芯片不缺了？MCU、模拟芯片代工费用罕见停涨

原创芯世相 2022-04-21 12:39

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自缺芯潮爆发以来，成熟制程芯片的需求不断飙升，导致供需严重失衡。MCU、模拟芯片（包括电源管理芯片、驱动芯片等）、高压MOS、IGBT等一众芯片均处于缺货状态。尤其是车用芯片，更是缺货的重灾区，力积电董事长曾发表“车用电子供应链恐慌断链，引发囤货，已经加剧成熟制程芯片的供需失衡压力”的言论，苹果也曾表示“短缺的芯片主要是成熟制程芯片，而非先进制程芯片”。

晶圆代工成熟制程产能大缺，报价也水涨船高，以成熟制程芯片常用的8英寸晶圆为例，2021年，8英寸晶圆代工产能价格调涨20-40%，业内甚至传出，IC设计厂商以竞标的形式加价，以求得成熟制程的代工产能。

但前段时间，业内传来消息，称晶圆代工企业陆续通知IC设计客户，不会再调升成熟制程的代工价格，这意味着自2020年年底以来，连续6个季度的成熟制程晶圆代工价格上扬走势将宣告终结。有业内人士认为，此举并不意味着成熟制程晶圆代工产能过剩，紧缺的现象依然持续，如车用相关的28nm、40nm等成熟制程工艺供给仍十分紧张。那么成熟制程究竟是什么？成熟制程工艺主要制造哪些芯片？这些芯片的市场表现又是怎样的呢？阅读本文你将了解：

1.什么是成熟制程？2.成熟制程制造哪些芯片？3.成熟制程芯片表现如何？

什么是成熟制程？

提到制程，可能很多半导体小白都是云里雾里，但28nm、7nm这些词你一定很熟悉，其实这些词汇说的就是半导体的芯片制程。那么这些数字到底是什么呢？

在了解这个问题之前，我们要先知道芯片的组成单位是什么？没错，就是晶体管，无数的晶体管组成了我们常见的芯片，而晶体管可以简单分为源极、栅极、漏级等部分，其中栅极相当于一个通道，主要负责控制两端源极和漏级的通断。宽度越窄，意味着功耗也就越低，宽泛的来讲，栅极的宽度也就是我们常说的多少纳米工艺中的数值，它决定着晶体管的大小，以及电流通过时的损耗。

其实可以简单类比一下我们因为疫情居家去小区口取菜的场景，源极就是你的家，漏级就是你的小区口，而栅极就是你家到小区口的距离。因疫情封闭在家的你就相当于电流，当你去小区口取菜时，电流就会从源极走向漏级，而你家到小区口这段路就是栅极的宽度，也就是制程节点。

但晶体管中的栅极宽度显然没有家到小区口这么长，它的距离非常小，通常是以nm为单位，在数学上，1nm等于0.000000001m，相当于把1米的长度缩小10亿倍，看到这里，你是不是对前面的28nm、7nm、5nm等词汇大概有个概念了。

而半导体制造业普遍认为，28nm是成熟制程与先进制程的分界线，28nm及以上的制程工艺被称为成熟制程，28nm以下的制程工艺被称为先进制程。成熟制程芯片很大部分在8英寸晶圆上生产。

1965年4月，英特尔的创始人之一戈登·摩尔提出了一条定律，既集成电路上可以容纳的晶体管数目，在大约每经过18个月便会增加一倍，同时性能也会提升一倍。这就是半导体业常说的摩尔定律。

根据英特尔的数据统计，1971年的4004处理器上有2300个晶体管，但到了1997年时，公司的Pentiumll处理器上已经有750万个晶体管，26年的时间内足足增加了3200倍。而到了现在，苹果手机所采用的A15芯片的晶体管数量已经达到了150亿个，同时性能也越来越强大。根据晶圆代工龙头企业台积电的制程数据，可以看出，随着时间的增加，其制程工艺越来越先进，芯片上容纳的晶体管数量也越来越多。

来源：台积电

或许会有很多人认为，随着先进制程的发展，成熟制程早晚是要被淘汰的，这么说确实有一定的道理，但却并不正确，因为先进制程发展到现在，成熟制程依然有着无法替代的价值。对于很多半导体企业来说，并不需要7nm、5nm、3nm这样的先进制程，很多时候28nm的成熟制程就已经够用了，工艺更加成熟，成本也更低。

来源：IC Insights

上图是2021年IC Insights给出的数据，可以看出在2021年里，28nm及以上的成熟制程工艺所制造的芯片，在芯片市场中仍然占有接近50%的份额，即使是到了2024年，其所占份额依然十分巨大。这波“缺芯潮”中缺货的主要芯片，例如笔电、平板、电视的显示芯片，或者是汽车、家电里面的电源芯片等等，大多都是使用成熟制程制造的。

据IHS Markit预测，2025年全球晶圆代工市场规模将达861亿美元，其中成熟制程市场规模将达431亿美元。而近年来，台积电、三星等多家芯片制造厂商也将成熟制程芯片作为主战场，纷纷扩产，可见成熟制程的市场占比十分巨大，仍有较大发展空间。

成熟制程里有哪些芯片？市场表现如何？

成熟制程主要用于制造模拟芯片、MCU、电源管理、数模混合、传感器、射频芯片、中小容量的存储芯片等。芯世相整理了部分成熟制程工艺芯片的市场表现，如交期、价格、缺货情况等。

MCU

MCU，即微控制单元，又称单片微型计算机（单片机），是把CPU的频率与规格做适当缩减，并将内存、计数器、USB、A/D转换、PLC等周边接口整合在单一芯片上，形成的芯片级计算机，为不同的应用场合做不同的组合控制。常用于手机、PC、遥控器、汽车电子、工业上的马达、机械手臂的控制等。

来源：IC Insights

从市场份额来看，2021年，MCU的整体销售额达196亿美元，同比增长23%，销售达309亿颗，创历史新高。IC Insights预测，2022年全球MCU销售额将继续增长10%，达到215亿美元，其中，汽车MCU增速将远超其他应用领域。从价格来看，2021年，受缺芯潮影响，MCU平均售价较2020年上涨了10%，达到了近25年来最大涨幅。

从交期来看，今年2月份MCU的平均交期拉长至35.7周，供应依然十分紧张，短缺程度最为严重。其中车用MCU更是供应重灾区，资料显示，2022年Q1仅有瑞萨和赛普拉斯有货可供，货期为32-45周，其余如ST、英飞凌、NXP等品牌的汽车MCU均为配货状态。整体来看，无论是交期还是官方价格，均呈现上升趋势。

但在芯片现货市场，却出现了MCU价格回落的现象，如NXP的FS32K144HAT0MLHT已经平稳降价数月，3月份市场反映70元左右价格就可以拿到，要知道这颗芯片在去年曾经被现货市场炒到了三四百左右。

自缺芯潮爆发以来，全球各地疫情、火灾、寒潮等天灾人祸对MCU的产能造成了严重的影响，市场上的缺货愈演愈烈，价格也开始暴涨。暴涨的拐点出现在2021年四五月份左右，随着各大厂将产能开始向紧缺的汽车料转移，NXP等品牌的汽车MCU的产能开始逐步缓解，现货市场上的价格也与去年4月份左右逐步开始降价。

但2022年，ST、NXP、瑞萨等MCU大厂却集体发布涨价函，下游的紧张情绪也随之增加，使2022年的MCU市场更加耐人寻味。Quiksol显示，近期市场上ST的部分MCU价格仍居高不下，英飞凌的汽车料及MCU的需求也在近期逐步增加，缺货也更加明显，NXP的MK系列缺货也一直没有得到缓解，如MK10、MK60、MK64更是一货难求。建议下游可以抓紧备货，以免再次被缺货打的措手不及。

模拟IC

模拟IC主要是指由电容、电阻、晶体管等组成的电路集成在一起，用来处理模拟信号的集成电路，包括放大器、接口、射频芯片、电源管理芯片等。

按照定制化程度划分，模拟芯片可以分为通用和专用模拟芯片，两者市场占比接近。从应用角度来看，模拟芯片可以分为两大类：电源链产品和信号链产品，具体产品如下：

从市场规模来看，2021年模拟芯片市场规模为741亿美元，创历史新高，而据IC Insights数据显示，2022年模拟电路总销售额将达832亿美元，单位出货量为2387亿颗，同时芯片平均销售价格将提升1%。根据Oppenheimer统计，2020年全部模拟IC市场中，电源链产品占比最大，为53%，信号链产品占比为47%。其代表厂商有TI、ADI、Skyworks、英飞凌、ST、NXP等。

（2020全球模拟IC厂商排名及市场份额）

电源管理芯片方面交期最长，如英飞凌、Microchip、NXP、ST、MPS等厂商的部分电源管理芯片在2022年Q1交期高达52周，其中MPS的开关稳压器已达58周，成为第一季度交期最长的电源管理芯片，瑞萨的部分电源管理芯片交期也已高达50周。此前，国际电子商情Q1采购报告中也显示，电源管理芯片为2022年Q1紧缺元器件中的主要品类，占Q1紧缺元器件的18%。

信号链芯片方面，属传感器交期最长，Bosch、英飞凌、Melexis、NXP、安森美、ROHM、Vishay的传感器交期均高达52周。接口芯片紧随其后，NXP的接口芯片交期最高达52周，瑞萨的接口芯片交期为50周。

整体来看，除TE Connectivity、ams（艾迈斯）外，其余厂商的模拟芯片产品交期均为上涨状态，整体价格也呈现上涨趋势，可见今年首个季度，模拟芯片供应仍无明显改善。

存储芯片

存储芯片，是嵌入式系统芯片的概念在存储行业的具体应用，通过在单一芯片中嵌入软件，实现多功能和高性能，以及对多种协议、多种硬件和不同应用的支持。

存储芯片的制程工艺较为特殊，除了中小容量的存储芯片，其余存储芯片主要用先进制程工艺制造，几年前开始，内存行业的制程不再使用确切的数字，而是用1x、1y、1z表示，存储芯片制程发展到1xnm，1ynm，1znm（1x相当于16-19nm，1y相当于14-16nm，1z相当于12-14nm）阶段，很难在再进一步缩小，因为随着制程工艺的提高，到达一定水平后，存储芯片的稳定性会下降，但后续各厂商又提出了1αnm，1βnm，1γnm等制程工艺，据美光科技表示，1αnm相当于10nm级别的制程，业内一般认为10nm制程工艺是一个临界点。如NAND FLASH的制程发展已经达到极限，开始另辟蹊径从2D转向3D发展。

存储芯片可以细分为DRAM、NAND FLASH、NOR FLASH等三大类产品。DRAM早先使用成熟制程制造，但随着时间发展，其制程工艺越来越先进，三星、SK海力士、美光等巨头均进入先进制程制造阶段；NAND FLASH方面，16nm先进制程以上的闪存（如28nm）多属于平面闪存，也被成为“2D NAND FLASH”，巨大的需求推动下，2D NAND FLASH的制程越来越先进，已经逼近极限，开始另辟蹊径从2D转向3D发展；NOR FLASH的制程工艺则主要集中在成熟制程。而存储芯片中其余产品占比较小，市占率约为1%，具体分类如下：

从市场规模来看，2021年，全球存储芯片的市场达1580亿美元，其中市场规模占比最大的是DRAM（约占56%），其次是NAND FLASH （约占41%）和NOR FLASH（约占2%），其余存储芯片合计占比为1%。目前全球存储芯片市场高度集中，代表企业如韩国的三星、SK海力士，美国的美光、西部数据，日本的东芝，以及我国的长江存储、长鑫存储等企业。

从交期来看，17个存储器品牌的交期情况来看中，多数产品的交期和价格趋势趋于稳定，其中Microchip的EPROM交期最长，达99周，供应相当紧张。其次是三星、Macronix的eMMC，三星的存储器模块、PC（商用）DRAM、存储器模块、固态驱动器（SSD），ST的EEPROM等产品交期，最高达54周。整体来看，存储器价格和交期较上季度相对稳定，部分产品交期，甚至出现回落现象。

来源：芯师爷

闪存市场消息显示，目前，宏观经济低迷，全球消费力下滑，低迷的市场需求成为存储厂商不得不面对的残酷现实，因此，Q2的存储市场产品报价将有所下降，业界纷纷寄希望于Q3恢复成长。

总结

近年来，为应对成熟制程晶圆产能紧张现象，各大晶圆代工厂均加大对成熟制程产能的投入力度。如台积电扩建南京厂28nm成熟制程工艺产线，2021年10月，台积电还宣布在日本熊本县投资22/28nm制程的晶圆厂；联电此前也扩产了厦门、新加坡等地的成熟制程产能；中芯国际也在上海、深圳等地增设了新产线。