求。

  結果,每臺設備的半導體含量猛增。如果取平均值,到2025年,智能手機將包含價值275美元的芯片,而2015年智能手機中的芯片100美元。汽車芯片的增幅也與之類似。

  芯片用量快速增加,但芯片產能并沒有按同樣的速率增加。由光刻機的產能原理就可以看出,讓投資如此巨大,技術如此復雜的超長供應鏈,同步提速很難實現。

  芯片需求也出現了多樣化。芯片需求除了個人消費品,現在向其他領域擴展。除了我們熟知的制造業的智能化,服務業和政府需求也大幅出現。政府也是芯片需求大戶,如機場、路政、治安、云上政務等等。所以目前國內互聯網企業躍躍欲試,進入芯片領域,并不是它們跟風,而是它們作為新的基礎平臺有大量的芯片需求。

  如此突然而強烈的需求,先進制程姑且不論,已經被一度冷落的成熟產能都出現緊缺。

  前面提及的8吋晶圓廠自1990年代以來就已經存在。目前全球有200多家8吋晶圓廠采用成熟的工藝技術制造芯片。各種技術節點的工藝生產的芯片用于所有電子產品。

  本來8吋晶圓廠已經被市場逐漸冷落,但從2015年開始,這種成熟工藝的芯片的需求激增,使得8吋晶圓廠利用率直逼100%,甚至出現產能短缺。尤其2021年以來汽車公司瘋狂地訂購芯片,現在許多汽車芯片在8吋晶圓廠中制造的。

  芯片需求大爆發的趨勢是如此強烈而持久,加之晶圓制造巨頭的毛利很高,如此巨大的利益怎么不能引起混戰,這才是各主要經濟體爭相擴產的主要原因。

  綜上所述,由于芯片制造供應鏈環節太多,芯片制造廠投資過于巨大,建設周期過長,導致晶圓制造新增產能的釋放是一個緩慢而長期的過程。試想,光刻設備要2、3年才能滿足需求,建廠周期也要2、3年,即便這兩個周期不完全疊加,但總歸會讓整個建設周期延后。

  盡管資金蜂擁建廠,但產能的兌現是緩慢的。此外,需求的出現總是出人意表,譬如挖礦機,誰能想到它會成為臺積電那樣的巨頭的大宗客戶。誰也沒料想到疫情會伴隨著芯片的巨大需求一起到來。

  我們的世界不斷有新事物、新需求出現,或許在人們為已經出現的需求建設產能時,新的需求又不斷出現。所以今天的半導體產業擴產平緩而需求綿長,它不再是4、5年一調整的周期行業了。


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