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晶圆厂面临艰难抉择:扩充产能还是维持现状?

2015/08/12
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全球半导体产能及产能利用率是重要的技术经济指标。在今年6月举行的DAC(自动化设计)大会上,Mentor Graphics在一个专题讨论会中提出一个假设:我们现在已经进入到一个对半导体产能需求很高的阶段,不但对先进工艺的产能有很大需求,由于物联网设计中对于低功耗与低成本的要求,旧工艺的产能需求也在增长。因此这些需求加在一起,是否会促使晶圆厂提高产能呢?

如果晶圆产能不足,依赖半导体元器件电子设备制造商就不得不降低营收预期。从晶圆厂的方面来考虑,它们对待提高产能的态度比较谨慎,因为扩产或者提高产能利用率将会影响到晶圆厂的毛利率和净利率。众所周知,晶圆厂的产线设备昂贵,建设一条产线的周期也很长。

观察产能利用率的数据很有意义,遗憾的是SIA(半导体工业协会)在2012年十月以后停止了公布晶圆厂产能利用率数据。不过根据现有的历史数据已经能够说明一些问题。

在2008年大衰退之前,晶圆厂的产能利用率一般在85%~90%左右,偶尔能达到90%以上。在2008~2009年的经济衰退时,产能利用率最低掉到了56%。度过大衰退以后产能恢复得很快,从2010年到最后一份报告,产能利用率都在90%以上。

当现有产能达到极限时会发生什么情况?显然这会导致晶圆厂根据客户的重要程度来调配产能,围绕产能争夺会发生很多不愉快的事情。当然有些工艺节点的产能需求会特别紧张,另外工艺是否可移植也会影响到客户在产能得不到满足的时候是否会转向第二供应商。

很明显现在需要晶圆代工厂甚至他们的客户作出努力以避免这些产能问题。同样,晶圆代工厂只有和客户紧密合作才能避免产能过剩的问题。做到这两点的关键在于晶圆代工厂的客户提出的产能需求预估足够准确。

在2015年DAC大会上,Mentor Graphics主办了一个专题讨论会,讨论会的嘉宾有eSilicon负责设计技术和研发的副总裁Prasad Subramaniam、三星晶圆代工市场高级总监Kelvin Low、联电美国负责商务发展的副总裁Walter Ng。讨论会由Mentor Graphics负责Calibre设计方案的高级总监Michael Buehler Garcia主持。

Walter Ng指出产能调配实际上使得晶圆代工厂丧失了不少机会,用他的话来说就是“产能调配对于代工厂来说不是什么好事。” 他强调客户给晶圆代工厂精确的产能需求预估是非常重要的。事实上经常出现几个客户争抢一条产线产能的状况,最终这条产线只能满足一个客户的需求,这将导致其他客户的订单并没有产线来生产。这意味着当发生产能调配时,只有大客户才有机会得到宝贵的产能。

三星的Kelvin认为硅(晶圆)不是产能紧张的唯一原因,可制造设计(DFM)影响良率并最终决定有多少芯片可以上市。更高的良率意味着生产同样多的芯片将需要更少的晶圆。另外一个限制产能的因素是测试时间,提高测试设备的效率同样能够扩大产能。

所有的嘉宾都认为,客户对于晶圆代工厂的产能影响相当大。

谈到物联网对于产能的影响,Kelvin表示这需要有具体的物联网芯片产能需求预估数据才能够判断。不过现在很多物联网芯片采用的是旧工艺节点,这对晶圆代工厂来说是喜忧参半:旧工艺有产能需求很不错,但是如果最后的需求超过现有产能,代工厂怎么满足这些产能需求呢?现在没有人能够再建8寸晶圆厂了,Walter Ng就被问到采用旧工艺节点建12寸厂是否有意义。

采用旧工艺进行新应用所导致的另外一个问题是:如何升级旧工艺以满足新应用中的一些关键需求,例如低功耗。旧工艺的改造不仅限于工艺流程,现在的IP也要根据新的需求进行优化。

Kelvin表示三星计划投资150亿美元来建造新的晶圆厂,联电的Walter也表示联电将加大投资以扩充28nm的产能,看起来晶圆厂对于产能扩张还是很激进的。

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