BBIN简要解析“半导体产业有三大改变 全球化时代已过”

　　台 积 电8月30日召开技术论坛，总裁魏哲家指出半导体产业的三个变化：包括单靠电晶体微缩已无法满足产品要求，先进与成熟工艺芯片需求持续提升，以及供应链已从全球化布局走向在地化，全球化有效率供应系统时代已过去，成本会急速增加。

　　下面我们针对魏哲家提出的这三个变化，结合数据和实例进行简要分析，帮助研判形势：

　　第一，光靠电晶体密度提升，已不足以满足效能升级需求，还需要3D IC技术协助，通过CoWoS、InFO等技术，将系统效能向上提升。

　　解析：N3需求很窄、成本极高、良率预期低(量子穿隧效应)，综合考虑后目前苹果已放弃，Chiplet延续摩尔定律。

　　A.在先进工艺设计成本上，知名半导体技术研究机构Semiengingeering统计了不同工艺下芯片所需费用(如下图)，其中28nm节点上开发芯片只要5130万美元投入，16nm节点需要1亿美元，7nm节点需要2.97亿美元，到了5nm节点，开发芯片的费用将升至5.42亿美元，3nm节点的数据还没有，大概是因为3nm现在还在研发阶段，各块成本尚不好估算。但从这个趋势来看，3nm芯片研发费用或将接近10亿美元。

　　B.提及3nm进度，魏哲家表示“3纳米有说不出的困难，预计下半年开始量产，在考虑很久后，还是决定采用FinFET架构。”但其实台 积 电内部已经决定放弃N3工艺，因为客户几乎都不愿意用，前段时间英 特 尔取消了与台 积 电3nm订单，据传苹果发展方向将转向2023下半年量产的N3E工艺。产业链消息人士称，由于台 积 电3nm工艺过于昂贵，连苹果都放弃N3工艺，导致目前台 积 电基本没有N3客户。而且，N3工艺应用范围很窄，可能仅适合顶级旗舰手机这样特定的产品，但目前市面上最贵旗舰手机的CPU功能已满足绝大部分人群需求。

　　C.芯片的本质是无数颗晶体管的集合，电子在刻蚀的线径中运行，这些微小的线路集合构成了微观级别的晶体管。当能垒宽度在3纳米时，已经无法有效阻止电子的逃逸，构成量子穿隧效应。根据薛定谔效应，这会导致多光子电离和穿隧电离的并存，即测不准效应，造成微型晶体管性能不稳定和良品率低。移动设备使用的芯片多是高频，高频情况下如果有量子穿隧效应就会导致漏电。因此，芯片进入3纳米时代，传统经典电子力学失效，制造技术不再是简单的工艺迭代升级，而需要量子力学等基础物理理论铺路或革命性技术诞生。量子穿隧效应，决定了电子芯片存在着一个难以逾越的极限。

　　D.关于半导体商业应用方面，往往优先选择较低成本达到目标性能(如晶体管数量)、能耗比和芯片面积的方式，而Chiplet提供了不错的前景。关于Chiplet应用，其实比较显著的案例就是M1 Ultra。在这颗芯片上，苹果用到了神奇的“胶水”技术(如下图)，将两颗M1 Max芯片拼在一起，组成了其有史以来规模最大的芯片，单个芯片内含1140亿个晶体管。M1 Ultra内建20个CPU核心、64个GPU核心和32核神经网络引擎，每秒可提供高达22万亿次运算，其GPU性能是苹果M1芯片的8倍，比最新的16核PC台式机高90%。

　　下个月英 特 尔就要发布13代酷睿Raptor Lake了，这是12代酷睿的改良版，架构及工艺变化都不大，明年的14代酷睿Meteor Lake流星湖才是重磅升级。与之前的酷睿不同，14代酷睿不仅是升级架构及工艺，还在封装上有着革命性的进步，它首次采用多芯片整合封装，CPU、核显、输入输出等各自独立，制造工艺也不尽相同，用最适合该模块芯片的制程工艺进行制造后封装组成，可明显提升良品率和整块酷睿综合性能。

　　作为未来半导体的发展方向，先进封装技术在最近几年已得到头部IC设计公司的认可，并有越来越多的应用案例。特别是越来越多厂商加入到自研芯片的大军，如何提升Chiplet之间的互联、再到与HBM或DDR内存之间的带宽，逐渐成为延续摩尔定律的焦点。

　　第二，所有终端装置的半导体硅含量持续增加，无论是先进工艺或成熟工艺芯片。魏哲家举例， 先前与福特高层聊天时曾问他们， “这几年台 积 电供应这么多车用芯片，但你们还是说不够用，是用到哪去了？” 。福特则回应，现在汽车半导体内含硅量每年都增加15%。

　　解析：全球半导体出货十年两倍的黄金定律；新能车电动化和智能化推动车用芯片高速成长；中芯国际积极布局新能车IC高速增长赛道。

　　A.十年两倍的黄金定律：在《30年后的半导体预测：2050年，28nm还会是“甜蜜节点”》一文里，分析了疫情改变了全球的生活、工作方式，并推动了各种电子终端设备的高速增长；也分析了28nm的广泛应用、巨大的需求量和工艺方面的高性价比因素；同时可以看到台 积 电几乎把所有的资源都集中在了尖端的3nm-7nm半导体的量产和研发方面，无论客户订单如何纷至沓来，TSMC都没有余力去新建十年前的传统型28纳米工厂；并最后重点回溯分析了半导体出货金额十年两倍的黄金定律。如下图：

　　可以说，全球半导体市场“每十年两倍”。按照这种趋势，可以很容易地预测出2050年全球半导体市场的规模。下图即为预测结果。全球半导体市场“每十年两倍”，在2050年前后将会达到4兆8,000亿美元（约人民币312,000亿元）。这是2022年（6,000亿美元规模）的8倍。

　　B.芯谋研究在8月9日文章《下行周期与长期主义：中国半导体的逆周期投资》里也预估到2030年全球半导体市场规模将达到1万亿美元，届时中国本土企业的芯片供需缺口预估超过3000亿美元。如下图显示：

　　C.在年初的这篇文章里《车企到底缺的什么芯？一文读懂车载芯片那些事儿》，我们可以了解新能源车含硅量提升来自哪些芯片。而“福特则回应，现在汽车半导体内含硅量每年都增加15%。”这说明，新能源车正在从加速进行上半场电动化进程，并逐渐步入下半场智能化阶段，两者存在交集，这也导致汽车含硅量逐年快速提升，再叠加新能源车全球范围出货量快速成长，两者相乘，推动新能源车IC需求量增长迅猛。

　　备注：目前，全球新能源汽车累计销量突破2000万辆。2022年上半年，全球新能源汽车销量超过422万辆，同比增长66.38%，再创新高。其中，中国新能源汽车销量达到260万辆，占全球销量六成以上；市场渗透率超21.6%，保有量突破1100万辆(一半以上的市场在中国)。

　　D.对此，相较于中芯国际21年年报显示的7大项研发项目里仅有一项与新能源车相关，在中芯国际22年上半年报公布的8大项研发项目里，有4大项针对新能源车IC开展，在昨天的文章《中芯国际22年上半年在研项目有一半是应用于新能源车及汽车电子相关》，我们已经具体分析到，说明中芯国际积极扩产同时加码研发全力拥抱电动车应用芯片，为22-25年加速扩产储备更广阔的需求空间和客户资源。

　　第三，过去供应链为全球化，但现在为供应安全，走向在地化，当全球化已达到最佳经济效益时，要改变这个趋势，成本就会增加，消费性产品的客户绝对不会愿意多付钱，供应链管理变成重要的事。 魏哲家表示，各国都欢迎厂商前往当地设厂，一个全球化有效率的供应系统时代已过去，产业将面临很大挑战，所有成本会急速增加，将继续与客户紧密合作，降低风险。

　　解析：总部在中国大陆的IC制造公司仅满足国内IC市场1865亿美元的6.6%，在地化生产量过低但在地化需求缺口很大；28nm及以上成熟制程国产设备替代工作正加速进行，中芯国际22-25年逐渐拥有内外两套完整的半导体设备供应体系；半导体产业去全球化时代，台 积 电赴美建厂及运营成本过高(有补贴但排他)，而中芯国际建厂及运营综合成本不会急速增加反而会随着国产替代的深入而稳定或有所下降。

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　　A.在去年2021年中国大陆生产的312亿美元IC中，总部位于中国的IC制造公司生产了123亿美元（39.4%），仅占21年中国1865亿美元IC市场的6.6%，这一数值符合中芯国际4Q21财报电话会议里Q&A环节赵博士强调的国内所有IC设计公司(包含国外IC设计公司在中国office和R&D center)所需求的在地(中国大陆)生产芯片量，国内晶圆厂和IDM仅能满足10%不到。芯片在地化需求缺口很大，芯片在地供应的安全系数过低。

　　B.国产化进展方面，中国现在半导体设备产业链已经突破28nm—已开发成功、已量产或进入客户认证状态，如下图显示。这些国产半导体设备若通过认证进入中芯产线，势必达到了中芯国际对于性能和良品率等各项要求，然而国产半导体设备的售价比欧美日设备厂同类设备普遍偏低。

　　前不久也有权威人士讲出上微去年已落地了28nm DUV，目前在优化和良率爬坡中。这样国产化全产业链经过22-25年磨合配合上梁博士团队的已经成熟的N+1和N+2工艺，就能多次曝光陆续搞定14-7nm，梁博士70岁还在奋斗也是一剂定心丸，也就在23-25年。为什么说中芯国际N+1和N+2已经成熟？可看这篇文章《中芯国际1H21～1H22各晶圆厂资产、营收、净利简要分析》

　　C.对于台 积 电而言，半导体产业链是固定的欧美日台半导体产业链，而且台积电必须去M高成本建厂，输出自己的技术和人才，并将自身核心竞争力逐渐被迫转到英特尔等美企。台 积 电从去年创始人到今年董事长都纷纷高调喊话，赴美建厂成本过高。半导体行业协会的数据显示，现在，美国在10年内建造和维护一家先进芯片工厂的成本要比中国台湾地区、韩国或新加坡高出大约30%，比中国内地更是高出50%。所以才会像魏哲家说的“产业将面临很大挑战，所有成本会急速增加”。

　　D.中芯国际多年前就跟国内的半导体设备供应商开始合作了，现在21-25年正值国产半导体设备和耗材高速国产替代的时间段。最近中芯国际应付账款从1Q22的18.89亿美元急升至2Q22的28.78亿美元，议价能力逐步上升，反衬出中国大陆全力推半导体设备国产替代，所以欧美日半导体设备厂会从一定程度上优先发货中芯国际成熟制程半导体机台，这也是为了1-2年后相关环节设备不要陆续被完全替代，甚至给中芯国际赊账都愿意供货。因此半导体去全球化时代，考虑到台 积 电赴M建厂导致其综合成本会上升，而中芯国际的综合成本反而会随着国产替代的深入而稳定或有所下降。

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　　大佬你好，很多人告诉我投资A股的中芯是智商税，请问想投资的话应该买A还是H？

　　谢谢强哥分享!其中一个重点是文中这幅图，看著国产化28及14成功在望,希望梁博士及其团队再加把劲，一鼓作气推进国产线