最新全球主要晶圆代工厂产能、价格及下游应用情况分析
最新全球主要晶圆代工厂产能、价格及下游应用情况分析
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业内周知，晶圆制造作为半导体产业链的重要环节，是连接上游设计和下游应用的桥梁。目前，半导体行业晶圆制造的模式主要有两种，一是IDM模式，集IC设计、制造与封测为一体，通过产业链工艺的协同优化，有利于充分发掘技术潜力并且能够实现利润最大化；二是Fabless+Foundry模式，专注设计无工厂+晶圆代工。该模式下设计与制造各司其责，有利于降低Fabless设计公司的准入门槛，是目前市场的主流模式。
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晶圆代工领域竞争格局稳定，8英寸和12英寸是当下主流尺寸
近年来，由于受益于汽车电子、工业控制、AIOT等高增长应用市场对半导体的强劲需求，晶圆制造市场增长强劲。根据IC Insights的数据，2021年晶圆制造市场总销售额同比增长26%，首次突破1000亿美元大关达到1101亿美元，并将继续以年均11.6%的速度持续增长，直至2025年预计总销售额将达到1706亿美元。
资料来源：IC Insights，芯八哥整理
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从竞争格局来看，晶圆代工行业格局相对稳定，2021年前十大厂商和2020年相比基本上没有变化。目前，全球前十大专属代工厂商主要有台积电、联电、格芯、中芯国际、华虹集团、力积电、Tower、世界先进、东部高科、稳懋。其中台积电一家独大，市占率超过60%，连续多年稳居晶圆代工行业第一的宝座。
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全球前十大代工厂商晶圆产能情况一览
资料来源：芯八哥整理
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按地域来划分，前十大专属晶圆代工公司主要分布在中国台湾和中国大陆为主。其中，中国台湾有台积电、联电、力积电、世界先进、稳懋五家代工企业，整体市占率为75%；中国大陆有中芯国际和华虹集团两家厂商，分别占据了第四和第五的位置，2021年整体市占率为9.51%；美国有格芯一家代工厂，市占率为7.43%；其他以色列的高塔和韩国的东部高科市占率都在2%以下。
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营收方面，受益于晶圆代工平均销售价格上涨11.5％，以及单位出货量增长18％，2021年全球主要晶圆代工厂商营收大幅增长，其中华虹集团、力积电、世界先进同比增长更是在30%以上。
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产能方面，据不完全统计，这十家代工厂商在全球约拥有60座左右晶圆厂。其中台积电在产能方面属于独一档，2021年台积电晶圆出货量达1420万片12英寸晶圆约当量，和2020年相比增长14.52%。此外，中芯国际2021年晶圆出货量为300万片12英寸晶圆约当量，在国内晶圆厂中产能最大。
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晶圆尺寸方面，根据SEMI的数据显示，自2011年起，在全球不同尺寸晶圆中，12英寸晶圆总出货量市占率超过50%，且自2014年起稳定在60%以上，而8英寸晶圆仅占总市场规模的25%。值得一提是，随着4英寸晶圆厂慢慢被淘汰，6英寸晶圆以下的晶圆市占率不断缩小，目前约占15%左右的份额。
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资料来源：SEMI
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随着晶圆代工技术的不断更新迭代，目前8英寸和12英寸晶圆已成为晶圆代工厂的主流配置。其中，8英寸主要用于成熟制程及特种制程。随着存储计算、边缘计算、物联网等新应用的兴起带动了NOR Flash、指纹识别芯片、电源芯片等产品对8英寸晶圆的需求。此外，近年来新能源汽车的产销两旺带动了MOSFET、IGBT等8英寸功率器件的需求。在下游众多领域需求的驱动下，8英寸晶圆代工产能目前处于供不应求的状态。
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值得注意的是，在8英寸产能趋紧的情况下，已有部分客户开始将产品从8英寸转向12英寸生产。行业人士指出，12 英寸的晶圆直径为300mm，其面积是8英寸晶圆的2.25倍，晶圆尺寸的扩大使每片晶圆可切割的芯片数量上升。随着晶圆尺寸的升级以及良率的上升，单位面积芯片的成本将显著降低，晶圆厂追逐12 英寸大尺寸产线的建设升级是大势所趋。
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下游应用方面，目前晶圆代工下游的主要应用领域为消费电子、工业控制、汽车电子、物联网等领域。按照芯片种类来划分的话，逻辑芯片是第一大应用市场，占比超过70%，其次是模拟芯片，占比接近10%，第三是分离器件，占比约5%左右。
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资料来源：HIS Markit
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具体来看，目前8英寸晶圆尺寸主要工艺制程在0.13-90nm，主要应用于指纹识别、MCU、电源管理、显示驱动、MOSFET、IGBT等领域；12英寸成熟制程主要应用在DSP处理器、射频、蓝牙、GPS导航等领域；12英寸先进制程以20nm为节点，20nm以下主要应用于手机处理器和高性能计算机等对计算要求较高的领域为主，而20nm-32nm则主要应用于FPGA、ASIC、存储等领域。
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不同晶圆尺寸不同工艺制程的下游应用领域
资料来源：芯八哥整理
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产能供不应求，涨价与扩产贯穿疫情以来晶圆代工行业始终
2020年的疫情对全球经济影响十分深远。疫情造成停工停产让供应链受阻，使得半导体产业链供需出现严重失衡的情况。为了抢产能，下游客户涨价抢购已波及到上游的晶圆制造，这导致晶圆厂产能持续紧张，只能涨价应对。另一方面，缺芯和供应链安全需求引发了一场创纪录的晶圆厂投资热潮，并推动各国政府提供财政激励以促进晶圆制造本地化。纵观疫情来的晶圆代工领域，“涨价”、“扩产”两个关键词贯穿始终。
资料来源：芯八哥整理
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涨价情况方面，2022年初，台积电计划将部分8英寸和12英寸制程价格上调10%-20%，且12英寸制程涨幅高于8英寸。在这轮调价之后不久，台积电接着继续发布第二次涨价计划，宣布从2023年1月起全面调涨先进与成熟工艺的代工价格，按客户、产品与订单规模不同，涨幅约5%-9%。除了涨价外，台积电已通知客户，从明年1月起，账期将由30天缩短为15天。联电方面，针对营收占比达三成以上的三大客户，涨幅约为8%至12%，2022年1月起生效。目前，联电主要客户以AMD、高通、德州仪器、英伟达等大厂为主；IDM大厂三星方面，在台积电宣布涨价后不久，三星就紧接着宣布涨价，计划将代工价格提高15%-20%,具体涨幅取决于客户订单量、芯片种类和合同期限决定。此外，中芯国际联席CEO赵海军在2022年Q1季度业绩说明会上表示，由于各种原材料都在涨价，中芯国际也在与客户协商调价。
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为了彻底解决缺芯问题，除了涨价之外，各大晶圆厂扩产的动作也自2021年以来始终不曾断过。根据市场研究机构Gartner的数据，全球芯片制造商今年的资本支出预计合计将达到1460亿美元，比疫情暴发前的水平高出约50%，是五年前水平的两倍。其中，作为全球晶圆代工龙头，台积电今年的资本支出预估将达400至440亿美元，和去年相比大增33%-46.5%。
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此外，根据SEMI的数据统计，全球半导体制造商在2021年和2022年将新建29座工厂，以满足市场对芯片的日益增长的需求。从区域分布看，中国大陆和台湾地区将在新的厂房建设中领先，分别为8座；其次是美洲6座；欧洲/中东3座；日本和韩国各2座。这些新建工厂中，300mm(12英寸)厂占据主力，其中2021年新建15座，2022年新建7座。其余7个工厂包括100mm(4英寸)，150mm(6英寸)和200mm(8英寸)。这29家工厂全部建成投产后，每月可生产多达260万片晶圆(等效8英寸)。
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全球主要晶圆厂产能扩充情况
资料来源：芯八哥整理
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从上表可以看出，晶圆代工龙头台积电先后启动了在美国亚利桑那州、中国南京、中国台湾高雄等地的建厂和扩产计划。今年的资本支出预计超过400亿美元，三年内支出更是高达1000亿美元。其中，南京工厂方面，台积电表示将投资28.87亿美元扩增28nm产能，在2023年实现28nm芯片月产能4万片；此外，台积电还计划在日本九州熊本市兴建12英寸晶圆厂，聚焦22纳米及28纳米制程，产能约达到4.5万片，初期预估资本支出约70亿美元；同时台积电还宣布将于高雄设立生产7纳米及28 纳米制程的晶圆厂，预计于2022年开始动工，并于2024年开始量产。
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作为中国大陆晶圆代工龙头，中芯国际2022年资本开支为50亿美元。产能扩充方面，中芯国际去年10月宣布在北京、深圳、上海等地启动扩产，预计斥资总额超过110亿美元，新产能将于2023年陆续开出。其中上海临港自贸区规划兴建12英寸28纳米制程晶圆厂，计划投资金额为88.7亿美元，最高月产能将达到10万片。此外，中芯国际还计划于深圳市坪山区兴建12 英寸28纳米制程晶圆厂，锁定驱动芯片及电源管理芯片等产品，规划月产能为4万片。
除了上述厂商外，全球主要的IDM厂商近年来也大都宣布了扩产计划。三星在去年表示，投资额将超过170亿美元在美国兴建以5纳米先进制程为主的12英寸晶圆厂，届时将增加产能3万片/月；英特尔表示将斥资200亿元在美国扩充12英寸的产能，相关的两座新工厂将在今年开工建设，预计2025年投产。
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值得强调的是，作为模拟芯片领域的绝对龙头，德州仪器2021年其销售额达到140.50亿美元，占全球模拟市场19%的份额。据了解，德州仪器大约一半的模拟器件是在300mm（12英寸）晶圆上制造的。2022年2月，德州仪器宣布了未来几年的资本支出计划，到2025年德州仪器每年将支出约 35 亿美元用于芯片制造。产能扩充方面，德州仪器将新建4座工厂，主要在谢尔曼进行，该公司计划今年完成前两家工厂的建设，预计2025年第一家工厂投产，第三和第四家工厂的建设将在2026年至2030年之间开始。德州仪器表示，经过一些扩产后，届时公司将拥有八家300mm晶圆厂。
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尽管目前各大厂商都在加大资本开支用于产能扩充，但是由于晶圆厂建设资本开支较高、建设标准严格、建设周期缓慢，由厂房建设到产能爬坡、良率提升大概需要3年左右的时间，这在一定程度上制约了晶圆厂产能的供给端扩张。因此新建厂商产能的释放仍然需要时间，并不能缓解当下的产能紧张局面。
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据IC Insights的数据统计，目前各大晶圆厂的平均产能利用率在95%的高位附近，部分厂商更是接近100%超负荷运转。在这种情况下，部分需求较旺的产品交货期也不断延长。以车规IGBT为例，由于目前产能的增长速度远低于下游需求的增长速度。因此，其交货期在正常8-12周左右的基础上不断拉长，甚至一度超过50周以上，尤其以英飞凌、恩智浦等海外车规品大厂缺货最为明显。
2016-2022年集成电路晶圆产能趋势（8英寸约当量）
资料来源：IC Insights
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以销定产，晶圆代工厂商与下游客户深度绑定
随着各大晶圆代工厂大举扩产，部分终端需求开始下滑，市场开始忧虑代工产能是否供过于求。但业内人士指出，大厂都是在确定客户真正需求后，才一起合作扩产。一方面，客户可以保证自己晶圆的稳定供应；另一方面，晶圆厂也可以避免产能闲置，最终无人买单的局面出现。
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据了解，就先进制程来看，代工厂只要有一两个指标客户年出货超过上亿个芯片规模就能回本，台积电、三星、中芯国际等都积极建立与客户长期合作关系，其中台积电先进制程客户产品线超过百种，投片半年就可回收成本。而二线厂商如联电，同样也由客户以议定价格预先支付订金的方式，取得该厂区产能。
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以台积电为例，作为全球第一大晶圆代工厂，台积电的主要客户为苹果、联发科、AMD、高通、博通、英伟达、索尼等行业巨头。一直以来，苹果都是台积电最大的客户，苹果公司自研的A系列芯片有很长一段时间均由台积电独家代工。最近这两年里，苹果又推出了自研PC处理器M系列芯片，同样也是交给台积电代工。由于苹果旗下的Mac/iPad电脑和iPhone手机的畅销，使得苹果的芯片需求旺盛，因此仅苹果一家就为台积电贡献了将近26%的收入，遥遥领先台积电其它客户。
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值得一提是，虽然台积电计划调涨明年晶圆代工的价格，但据中国台湾地区供应链透露，台积电对第一大客户苹果的涨价最低，仅为3%。作为公司的第一大客户，苹果获得了不同于其他客户的VIP待遇，毕竟台积电未来的营收还得靠苹果来兜底。
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除了苹果外，台积电的第二大客户是联发科，占比为5.8%。从数据上看，联发科芯片的份额占比虽然显著提升了，不过贡献份额也不算高，仅相当于苹果的零头而已。再就是AMD排在第三名，近年来借助台积电7nm制程工艺，AMD旗下的处理器取得了巨大的突破，对Intel可谓是步步紧逼，但贡献的收入占比也不到5%。
资料来源：芯八哥整理
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值得强调的是，中芯国际作为中国大陆规模最大、技术最先进晶圆代工厂商，近年来在国产替代的带动下迎来快速发展。公开资料显示，中芯国际耕耘晶圆代工22年，公司12英寸及8英寸晶圆产能均为国内第一，技术横跨0.35um至14nm，国内覆盖最全的先进及成熟制程。公司近年来快速扩产，2022Q1产能折合8英寸晶圆64.91万片/月，按现有产能规划各厂满产后产能将翻倍。
中芯国际前十大客户名单
资料来源：芯八哥整理
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下游客户方面，华为海思为中芯国际的第一大客户，占中芯国际收入比例约20%左右。从产品方面来看，双方合作的主要代工产品包括低端手机SOC（14nm）、安防、机顶盒、数字电视等多媒体芯片以及PMIC芯片等。
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值得注意的是，中芯国际的芯片代工能力主要表现在14nm工艺以上，与台积电和三星仍尚有较大的差距。受益于美国对华为出口管制带来的转单效应，中芯国际从台积电手上抢下不少华为海思的订单。但目前双方的合作主要还是在对工艺要求比较低的芯片上，工艺要求较高的比如5nm工艺的麒麟9000，由于工艺技术限制，中芯国际暂时还是无法生产。
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除了华为外，中芯国际的第二大客户为高通，占比约15%左右，双方合作的主要产能为低端手机AP/SOC（14nm）、WIFi/蓝牙、PMIC等。其他比如博通、格科微、兆易创新、紫光展锐四家公司合计占比约20%左右，覆盖的产品主要包括CIS、NOR Flash、NAND Flash、WiFI、蓝牙芯片等。
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写在最后?
进入2022年，半导体行业逐渐从2021年的普涨进入结构性分化行情。虽然目前消费电子的疲软对整个半导体供应链造成了一定的影响，但这也给了产业链相关公司调整产能和产品结构的机会。另一方面，尽管目前各大厂商都在加大资本开支用于产能扩充，但是由于晶圆厂建设周期缓慢，由厂房建设到产能爬坡、良率提升大概需要3年左右的时间，这在一定程度上制约了晶圆厂产能的扩张。目前来看，在新建产能还没有充分释放的背景下，当下的晶圆代工产能紧张的局面仍然还会持续很长一段时间。
