莫大康：(2021.5.10)半導體一周要聞

半導體一周要聞

2021.5.6- 2021.5.8

1. 機構預測今年全球半導體市場規模達5220億美元

市場調研機構IDC發布半導體應用預測報告顯示，2020年全球半導體銷售額將達到4640億美元，比2019年增長10.8%。2021年，全球半導體銷售額預計會達到5220億美元，同比增長12.5%。

IDC預測，2021年汽車半導體銷售額將會增長13.6%。在計算系統半導體市場中，2020年該市場銷售額增長17.3%，達到1600億美元；IDC預計其增速將超過其它半導體市場，今年該市場的營收會達到1730億美元，同比增長7.7%。IDC計算半導體研究副總裁肖恩?勞指出，目前PC處理器的需求仍然強勁，尤其是以價值為導向的領域。在手機半導體市場，2020年出貨量減少超過10%以上，但營收增加了9.1%。而來到2021年，5G手機將會占到所有手機出貨的34%，同時5G手機半導體將會占到整個市場營收的三分之二，所以對半導體供應商來說今年是關鍵的一年。IDC預計，2021年手機半導體銷售額將會增長23.3%，達到1470億美元。此外，消費半導體市場2020年營收預計增長7.7%達到600億美元。

2. 全球首個2nm芯片問世，臺積電霸主地位不保？

半導體歷史上出現新里程碑：IBM于紐約時間5月6日在其官網宣布制造出世界上第一顆2nm芯片，揭開了半導體設計和工藝方面的突破。IBM預計與當今最新一代的AMD最新一代CPU和GPU所采用的最先進的7nm芯片相比，2nm芯片將實現提高45％的性能或降低75％的功耗。

該芯片的制造者為IBM奧爾巴尼研究室（IBM Research Albany）。IBM曾是一家主要的芯片制造商，現已將其大量芯片生產外包給三星電子，但其在紐約州奧爾巴尼仍保留著一個芯片制造研究中心。據 IBM 的說法，這些先進的2 nm芯片的潛在優勢可能包括：

1）大幅提高芯片性能；其 2nm 架構實現現有的 7nm 相同的性能下，僅使用現在25% 的電力，手機電池壽命增加三倍，僅要求用戶每四天為設備充電一次。

2）降低碳排放：數據中心占全球能源使用量的百分之一，將其所有服務器更改為基于2 nm的處理器可能會大大削減數據中心的碳足跡。

3）提升筆記本訪問速度：從更快地處理應用程序到更輕松地協助語言翻譯以及更快地訪問互聯網，極大地加快了筆記本電腦的功能。

4）促進新應用落地：有助于自動駕駛汽車（例如自動駕駛汽車）中更快的物體檢測和反應時間。

IBM的三棧GAA工藝使用的單元高度為75 nm，單元寬度為40 nm，單個納米片的高度為5 nm，納米片間距為5 nm。柵極多晶硅間距為44nm，柵極長度為12nm。IBM表示，其設計是第一個使用底部介電隔離通道的設計，該通道可實現12 nm的柵極長度，并且其內部間隔物是第二代干法工藝設計，有助于實現納米片的開發。IBM稱，三棧全柵極工藝的突破性創新使2 nm芯片能夠在指甲蓋大小的芯片上容納多達500億個晶體管。據媒體進一步求證，IBM稱指甲蓋面積為150平方毫米即每平方毫米可容納3.33億個晶體管（MTr / mm 2）。

IBM早在2014年退出代工業務，將其IBM Microelectronics部門出售給格芯，按照IBM奧爾巴尼研究室簽訂的合作協議，其2nm芯片代工業務或將委托給三星、格芯、英特爾等合作企業。

而臺積電方面，按照此前媒體公布的進度，臺積電的4nm與3nm芯片預計2022年量產，2nm芯片也已經取得了關鍵性的突破，試產進度緊跟IBM，有望在2023年下半年進行風險性試驗，2024年進入量產階段。

3. 掩膜版服務領軍企業蘇州硅時代推出快速制版服務

蘇州硅時代的快速制版業務選用進口原材料，并根據客戶不同應用場景合理推薦高性價比光刻版。     

根據遮光膜種類的不同，可以分為硬質遮光膜和乳膠。光掩膜按用途分類可分為四種，分別為鉻版(chrome)、干版、液體凸版和菲林。其中，鉻版精度最高，耐用性更好，鉻是最廣泛應用的材料，它以濺射或蒸發的方式淀積到圓片上。盡管濺射鉻比蒸發鉻的反射性強，但用抗反射膜可以彌補。抗反射膜包含一層薄的（200A）的Cr2O3，從而降低反射率。

目前高端掩膜版受制于國外，國內市場主要還是中低端掩膜版，國外的掩膜版廠家主要以日本凸版印刷TOPAN、日本大印刷，美國Photronics，日本豪雅HOYA，日本SK電子等，國內掩膜版市場主要被幾家大型制版廠壟斷，分別為超大Foundry、國有大型制版廠兩類，設計公司及中小客戶更多依賴中小型制版廠。

蘇州硅時代采用標準化制版流程，嚴控質量關，嚴把價格關，讓利中小企業，服務廣大客戶，提供7x24小時技術支持，一對一技術交流，實現快速制版，三天交付。

4. 光刻膠還有三道坎感想

此文盡管說的是光刻膠，但具有共性，代表的是進口替代的多批少量，認證周期極長的“卡脖子”新材料戰略產業。

    第一，有效性是此行業的價值所在。實驗室樣品到小試中試和量產，處處皆是穿越火線的死亡谷，這點沒想明白，就不要布局此行業。

    第二，知識產權是此行業的痛點，但絕不是專利，而是商業秘密。工藝訣竅是從配方到合成日復一日的失敗數據中所提煉出來的，定制化的設備及產業化工藝體現為企業的核心競爭力，這都需要規模化可復購來支撐。

    第三，跨越時間周期是新材料行業成功的關鍵，這既是對一般企業實控人更替所帶來經營方向演變的否定，也是對國資背后換屆周期律短期行為的提醒。

    新材料國產替代，處處是坑，步步是坎。唯有超越情懷，落到實處的步步為營，方能爬坡過坎到希望的彼岸。

5. 傳比特大陸已向臺積電下5nm訂單 Q3開始生產

業內人士透露，比特大陸已向臺積電下達了5nm芯片訂單，預計將于第三季度開始生產。

臺媒digitimes報道稱，比特大陸最近下達的5nm芯片訂單已預付，臺積電預計將在2022年第一季度大幅提高其為比特大陸生產的5nm芯片產量。

業內人士指出，臺積電為了滿足蘋果、AMD、聯發科等主要客戶的需求將增加5nm芯片的產量，今年第二季度該公司5nm芯片的月產量將提高到14-15萬片。

臺積電透露，到2021年底，5nm芯片銷售額將占其晶圓總收入的20％。另外，臺積電還將今年的收入增長預期從之前的15％上調至20％。

6. 全球半導體產能比重變化

7. 不止光刻機 擋在國產芯片發展路上的三座大山是什么？

01 制造材料 硅片產能

02 芯片之母 EDA軟件技術的欠缺

03 芯片制造 光刻機技術的現狀

8. Chiplet帶來的新變化

Chiplet顧名思義就是小芯片，我們可以把它想象成樂高積木的高科技版本。首先將復雜功能進行分解，然后開發出多種具有單一特定功能，可進行模塊化組裝的“小芯片”（Chiplet），如實現數據存儲、計算、信號處理、數據流管理等功能，并以此為基礎，建立一個“小芯片”的集成系統。Chiplet技術就是像搭積木一樣，把一些預先生產好的實現特定功能的芯片裸片（die）通過先進的集成技術封裝在一起形成一個系統級芯片，而這些基本的裸片就是Chiplet。Chiplet芯片可以使用更可靠和更便宜的技術制造。較小的硅片本身也不太容易產生制造缺陷。此外，Chiplet芯片也不需要采用同樣的工藝，不同工藝生產制造的Chiplet可以通過SiP技術有機地結合在一起。

IP（Intelligent Property）是具有知識產權核的集成電路的總稱，是經過反復驗證過的、具有特定功能的宏模塊，可以移植到不同的半導體工藝中。目前，IP核已經變成SoC系統設計的基本單元，并作為獨立設計成果被交換、轉讓和銷售。IP核對應描述功能行為的不同分為三類，即軟核（Soft IP Core）、固核（Firm IP Core）和硬核（Hard IP Core）。當IP硬核是以硅片的形式提供時，就變成了Chiplet。

SiP中的Chiplet就對應于SoC中的IP硬核。Chiplet 就是一個新的 IP 重用模式，就是硅片級別的IP重用。設計一個SoC系統級芯片，以前的方法是從不同的 IP 供應商購買一些 IP，軟核、固核或硬核，結合自研的模塊，集成為一個 SoC，然后在某個芯片工藝節點上完成芯片設計和生產的完整流程。有了Chiplet以后，對于某些 IP，就不需要自己做設計和生產了，而只需要買別人實現好的硅片，然后在一個封裝里集成起來，形成一個 SiP。所以 Chiplet 可以看成是一種硬核形式的 IP，但它是以芯片的形式提供的。因此，我們稱之為IP芯片化。在半導體集成中，Heterogeneous 是異構異質的含義，在這里我們將其分為異構HeteroStructure和異質HeteroMaterial兩個層次的含義。

在這篇文章中，異構集成HeteroStructure Integration主要指將多個不同工藝單獨制造的芯片封裝到一個封裝內部，以增強功能性和提高工作性能，可以對采用不同工藝、不同功能、不同制造商制造的組件進行封裝。

目前不同材料的多芯片集成主要采用橫向平鋪的方式在基板上集成，對于縱向堆疊集成，則傾向于堆疊中的芯片采用同種材質，從而避免了由于熱膨脹系統等參數的不一致而導致的產品可靠性降低，如下圖所示。

IO增量化體現在水平互聯(RDL)的的增量化，同時也體現在垂直互聯(TSV)的增量化。在傳統的封裝設計中，IO數量一般控制在幾百或者數千個，Bondwire工藝一般支持的IO數量最多數百個，當IO數量超過一千個時，多采用FlipChip工藝。在Chiplet設計中，IO數量有可能多達幾十萬個，為什么會有這么大的IO增量呢？我們知道，一塊PCB的對外接口通常不超過幾十個，一款封裝對外的接口為幾百個到數千個，而在芯片內部，晶體管之間的互聯數量則可能多達數十億到數百億個。越往芯片內層深入，其互聯的數量會急劇增大。Chiplet是大芯片被切割成的小芯片，其間的互聯自然不會少，經常一款Chiplet封裝的硅轉接板超過100K+的TSV，250K+的互聯，這在傳統封裝設計中是難以想象的。

9. ASML CEO出口管制將迫使中國技術自主15年內他們將全部實現

溫寧克近日在ASML荷蘭總部介紹媒體采訪時表示：“如果你采取出口管制措施將中國市場拒之門外，這將迫使他們爭取技術自主權……在15年的時間里，他們自己將能夠做出所有的這些東西，而且他們的市場（針對歐洲供應商的市場）將徹底消失。”

10. 一文看懂臺灣第三代半導體供應鏈！

過去電動車都使用硅制成的IGBT 電源轉換芯片，但特斯拉Model 3 首次采用意法半導體制造的碳化硅元件，為電動車轉換電能。根據英飛凌提供的數據，同樣一輛電動車，換上碳化硅芯片后，續航力能提高4%，由于電動車每一分電源都極為昂貴，各家車廠都積極布局碳化硅技術。英飛凌預期，到2025 年，碳化硅芯片將占汽車電子功率元件2 成。

2018 年，日本羅姆半導體宣布，在2024 年之前將增加碳化硅產能16 倍。法國雷諾汽車也宣布，和意法半導體結盟，所需的碳化硅芯片由意法半導體獨家供應。2019 年，德國福斯集團跟美國Cree 合作，由Cree 獨家和福斯合作發展碳化硅技術，同年Cree 也宣布投資10 億美元，興建巨型碳化硅工廠。所有人都已經看到，過去汽車是否省油，是由引擎決定，未來電動車要如何省電，則是由第三代半導體技術決定。

11. 紫光展銳能否成為第二個華為海思？

我們提到的統計數據，在Counterpoint關于2020年Q3的統計數據中，紫光展銳排名第六位，占據了4%的市場份額，相較于去年同期，提升了1個百分點。

在未合并之前，被收購的銳迪科和展訊在紫光集團內部有不同的方向，前者更專注于物聯網等周邊芯片設計；后者則致力于智能手機芯片的研發設計。不過，兩者業務也有一些重合，銳迪科在2012在未合并之前，被收購的銳迪科和展訊在紫光集團內部有不同的方向，前者更專注于物聯網等周邊芯片設計；后者則致力于智能手機芯片的研發設計。不過，兩者業務也有一些重合，銳迪科在2012年以4600萬美元收購基帶芯片廠商“互芯”進入手機基帶市場，也做過智能手機單芯片。因此，2018年年初，成立兩年的紫光展銳正式整合展訊和銳迪科的業務，不再是各自為戰，而是有的放矢。2020年，紫光展銳智能機業務突破1億美元的規模，超過了功能機。在市場體量上，紫光展銳要成為“第二個華為海思”還有很長的路要走。據市場調查機構 Omdia 的統計數據，2020年華為海思在被制裁的狀態下依然出貨了1.47億顆手機芯片，而紫光展銳只有2300萬顆。

12. 晶圓廠大躍進

臺積電核準預算28.87億美元，用以在南京12英寸晶圓廠新增一條28nm制程生產線，預計擴增月產能達4萬片。聯電董事會則通過了一項1000億元新臺幣投資案，將與多家客戶共同攜手，透過全新的雙贏合作模式，擴充在南科的12英寸Fab 12A P6廠區的產能。

1月，中國本土的聞泰科技12英寸車用級半導體晶圓制造中心項目于上海臨港新片區開工，該項目總投資達120億元人民幣。對于這個項目，聞泰科技董事長張學政表示，基于汽車半導體，特別是中國汽車市場的巨大需求，該公司決定在臨港新片區建設12英寸車規級半導體晶圓制造中心。該項目計劃20個月建成投產，以幫助安世半導體快速擴充產能，滿足市場需求。據悉，該項目預計年產晶圓40萬片，經封裝、測試后的功率器件產品，可廣泛應用于汽車電子、計算和通信設備等領域，產值達33億元/年。張學政表示，還將繼續加大對安世半導體的投資，幫助其擴大研發、晶圓、封測規模，計劃通過10年時間推動安世半導體產值超過100億美金，進一步強化其全球競爭力。在上海臨港新片區，另一個重要的項目，即總投資46億元的新升半導體公司新增30萬片/月12英寸高端硅片研發與制造項目也開工了。目前，新升半導體一期項目已經建設完成，可實現15萬片/月產能目標，據悉，該公司累計銷售硅片已經超過170萬片。此次，開始建設的二期項目將于2021年底完成，基于此，新升的目標是實現100萬片/月的大硅片產能。

8英寸晶圓代工產能，由于市場對電源管理芯片、功率器件、顯示面板驅動IC，以及CMOS圖像傳感器（CIS）等需求愈加強勁，再加上新增產能有限，使得全球市場的8英寸晶圓代工產能更加吃緊。

13. 從IEEE Cledo Brunetti Award獲獎情況看半導體發展

IEEE Cledo Brunetti Award是1975年由已故的FMC公司高管Cledo Brunetti提出的遺贈而設立的一個技術領域獎，也是IEEE頒發的第三個技術獎，也是第一個針對集成電路的技術獎項。IEEE Cledo Brunetti Award的授予對象是個人或人數不超過三人的團體。從1978年開始頒發以來，43次頒獎共計有60人獲獎，其中來自產業界有38人，來自高校有18人，來自研究機構的有4人。從地區來看，美國最多，共44人；日本有10人，中國臺灣、荷蘭、英國、法國、奧地利、比利時各1人。從單位來分，IBM最多有19人（分在11個年度）；加州大學有5 人獲獎，英特爾有4人獲獎。在60位獲獎者中，有4 人是華人。一個多世紀以來，IEEE及其前身AIEE協會長期以來一直頒發各種獎勵，以表彰其會員在關注領域中的各種杰出貢獻。IEEE獎勵計劃分為三種類型：IEEE Medals（獎章）、 Technical Field Awards（技術領域獎）、Recognitions （認可）。

14. 半導體封裝行業最專業的鍵合絲供應商 全面替代！

鍵合絲是用來焊接連接芯片與支架，承擔著芯片與外界之間關鍵的電連接功能，根據應用領域以及需求的不同，可以選擇金、銀、銅、鋁各種不同的金屬復合絲，目前市場上使用比較普及的鍵合絲產品主要有4大類型：鍵合金絲、鍵合銅絲、鍵合銀絲、鍵合鋁絲。不同類型的鍵合絲產品性能各有差異，但在不同封裝領域都有批量使用需求。全球市場規模 35 億美元，中國 45 億元，全球日本賀利氏、田中貴金屬、新日鐵等，中國康強電子等，其中還涌現一批優秀國產新秀，威納爾研發生產的金鈀銅線，能全面代替EX1P+  5B  5B+ CLR-1A金鈀銅線，苦熬10年，威納爾磨出超細鍍鈀線鍵合絲，極限線徑達15微米。威納爾金鈀銅線，取代日本Nippon的EX1P+ 和Tanaka的5B金鈀銅線，目前在日月光，甬矽，長電，氣派，康姆，盛帆等等大量使用，工藝成熟，威納爾金鈀銅線從熔煉到電鍍每道工序均在威納爾四川工廠完成，完備的知識產極具競爭力的性價比。

15. 臺積電劉德音直言美國做錯了

臺積電董事長劉德音抱持不同看法，認為美國不該試圖改造現存的半導體供應鏈。劉德音日前接受美國電視臺CBS新聞遠距訪問，節目主持人斯塔爾（Lesley Stahl）開頭就問劉德音，為何對手英特爾落后？劉德音答：「我們也很驚訝。」提及芯片制造高度集中亞洲，劉德音表示，他了解美國有此憂慮，但短缺之所以發生，直接原因并非制造地在哪，而是因Covid-19。疫情剛爆發時訂單大量取消，之后消費需求回升，因此訂單積壓。劉德音并直指，美國應該做的，并不是改變供應鏈：「我認為美國應該追求更快的運轉，投資研發，并培育更多博士、碩士和學士學生進入制造領域，而非試著移動供應鏈，不但非常花錢，且成效不高。」劉德音補充，如果一國執意要把技術鎖在國內，避免全球合作，將減緩創新速度。