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格芯落子成都,中国再添一座12英寸晶圆厂

http://www.szhhe.com 2017年2月15日


    格芯落子成都,中国再添一座12英寸晶圆厂
  2017年2月10日,格芯(GLOBALFOUNDRIES)与成都市政府在成都高新区宣布合作,正式启动12英寸晶圆生产制造基地,投资规模累计超过100亿美元。就此,中国西南地区第一座12英寸晶圆厂开建。
  据了解,本次投资包括93亿美元代工厂的投资,以及生态系统、基础设施等,加起来总投资额超过100亿美元。
  “这将是中国最大的逻辑芯片代工厂,每年100万晶圆产量,也将是格芯在全球最大的工厂”。在采访中,格芯首席执行官Sanjay Jha表示。
  根据不完全统计,我国目前有11座12英寸晶圆厂投产,包括SK海力士的2座、华力微的1座、联芯集成的1座、三星电子的1座、武汉新芯的1座、英特尔的1座、中芯国际的4座。
  另外,新建的12英寸晶圆厂还有武汉新芯投资240亿美元的存储器基地项目、台积电南京的12英寸厂、福建晋华12英寸存储器集成电路生产线项目、中芯国际北方新建的B3厂、上海投资675亿元的12英寸晶圆产线、深圳的12英寸晶圆产线、上海华力微电子投资387亿元的上海新12英寸晶圆厂等。

  引入22nm FD-SOI
  “成都的12英寸晶圆生产基地未来月产能将达8.5万片”。GlobalFoundries新加坡运营部高级副总裁兼总经理KC Ang告诉记者。
  一期将建设主流CMOS工艺12英寸晶圆生产线,主要工艺为0.18um/0.13um,相关工艺技术主要从新加坡厂转来,设备也将有一部分来自新加坡,预计于2018年年底投产,月产能2万片。KC Ang表示,0.13um良率高、成本好,并且产能最紧张,可应用领域广,中国客户都希望他们尽快在成都生产。
  “现在市场上对于0.18um/0.13um的需求还是非常大的。特别是一些电源和RF设计,很多还是在0.18um/0.13um上”。Sanjay Jha说。
  二期将建设目前格芯最新的22FDX 22nm FD-SOI 工艺12英寸晶圆生产线,相关工艺将于2018年下半年从德国德累斯顿工厂Fab1进行技术转移,设备全新采购,预计2019年第四季度投产,月产能6.5万片。格芯将与成都一起建立生态系统,预计为成都引入较为完善的IPEDA设计服务,以更好地支持22FDX系统。
  Sanjay Jha表示,一期和二期的投资比例大约为1:9,格芯没有计划在成都引入FinFET工艺,而是要在22nm FD-SOI的工艺上走下去。
  目前,22nm FDX已在德国德累斯顿工厂进行少量量产,该工厂已经开始新一代12nm FDX的技术研发。据了解,引入中国工厂的22nm FD-SOI将主要应用在中低端智能手机、物联网、RF射频、汽车等方面,将先在德国厂进行工艺验证,成都厂建好后,再直接把需求带入成都。

  成都抢亲?
  去年5月31日,格芯曾与重庆市签署合作谅解备忘录,欲与重庆市政府成立合资企业,在中国新建一座12英寸晶圆厂。之后曾传出合作破裂的消息。如今,仍是建12英寸晶圆厂,合作方却转换成了成都市。
  “成都可以同时进行0.18um/0.13um和22nmFDX两种不同的工艺制作路线,并且进行更大规模的生产,使生产更有效。另外,成都更适合发展Fab产业,让我们可以在成都当地共同创造出一个更大的电子产业”。Sanjay Jha表示。
  此前,成都曾建立西部首个8英寸晶圆厂,但结局并不美好。如今,除今天已经宣布的格芯12英寸晶圆厂外,去年年底还曾传出紫光欲在成都建设12英寸晶圆厂的消息。
  芯谋研究顾文军此前曾提出观点,认为Foundry做为重资产产业,12英寸晶圆厂动辄涉及几百亿元的投资、强大持续的经济实力、充沛专业的人才积累、全面扎实的产业基础、自主可控的市场需求、上下一致的决心信心、接连几届的政府支持,因此要谨慎同时启动两到三条12英寸晶圆厂。

  全球调整布局
  格芯是全球晶圆代工第二大厂商。按照IC Insights 的预测数据,2016年格芯仍以11%的市场占有率牢牢占据全球第二的位置,营收为55.45亿美元。相比来说,全球代工龙头台积电营收为294.88亿美元,市场占有率59%;第三名的台湾联华电子营收为45.82亿美元,市场占有率9%。
  今天,格芯也公布了其全球制造业务版图的扩展计划。格芯计划在纽约工厂的14nm FinFET工艺产能提升20%,并将于2018年初启用一条全新的晶圆生产线;德国工厂将增加22nm FDX工艺的生产,预计未来三年产能将提升40%;新加坡工厂将增加35%的12英寸晶圆厂40nm工艺产能。
  之所以这次在中国的12寸晶圆厂没有选择40nm/ 55nm工艺,是因为格芯已经看到一些40nm的需求向22nmFDX上转移。而格芯的新加坡厂已有40nm/55nm的生产,因此根据需求预测,在成熟工艺上格芯选择了0.18um/0.13um。
  目前,格芯的22nm FD-SOI每年有120万晶圆的产量。“22nm FDX类似于FinFET性能,成本和28nm FinFET相当。我们正在研发的12nm FDX,但比FinFET小35%,性能提升25%。12nmFDX将于2018年第二季度流片,2019年生产”。Sanjay Jha指出。
  格芯的14nm FinFET制程是引进三星技术授权,在7纳米上,格芯首席技术官Gary Patton也曾告诉记者,未来将会专注于7纳米。本次,记者也了解到,格芯纽约Fab8晶圆厂计划在2018年第二季度开始7纳米工艺生产。
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  格芯在成都建12英寸晶圆生产线,能否革新晶圆代工格局?
  2017年2月10日,GLOBALFOUNDRIES(格芯,原中文名为格罗方德,本文中格罗方德与格芯可互换)宣布,正式启动成都制造基地12英寸晶圆制造生产线的建设。该晶圆制造工厂为格芯与成都地方政府合资,共分两期建设,第一期为12英寸成熟工艺(180纳米与130纳米CMOS逻辑及模拟混合等衍生工艺),技术主要从新加坡引进,计划将于2018年正式投产;第二期为22纳米全耗尽绝缘层上硅(FD-SOI)工艺,技术主要从德国引进,计划将于2019年正式投产。包含配套措施在内的两期投资总额约为100亿美元,第一期建设投资约占总投资额比例的九分之一或十分之一。

  现在进入中国市场晚不晚?
  说起来与格芯(即原格罗方德)也算颇有缘分,我进入媒体行业参加的第一场媒体会,就是格罗方德在2014年12月ICCAD(中国集成电路设计业年会)期间举办的一场媒体会,当时就问过格罗方德是否有计划到中国设厂,彼时负责销售的高级副总裁Chuck Fox的回答简短而果断:没有计划到中国设厂。
  在2015年9月,时任全球设计解决方案部门副总裁的Subramani Kengeri对于中国建厂计划仍给出了否定的答案。
  既然当时格罗方德对于在中国建厂计划并不热心,为何我一再追问此问题呢?理由也很简单,第一,其主要竞争对手均已在大陆布局,格罗方德没有理由将市场拱手让人;第二,作为晶圆代工的客户,IC设计业未来几年增长最快的区域还是中国大陆。
  南京台积电总经理罗镇球曾说,芯片轻薄短小,运输成本很低,因此晶圆制造天生就是全球性行业,地域差异影响因素不大,工厂落地在哪里并不太重要。也许格罗方德此前一直无意在中国设厂,就有此考虑。但我认为,该观点只是从晶圆制造这一个环节来考虑,如果从半导体产业链的全局来看,工厂放在哪里还是还是很重要的。我就曾总结道:“虽然地域性对半导体产业没有决定性作用,但是人才有地域性,市场配套有地域性。与非网分析师王树一认为,大陆作为全球最大集成电路应用市场,已经具备吸引半导体产业链资源围绕自己来建设的资本”。
  在2016年中国晶圆产线遍地开花之后,格芯如今也落子成都,是不是有点晚?有业内人士给我留言:如今大陆市场晶圆代工产线在建产能这么多,已建成产能也是高中低阶都有,现在进来,格芯能找到自己的市场定位吗?
  在与行业内多位资深人士讨论过后,总结各位专家观点,与非网行业分析师王树一认为,格芯现在落地成都并不晚。
  首先,成都格芯一期为180纳米与130纳米工艺的12英寸产线,技术成熟,设备价格也相对便宜,既可以迅速投产,又不会对格芯总公司的财务状况造成很大压力。据业内人士介绍,从动土到量产,格罗方德最快纪录是12个月,如果以类似的速度来推进成都厂的建设,在2018年实现量产,那么入场时机并不会比2016年开建的产线晚。
  目前国内180纳米加130纳米的产能约为15万片每月(以8英寸晶圆计算),市场需求量大。与8英寸产线相比,采用12英寸晶圆实现180纳米与130纳米工艺,在成本上有较大优势。格芯一期产能换算成8英寸约为4.5万片每月,将会给竞争对手造成较大压力。
  其次,二期规划为22纳米FD-SOI工艺,该工艺并不与FinFET(鳍式场效应管)工艺直接竞争,而且FD-SOI生态圈尚不成熟,假如FD-SOI市场发展顺利,按格芯成都生产基地建设规划,2019年投产的时间点也非常好。

  FD-SOI 生态破冰的关键点是什么?
  先进逻辑工艺自28纳米节点分野之后,FinFET与FD-SOI工艺的争论就开始出现。两大工艺均有数家支持者,英特尔与台积电是FinFET路线的坚定支持者,二者目前均无发展FD-SOI工艺的计划。此前曾有流言称,台积电近期也计划发展FD-SOI工艺,但在2016年ICCAD期间,与非网分析师王树一曾就此流言向罗镇球求证,他否认了这一传言。罗镇球说:“我们一直觉得FDSOI是一个暂时的产物。在CMOS(此处指FinFET,FD-SOI需要采用SOI硅片,与普通硅片不同,因此用此指代)里面我们一直往下走,功耗一直降低,速度一直提升。FDSOI我们没有要做,经过多次评估,一看再看,觉得FD-SOI我们不会做。它做不赢我们的FinFET”。
  格罗方德、意法半导体、三星等三大半导体制造商都有FD-SOI工艺在开发过程或已量产。FD-SOI工艺最早由意法半导体(ST Microelectronics)量产,但代工业务在意法半导体占比本就不高,而且除了英特尔与三星及存储器厂商,传统整合元件制造商(IDM)在资本支出上逐渐萎缩,格芯CEO Sanjay Jha在奠基仪式上曾表示:“在半导体行业,停止投资就是停止竞争”,此言虽然不是针对意法半导体,但假如投资跟不上,那么意法半导体以后对FD-SOI工艺的推动力有限。意法半导体虽然是FD-SOI工艺早期的推动者,但有行业人士表示,这几年FD-SOI工艺发展远不如FinFET工艺,与意法半导体当初不愿意将该技术授权给英特尔与台积电有很大关系。
  三星在FinFET与FD-SOI上是两条腿走路,日本索尼公司设计开发的一颗GPS芯片是三星首款28纳米FD-SOI工艺量产芯片,已于2016年开始出货。三星一向喜欢到处押宝,该工艺发展起来不一定能依靠三星,但FD-SOI生态如果真的活跃起来,三星肯定可以迅速扩充产能。
  这么看下来,FD-SOI生态能否发展好,关键点之一竟在于格芯成都工厂二期能否如期投产。
  莫大康先生前不久写过一篇文章《SOI与FinFET技术谁更优》,专门谈FD-SOI与FinFET工艺的优劣,对FD-SOI工艺的相对优势有比较全面的总结,此处我就不再赘述。
  格芯在成都建12英寸晶圆生产线 能否革新晶圆代工格局?

  FD-SOI工艺至少可以发展到7纳米
  法国研究机构CEA-Leti的研究结果表明,FD-SOI工艺至少可以发展到7纳米,但如果只有研究结果而没有资金投入,那么FD-SOI的优势就只能停留在纸面。在前四大代工厂(台积电、格芯、联电、中芯国际)中,只有格芯有明确清晰的FD-SOI工艺发展路线图:德国德累斯顿工厂将在2017年量产22纳米FD-SOI工艺(格芯称之为22纳米FDX),12纳米FDX将于2019年在德国工厂量产。如今格芯成都工厂又以22纳米FDX作为重点,这应该能够降低业内对于FD-SOI工艺发展前景的担心。
  FD-SOI工艺流片成本低、可靠性高、功耗低,非常适合多元化的中国IC设计业需求,行业内有不少人士也在呼吁中国应该发展FD-SOI工艺。但FD-SOI生态现在仍不成熟的主要原因,是规模经济不够造成的整体成本较高。在《2016中国半导体全景观察:生机勃勃又野蛮无序的大冒险时代》中,罗镇球直言“16纳米已经建了十多万片(每月)的产能,FD-SOI说先建2万片,这样的规模肯定没法和十几万的去比。一是技术不占优,一是经济规模不够,两条加起来那条路就很难走,而且FD-SOI的成本也不低,单SOI硅片就比普通硅片贵很多”。
  目前8英寸SOI硅片价格为300至400美元每片,而体硅片每片才30至40美元,SOI硅片价格是普通硅片的十倍。莫大康先生推算,SOI代工硅片价格约为1000美元每片,而中国8英寸普通硅片平均代工价格约为400美元每片,如果二者维持这样的价格差,那么FD-SOI工艺制造的芯片存在一个出货量临界值,过了该临界值,FD-SOI芯片流片成本低的优势就没有了,而且卖得越多,与普通硅片相比成本压力越大。(注:如果不计算开发费用,单芯片成本约为流片成本除以出货量再加上单位晶圆成本)
  而SOI硅片成本之所以高,又恰恰是因为规模经济不够大,上游硅片厂只能将价格维持在高位,这似乎陷入了一个死循环。打破FD-SOI工艺僵局的方法,就是有人肯投钱加大产能,从而降低SOI硅片的价格。
  所以,格芯成都工厂二期的22纳米FDX 6.5万片每月产能规划能否顺利投产,对于FD-SOI生态而言至关重要。
 
  对于晶圆代工格局的影响
  市场调研机构Canaccord Genuity日前一份报告显示,智能手机市场92%的利润被苹果拿走。实际上,在晶圆代工行业,利润分配状况也类似于智能手机市场,苹果的合作伙伴台积电拿走了晶圆代工市场90%以上的利润。
  在晶圆代工领域,格芯其实是很有机会和台积电掰一掰手腕的。收购了IBM微电子部门以后,无论是技术积累还是资本投入,台积电和格芯都位居纯代工厂中的前两名。当然无论是营收、产能还是资本支出,与台积电相比,格芯还有明显的差距,并没有甩开联电及中芯国际,目前三家同属第二集团。如果格芯能够提高执行力,减少内部资源损耗,应该可以大幅甩开第二集团。
  成都格芯在SOI工艺上能发展好,也不是没机会在不同领域和台积电各擅胜场。
  在奠基仪式演讲中,Sanjay Jha用了很大篇幅来介绍FD-SOI工艺及其规划。Sanjay称,要将成都建设成为半导体之都,FD-SOI生态的国际中心。
  虽然对第二期规划的近90亿美元投资能否顺利到位,我还心存疑惑,但格芯的方向无疑是正确的。台积电南京工厂16纳米开建以后,格芯在成都工厂再建设FinFET产能的意义不大。
  SOI则完全是另外一个故事。在RF-SOI工艺(射频SOI工艺,主要用SOI工艺生产功放等射频芯片)上,格芯非常领先(技术来源于原IBM微电子)。消息人士告诉我,成都格芯一期在建设逻辑工艺的同时,有可能会引入180纳米RF-SOI工艺,因为RF SOI工艺与体硅(Bulk CMOS)很接近,因此极有可能统一建线混合生产。相比传统的砷化镓(GaAs)工艺,RF-SOI工艺在成本和集成度上有明显的优势,在手机射频前端等应用中,RF-SOI器件正在快速取代砷化镓器件。
  当然,由于射频SOI芯片面积小,所以对于产能需求不大。该消息人士预估,全球对于RF-SOI工艺的需求也仅在5000片晶圆每月(12英寸),成都格芯分配给RF-SOI的产能将不会超过2500片晶圆每月,即一期规划产能2万片的十分之一左右。
  但一期SOI硅片供应磨合,将对二期FD-SOI产能建设有极大的帮助。
  当然,现在谈论计划2019年才投产的二期产能对市场格局的影响为时过早。一期投产以后对国内代工市场有何影响呢?
  有专家表示,现在国内180纳米加130纳米产能为15万片每月,格芯一期等效产能为4.5万片,这批产能投产后,显然会对市场价格造成冲击。如今这种成熟工艺的毛利仅有20%左右,假设价格降低5%,那么毛利率会降低25%。目前在香港上市的三家国内半导体公司,都将受到较大的压力。

  成都重庆与苏州,地方发展集成电路观之差异
  格罗方德要在中国建厂的消息在2016年上半年即开始传。最早的消息是在重庆设厂,2016年5月时格罗方德与重庆市政府签约,计划将一座旧晶圆厂改造成12英寸产线。为何最终将工厂改址成都,Sanjay给出的解释是两点:第一,成都给的地更多;第二,成都产业链更成熟,更适合建厂。
  “成都厂可以容纳生产130纳米、180纳米CMOS与22纳米FD-SOI的规划,这样在一个工厂实现更多的产能,生产更有效率,这是很重要的一点”。Sanjay说道。
  集成电路产业被明确为国家战略新兴产业以后,国家在政策与资金支持上给予了支持力度前所未见。各地政府对于集成电路资源的争夺也愈演愈烈,成都与重庆对于格芯工厂之争就是最明显的一例。有业内人士表示,在格罗方德与重庆已经签约的情况下,成都能够最终争得这次机会,既与其要大力发展集成电路的决心有关,也与成都政府高层懂集成电路产业有关。
  据四川日报《格芯12英寸晶圆项目落户成都 除了巨额投资,四川还将收获什么?》报道,四川省经信委电子信息处相关负责人表示,晶圆制造能力增强将极大带动相关产业的聚集,“根据此前研究,集成电路的1元产值,可以带动电子信息相关产业100元产值”。
  与成都重庆对半导体产业资源的火热争夺相比,曾经的半导体重镇苏州异常平静,对于此轮半导体发展没有太多投入。在与苏州半导体发展轨迹类似,也曾遭遇过挫折的近邻无锡近日也宣布推出200亿集成电路产业投资基金以后,仍然不见苏州有任何大动作。
  虽然仅靠政策发展不起一个产业,只想吃政策的半导体公司也是行业发展的害群之马,但苏州现在却对这轮国家集成电路发展规划无动于衷实在是不可理解。苏州在中国算是集成电路产业基础相当好的城市,封测业非常发达,只是制造业与IC设计业发展一般,但其电子信息产业规模近万亿,占江苏省电子信息产业总值近三分之一,占全国比例近十分之一。这样的下游基础不去利用,再过五年也许苏州的电子信息产业要为错过这轮集成电路发展时机而还债。
  就算曾经遇到过挫折,但相比后发地区,至少有以前的教训,会少走一些弯路。就算是电子信息产业中很多是外来加工企业,本地没有采购权,但如果政府不去推动,那么这些外来加工企业就永远只能是生产基地,何谈产业升级?
  即便不认为集成电路制造是高科技产业,但IC设计业绝对符合苏州对于产业升级的要求,而长三角周围制造业与封测业等配套都非常成熟,而如前所述,集成电路应用市场也相当巨大,仅苏州本地就有万亿规模。在上海运营成本不断升高时,苏州本有机会承接部分上海IC设计公司研发中心的分流,但苏州一直无意去承接。到今日苏州运营成本也上升的情况下,上海设计公司外迁时显然已经排除苏州了,成本高又没有政策支持,除了离上海近还有什么优势?
  重申我的结论,无论是苏州对待集成电路过于冷漠,还是某些不具备集成电路产业发展基础的地方对集成电路发展过热,对于中国半导体产业发展来说,都不是好事。
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  冷静看待成都的“格芯”
  全球代工巨头格罗方德(GF)在成都落子,与成都市政府合资建12英寸生产线,GF占51%,并引入中国半导体业非常有兴趣的22FDX(FDSOI)技术。
  “格芯”之所以引起业界关注有两点:
  1、与厦门的”联芯”一样是合资企业,它不同于之前英特尔,海力士,三星及台积电的独资模式;
  2、导入SOI技术,目前计划是2018年开始成熟制程量产,以及2019年是22纳米的FDSOI技术量产。

  为什么SOI技术对于中国是个亮点?
  在摩尔定律推动下,半导体技术是突飞猛进,英特尔,台积电,三星等在finFET技术方面进入10纳米量产,而7纳米已是”箭在弦上”,最快是明年步入。而中国的14纳米技术,目标定在2020年,所以差距是明显的。
  然而从全球半导体业的趋势,尽管尺寸缩小的路还能往下走,但是越来越困难,只有那些对于计算功能要求高的芯片才会采用finFET技术,但是不可否认现阶段它居主流地位。而定律的另一支,采用3D等封装技术的堆叠芯片,及能满足低功耗为主的芯片,正在醖酿喷发。
  目前的全球物联网等市场正在培育之中,它的生态链成长尚需时间。因此对于中国半导体业而言,一定是finFET与SOI两类技术都需要,齐头并进。然而相对SOI技术的差距要少许多,所以业界声称是”弯道超车”的机会之一。
  相信这也是业界对于”格芯”给予较高评价的原因之一。

  “格芯”的关注点
  任何事情要完美是不可能的,都是相对的。关键在于自身的努力,以及弄清楚中国半导体业要的究竟是什么?
  “格芯”项目同样包含着诸多的不确定性,如;GF的亏损,未来”格芯”的盈利疑问?;西方对于22纳米FDSOI技术的转移可能性?全球SOI市场的增长,能否与”格芯”相匹配?等。

  中国半导体业聚焦的是什么?
  显然,希望”格芯”的一期能在2020年时项目实现盈利,以及二期的FDSOI22纳米技术转移。但是从长远竞争力,更该关注的是迅速培育SOI技术在中国的生态链完善。
  从全球观察,现阶段SOI技术尚不是主流,仅应用在某些特定领域中,如RFIC等。分析成本高是难以普及的最主要原因之一,而成本高又与SOI的市场不足相关。所以这是一个生态链的问题,要从技术的普及与市场的培育着手,尚需要时间。
  中国半导体业要从完善SOI的生态链着手,全方位的推进,包括SOI硅片的自制,IC设计公司的采用,及第三方IP公司,代工及封装等支持,包括人才的培养。只有SOI的市场扩大,才可能成本下降。
  所以中国半导体业的目标要十分清楚,不拘泥于暂时的盈利或者亏损,而更应关注生态链的培育与成长,显然其中22纳米的FDSOI技术的及时转移成为关键。只有生态链的完善才能使中国半导体业的自强自立成为可能。
  一直以来对于地方政府来承担中国半导体产业的发展责任十分担心,因为”鱼与熊掌”不可兼得。相信随着时间的推进,这种不平衡情况会得到相应的调整。
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