莫大康：(2021.5.10)半导体一周要闻

半导体一周要闻

2021.5.6- 2021.5.8

1. 机构预测今年全球半导体市场规模达5220亿美元

市场调研机构IDC发布半导体应用预测报告显示，2020年全球半导体销售额将达到4640亿美元，比2019年增长10.8%。2021年，全球半导体销售额预计会达到5220亿美元，同比增长12.5%。

IDC预测，2021年汽车半导体销售额将会增长13.6%。在计算系统半导体市场中，2020年该市场销售额增长17.3%，达到1600亿美元；IDC预计其增速将超过其它半导体市场，今年该市场的营收会达到1730亿美元，同比增长7.7%。IDC计算半导体研究副总裁肖恩•劳指出，目前PC处理器的需求仍然强劲，尤其是以价值为导向的领域。在手机半导体市场，2020年出货量减少超过10%以上，但营收增加了9.1%。而来到2021年，5G手机将会占到所有手机出货的34%，同时5G手机半导体将会占到整个市场营收的三分之二，所以对半导体供应商来说今年是关键的一年。IDC预计，2021年手机半导体销售额将会增长23.3%，达到1470亿美元。此外，消费半导体市场2020年营收预计增长7.7%达到600亿美元。

2. 全球首个2nm芯片问世，台积电霸主地位不保？

半导体历史上出现新里程碑：IBM于纽约时间5月6日在其官网宣布制造出世界上第一颗2nm芯片，揭开了半导体设计和工艺方面的突破。IBM预计与当今最新一代的AMD最新一代CPU和GPU所采用的最先进的7nm芯片相比，2nm芯片将实现提高45％的性能或降低75％的功耗。

该芯片的制造者为IBM奥尔巴尼研究室（IBM Research Albany）。IBM曾是一家主要的芯片制造商，现已将其大量芯片生产外包给三星电子，但其在纽约州奥尔巴尼仍保留着一个芯片制造研究中心。据 IBM 的说法，这些先进的2 nm芯片的潜在优势可能包括：

1）大幅提高芯片性能；其 2nm 架构实现现有的 7nm 相同的性能下，仅使用现在25% 的电力，手机电池寿命增加三倍，仅要求用户每四天为设备充电一次。

2）降低碳排放：数据中心占全球能源使用量的百分之一，将其所有服务器更改为基于2 nm的处理器可能会大大削减数据中心的碳足迹。

3）提升笔记本访问速度：从更快地处理应用程序到更轻松地协助语言翻译以及更快地访问互联网，极大地加快了笔记本电脑的功能。

4）促进新应用落地：有助于自动驾驶汽车（例如自动驾驶汽车）中更快的物体检测和反应时间。

IBM的三栈GAA工艺使用的单元高度为75 nm，单元宽度为40 nm，单个纳米片的高度为5 nm，纳米片间距为5 nm。栅极多晶硅间距为44nm，栅极长度为12nm。IBM表示，其设计是第一个使用底部介电隔离通道的设计，该通道可实现12 nm的栅极长度，并且其内部间隔物是第二代干法工艺设计，有助于实现纳米片的开发。IBM称，三栈全栅极工艺的突破性创新使2 nm芯片能够在指甲盖大小的芯片上容纳多达500亿个晶体管。据媒体进一步求证，IBM称指甲盖面积为150平方毫米即每平方毫米可容纳3.33亿个晶体管（MTr / mm 2）。

IBM早在2014年退出代工业务，将其IBM Microelectronics部门出售给格芯，按照IBM奥尔巴尼研究室签订的合作协议，其2nm芯片代工业务或将委托给三星、格芯、英特尔等合作企业。

而台积电方面，按照此前媒体公布的进度，台积电的4nm与3nm芯片预计2022年量产，2nm芯片也已经取得了关键性的突破，试产进度紧跟IBM，有望在2023年下半年进行风险性试验，2024年进入量产阶段。

3. 掩膜版服务领军企业苏州硅时代推出快速制版服务

苏州硅时代的快速制版业务选用进口原材料，并根据客户不同应用场景合理推荐高性价比光刻版。     

根据遮光膜种类的不同，可以分为硬质遮光膜和乳胶。光掩膜按用途分类可分为四种，分别为铬版(chrome)、干版、液体凸版和菲林。其中，铬版精度最高，耐用性更好，铬是最广泛应用的材料，它以溅射或蒸发的方式淀积到圆片上。尽管溅射铬比蒸发铬的反射性强，但用抗反射膜可以弥补。抗反射膜包含一层薄的（200A）的Cr2O3，从而降低反射率。

目前高端掩膜版受制于国外，国内市场主要还是中低端掩膜版，国外的掩膜版厂家主要以日本凸版印刷TOPAN、日本大印刷，美国Photronics，日本豪雅HOYA，日本SK电子等，国内掩膜版市场主要被几家大型制版厂垄断，分别为超大Foundry、国有大型制版厂两类，设计公司及中小客户更多依赖中小型制版厂。

苏州硅时代采用标准化制版流程，严控质量关，严把价格关，让利中小企业，服务广大客户，提供7x24小时技术支持，一对一技术交流，实现快速制版，三天交付。

4. 光刻胶还有三道坎感想

此文尽管说的是光刻胶，但具有共性，代表的是进口替代的多批少量，认证周期极长的“卡脖子”新材料战略产业。

    第一，有效性是此行业的价值所在。实验室样品到小试中试和量产，处处皆是穿越火线的死亡谷，这点没想明白，就不要布局此行业。

    第二，知识产权是此行业的痛点，但绝不是专利，而是商业秘密。工艺诀窍是从配方到合成日复一日的失败数据中所提炼出来的，定制化的设备及产业化工艺体现为企业的核心竞争力，这都需要规模化可复购来支撑。

    第三，跨越时间周期是新材料行业成功的关键，这既是对一般企业实控人更替所带来经营方向演变的否定，也是对国资背后换届周期律短期行为的提醒。

    新材料国产替代，处处是坑，步步是坎。唯有超越情怀，落到实处的步步为营，方能爬坡过坎到希望的彼岸。

5. 传比特大陆已向台积电下5nm订单 Q3开始生产

业内人士透露，比特大陆已向台积电下达了5nm芯片订单，预计将于第三季度开始生产。

台媒digitimes报道称，比特大陆最近下达的5nm芯片订单已预付，台积电预计将在2022年第一季度大幅提高其为比特大陆生产的5nm芯片产量。

业内人士指出，台积电为了满足苹果、AMD、联发科等主要客户的需求将增加5nm芯片的产量，今年第二季度该公司5nm芯片的月产量将提高到14-15万片。

台积电透露，到2021年底，5nm芯片销售额将占其晶圆总收入的20％。另外，台积电还将今年的收入增长预期从之前的15％上调至20％。

6. 全球半导体产能比重变化

7. 不止光刻机 挡在国产芯片发展路上的三座大山是什么？

01 制造材料 硅片产能

02 芯片之母 EDA软件技术的欠缺

03 芯片制造 光刻机技术的现状

8. Chiplet带来的新变化

Chiplet顾名思义就是小芯片，我们可以把它想象成乐高积木的高科技版本。首先将复杂功能进行分解，然后开发出多种具有单一特定功能，可进行模块化组装的“小芯片”（Chiplet），如实现数据存储、计算、信号处理、数据流管理等功能，并以此为基础，建立一个“小芯片”的集成系统。Chiplet技术就是像搭积木一样，把一些预先生产好的实现特定功能的芯片裸片（die）通过先进的集成技术封装在一起形成一个系统级芯片，而这些基本的裸片就是Chiplet。Chiplet芯片可以使用更可靠和更便宜的技术制造。较小的硅片本身也不太容易产生制造缺陷。此外，Chiplet芯片也不需要采用同样的工艺，不同工艺生产制造的Chiplet可以通过SiP技术有机地结合在一起。

IP（Intelligent Property）是具有知识产权核的集成电路的总称，是经过反复验证过的、具有特定功能的宏模块，可以移植到不同的半导体工艺中。目前，IP核已经变成SoC系统设计的基本单元，并作为独立设计成果被交换、转让和销售。IP核对应描述功能行为的不同分为三类，即软核（Soft IP Core）、固核（Firm IP Core）和硬核（Hard IP Core）。当IP硬核是以硅片的形式提供时，就变成了Chiplet。

SiP中的Chiplet就对应于SoC中的IP硬核。Chiplet 就是一个新的 IP 重用模式，就是硅片级别的IP重用。设计一个SoC系统级芯片，以前的方法是从不同的 IP 供应商购买一些 IP，软核、固核或硬核，结合自研的模块，集成为一个 SoC，然后在某个芯片工艺节点上完成芯片设计和生产的完整流程。有了Chiplet以后，对于某些 IP，就不需要自己做设计和生产了，而只需要买别人实现好的硅片，然后在一个封装里集成起来，形成一个 SiP。所以 Chiplet 可以看成是一种硬核形式的 IP，但它是以芯片的形式提供的。因此，我们称之为IP芯片化。在半导体集成中，Heterogeneous 是异构异质的含义，在这里我们将其分为异构HeteroStructure和异质HeteroMaterial两个层次的含义。

在这篇文章中，异构集成HeteroStructure Integration主要指将多个不同工艺单独制造的芯片封装到一个封装内部，以增强功能性和提高工作性能，可以对采用不同工艺、不同功能、不同制造商制造的组件进行封装。

目前不同材料的多芯片集成主要采用横向平铺的方式在基板上集成，对于纵向堆叠集成，则倾向于堆叠中的芯片采用同种材质，从而避免了由于热膨胀系统等参数的不一致而导致的产品可靠性降低，如下图所示。

IO增量化体现在水平互联(RDL)的的增量化，同时也体现在垂直互联(TSV)的增量化。在传统的封装设计中，IO数量一般控制在几百或者数千个，Bondwire工艺一般支持的IO数量最多数百个，当IO数量超过一千个时，多采用FlipChip工艺。在Chiplet设计中，IO数量有可能多达几十万个，为什么会有这么大的IO增量呢？我们知道，一块PCB的对外接口通常不超过几十个，一款封装对外的接口为几百个到数千个，而在芯片内部，晶体管之间的互联数量则可能多达数十亿到数百亿个。越往芯片内层深入，其互联的数量会急剧增大。Chiplet是大芯片被切割成的小芯片，其间的互联自然不会少，经常一款Chiplet封装的硅转接板超过100K+的TSV，250K+的互联，这在传统封装设计中是难以想象的。

9. ASML CEO出口管制将迫使中国技术自主15年内他们将全部实现

温宁克近日在ASML荷兰总部介绍媒体采访时表示：“如果你采取出口管制措施将中国市场拒之门外，这将迫使他们争取技术自主权……在15年的时间里，他们自己将能够做出所有的这些东西，而且他们的市场（针对欧洲供应商的市场）将彻底消失。”

10. 一文看懂台湾第三代半导体供应链！

过去电动车都使用硅制成的IGBT 电源转换芯片，但特斯拉Model 3 首次采用意法半导体制造的碳化硅元件，为电动车转换电能。根据英飞凌提供的数据，同样一辆电动车，换上碳化硅芯片后，续航力能提高4%，由于电动车每一分电源都极为昂贵，各家车厂都积极布局碳化硅技术。英飞凌预期，到2025 年，碳化硅芯片将占汽车电子功率元件2 成。

2018 年，日本罗姆半导体宣布，在2024 年之前将增加碳化硅产能16 倍。法国雷诺汽车也宣布，和意法半导体结盟，所需的碳化硅芯片由意法半导体独家供应。2019 年，德国福斯集团跟美国Cree 合作，由Cree 独家和福斯合作发展碳化硅技术，同年Cree 也宣布投资10 亿美元，兴建巨型碳化硅工厂。所有人都已经看到，过去汽车是否省油，是由引擎决定，未来电动车要如何省电，则是由第三代半导体技术决定。

11. 紫光展锐能否成为第二个华为海思？

我们提到的统计数据，在Counterpoint关于2020年Q3的统计数据中，紫光展锐排名第六位，占据了4%的市场份额，相较于去年同期，提升了1个百分点。

在未合并之前，被收购的锐迪科和展讯在紫光集团内部有不同的方向，前者更专注于物联网等周边芯片设计；后者则致力于智能手机芯片的研发设计。不过，两者业务也有一些重合，锐迪科在2012在未合并之前，被收购的锐迪科和展讯在紫光集团内部有不同的方向，前者更专注于物联网等周边芯片设计；后者则致力于智能手机芯片的研发设计。不过，两者业务也有一些重合，锐迪科在2012年以4600万美元收购基带芯片厂商“互芯”进入手机基带市场，也做过智能手机单芯片。因此，2018年年初，成立两年的紫光展锐正式整合展讯和锐迪科的业务，不再是各自为战，而是有的放矢。2020年，紫光展锐智能机业务突破1亿美元的规模，超过了功能机。在市场体量上，紫光展锐要成为“第二个华为海思”还有很长的路要走。据市场调查机构 Omdia 的统计数据，2020年华为海思在被制裁的状态下依然出货了1.47亿颗手机芯片，而紫光展锐只有2300万颗。

12. 晶圆厂大跃进

台积电核准预算28.87亿美元，用以在南京12英寸晶圆厂新增一条28nm制程生产线，预计扩增月产能达4万片。联电董事会则通过了一项1000亿元新台币投资案，将与多家客户共同携手，透过全新的双赢合作模式，扩充在南科的12英寸Fab 12A P6厂区的产能。

1月，中国本土的闻泰科技12英寸车用级半导体晶圆制造中心项目于上海临港新片区开工，该项目总投资达120亿元人民币。对于这个项目，闻泰科技董事长张学政表示，基于汽车半导体，特别是中国汽车市场的巨大需求，该公司决定在临港新片区建设12英寸车规级半导体晶圆制造中心。该项目计划20个月建成投产，以帮助安世半导体快速扩充产能，满足市场需求。据悉，该项目预计年产晶圆40万片，经封装、测试后的功率器件产品，可广泛应用于汽车电子、计算和通信设备等领域，产值达33亿元/年。张学政表示，还将继续加大对安世半导体的投资，帮助其扩大研发、晶圆、封测规模，计划通过10年时间推动安世半导体产值超过100亿美金，进一步强化其全球竞争力。在上海临港新片区，另一个重要的项目，即总投资46亿元的新升半导体公司新增30万片/月12英寸高端硅片研发与制造项目也开工了。目前，新升半导体一期项目已经建设完成，可实现15万片/月产能目标，据悉，该公司累计销售硅片已经超过170万片。此次，开始建设的二期项目将于2021年底完成，基于此，新升的目标是实现100万片/月的大硅片产能。

8英寸晶圆代工产能，由于市场对电源管理芯片、功率器件、显示面板驱动IC，以及CMOS图像传感器（CIS）等需求愈加强劲，再加上新增产能有限，使得全球市场的8英寸晶圆代工产能更加吃紧。

13. 从IEEE Cledo Brunetti Award获奖情况看半导体发展

IEEE Cledo Brunetti Award是1975年由已故的FMC公司高管Cledo Brunetti提出的遗赠而设立的一个技术领域奖，也是IEEE颁发的第三个技术奖，也是第一个针对集成电路的技术奖项。IEEE Cledo Brunetti Award的授予对象是个人或人数不超过三人的团体。从1978年开始颁发以来，43次颁奖共计有60人获奖，其中来自产业界有38人，来自高校有18人，来自研究机构的有4人。从地区来看，美国最多，共44人；日本有10人，中国台湾、荷兰、英国、法国、奥地利、比利时各1人。从单位来分，IBM最多有19人（分在11个年度）；加州大学有5 人获奖，英特尔有4人获奖。在60位获奖者中，有4 人是华人。一个多世纪以来，IEEE及其前身AIEE协会长期以来一直颁发各种奖励，以表彰其会员在关注领域中的各种杰出贡献。IEEE奖励计划分为三种类型：IEEE Medals（奖章）、 Technical Field Awards（技术领域奖）、Recognitions （认可）。

14. 半导体封装行业最专业的键合丝供应商 全面替代！

键合丝是用来焊接连接芯片与支架，承担着芯片与外界之间关键的电连接功能，根据应用领域以及需求的不同，可以选择金、银、铜、铝各种不同的金属复合丝，目前市场上使用比较普及的键合丝产品主要有4大类型：键合金丝、键合铜丝、键合银丝、键合铝丝。不同类型的键合丝产品性能各有差异，但在不同封装领域都有批量使用需求。全球市场规模 35 亿美元，中国 45 亿元，全球日本贺利氏、田中贵金属、新日铁等，中国康强电子等，其中还涌现一批优秀国产新秀，威纳尔研发生产的金钯铜线，能全面代替EX1P+  5B  5B+ CLR-1A金钯铜线，苦熬10年，威纳尔磨出超细镀钯线键合丝，极限线径达15微米。威纳尔金钯铜线，取代日本Nippon的EX1P+ 和Tanaka的5B金钯铜线，目前在日月光，甬矽，长电，气派，康姆，盛帆等等大量使用，工艺成熟，威纳尔金钯铜线从熔炼到电镀每道工序均在威纳尔四川工厂完成，完备的知识产极具竞争力的性价比。

15. 台积电刘德音直言美国做错了

台积电董事长刘德音抱持不同看法，认为美国不该试图改造现存的半导体供应链。刘德音日前接受美国电视台CBS新闻远距访问，节目主持人斯塔尔（Lesley Stahl）开头就问刘德音，为何对手英特尔落后？刘德音答：「我们也很惊讶。」提及芯片制造高度集中亚洲，刘德音表示，他了解美国有此忧虑，但短缺之所以发生，直接原因并非制造地在哪，而是因Covid-19。疫情刚爆发时订单大量取消，之后消费需求回升，因此订单积压。刘德音并直指，美国应该做的，并不是改变供应链：「我认为美国应该追求更快的运转，投资研发，并培育更多博士、硕士和学士学生进入制造领域，而非试着移动供应链，不但非常花钱，且成效不高。」刘德音补充，如果一国执意要把技术锁在国内，避免全球合作，将减缓创新速度。