回顧2021年晶圓代工擴產風潮
2021-12-27 12:53:04 科技新報（臺）
就因為自2020年下半年以來的全球芯片荒情況，嚴重的沖擊的各產業的供應狀況。尤其是汽車產業，根據顧問公司AlixPartners日前的市場分析報告顯示，芯片短缺的問題預計將使全球汽車產業在2021 年減少770 萬輛的汽車出貨，損失金額高達2,100 億美元。因此，為了不使這樣的情況持續惡化下去，各半導體制造商擴產的動作，也自2021 年年開年以來始終不曾斷過。而就整體市場需求來看，根據市場研究調查機構《ICInsights》先前出具告指出，由于全球市場對芯片的強勁需求，帶動2021 年整體芯片銷售金額達5,020 億美元，較2020 年增加24%，除了創下歷史新高，也首度突破5,000 億美元大關。
《ICInsights》進一步強調，2021 年芯片市況相當罕見，從WSTS(世界半導體貿易統計協會) 統計的33 個主要芯片類別來看，其中有32 個預計2021 年銷售金額都將成長，更有29 個類別會出現1 成以上的顯著成長情況。因此，盡管年中芯片產能已經恢復正常水平。不過，因為疫情下遠距教學與居家辦公需求的大幅成長，帶動智能手機、電腦、電視、汽車與其他終端產品需求續強，整體芯片仍處于供不應求的情況，使得缺貨情況預期持續到2022 年。
而芯片市場除了2021年顯著成長外，接下來2022/2023 年更受惠于包括5G、AI、AR/VR 與深度學習等新興應用興起，將再度推動手機、數據中心、云端、汽車及工控市場需求，屆時全球IC 銷售金額將首度突破6,000 億美元，而且使得2020 年到2025 年之間的復合成長率(CAGR) 達到10.7%。而就是因為要應付這些龐大的芯片市場需求，所以根據SEMI 國際半導體產業協會的統計，2021 年晶圓廠設備總銷售金額將落在800 至900 億美元之間，年成長約達到23%~38%，金額將創下新高，這顯示半導體制造業者回應著市場對晶圓產能的殷切需求，廠商們也積極投入大量經費進行擴產。
8 / 12 吋晶圓廠大幅擴建
而就在2021 年各半導體制造廠商積極投入大量經費擴產的情況下，SEMI 預估，隨著許多新的8 吋和12吋晶圓廠將在2020 年至2024 年期將陸續進入量產的情況下，從全球半導體制造商的所有公告的資訊進行統計，截至2021 年9 月份為止，從現在到2024年，將會有25 座8 吋晶圓廠投入量產。而在這25 座8 吋晶圓廠當中，其中有5 座位于美洲，1 座位于歐洲/中東，19 座位于亞洲（其包括中國大陸14 座、日本3 座和中國臺灣2 座）。因此，從2020 年到2024 年，全球8吋廠的晶圓總產能預計將成長18%。
而除了8 吋晶圓廠之外，在目前主要供應全球芯片制造需求的12 吋晶圓廠部分，SEMI 也表示，自2020年開始到2024 年為止，統計將有60 座12 吋晶圓廠新建或擴建。在這60 座12吋晶圓廠當中，為在美洲的有6 座、歐洲/中東的有10 座、亞洲則達到44 座之多（包括中國大陸的15 座、日本5 座、韓國8 座、新加坡1 座，以及中國臺灣的15 座等。) 這些12 吋廠在陸續投入量產之后，預計12 吋晶圓的總產能將在2020 年到2024年間成長達48%。而一旦全球包括8 吋及12 吋晶圓廠的產能都能在2024 年之后透入量產，SEMI 預估全球半導體產業到2030 年的產值將突破1 萬億美元。
《ICINSIGHTS》最新研究報告指出，估計2021 年全球半導體資本支出將達創紀錄的1,520 億美元，約三分之一來自晶圓代工企業資本支出金額，包括3 / 5 / 7 納米新晶圓廠與設備支出，顯示對晶圓代工商業模式日漸依賴程度。整體來說，2021 年全球半導體資本支出將較2020 年大幅成長34%，達1,520 億美元，也是2017年創下成長41% 以來最大幅度。而各晶圓代工企業的資本支出達35%是最大部分，這也使得晶圓代工自2014 年以來，持續蟬聯全球半導體產業資本資出最高王座。而主要原因則是在于IC 設計產業對晶圓代工先進制程需求日漸增加，晶圓代工企業不得不加碼先進制程資本支出。
而就在談及晶圓代工企業的近期擴產行動中，其龍頭臺積電的一舉一動莫不牽動整體市場的變化，使得各界都積極關注。臺積電自2020 年宣布，將斥資120 億美元的資金，于美國亞利桑那州興建5 納米制程的12 吋晶圓廠，并在2024年完工，將有月產能2 萬片的規模之后，2021 年的5 月，臺積電就在法說會上表示，因應芯片供應吃緊，加上持續發展先進制程的需要，計劃3 年內投入1,000 億美元資本支出，用于晶圓產能擴產與技術發展。其中，2021 年臺積電的資本支出由原本250 億至280 億美元提升到300 億美元。而在這300 億元的資本支出中，預計80% 用于先進制程，10% 用于更先進制程，以及10% 特殊制程。
2021 年11 月，傳聞已久的日本設廠計劃也正式拍板定案。臺積電宣布，攜手日本SONY 半導體，將在日本九州熊本市合資設立子公司Japan AdvancedSemiconductor Manufacturing（JASM），并自2022 年開始興建12 吋晶圓廠，預計該晶圓廠在2024 年底前完工，屆時將采用22 納米及28 納米制程來提供專業積體電路制造服務，產能約達到4.5 萬片，初期預估資本支出約70 億美元。其中，除了SONY 半導體計劃投資約5 億美元，并取得JASM 不超過20%的股權之外，該計劃也將獲日本政府的承諾支持。
而就在宣布日本設廠計劃的同一天，臺積電也證實，為因應市場需求，已決議將于高雄設立生產7 納米及28 納米制程的晶圓廠，預計于2022年開始動工，并于2024 年開始量產。而其高雄廠廠址，臺積電也確認將設在中油高雄煉油廠舊址。至于，投資金額，董事會于11 月9 日核準的90.3644 億美元資本預算(約新臺幣2,394.65億元) 當中，就包含高雄廠設廠的費用。
除了新建晶圓廠擴產，臺積電也針對既有的產能進行擴產的動作。其中，在中國南京廠的部分，目前已逐步擴產達到16 納米制程月產能2.5 萬片的規模。另外，臺積電也規劃將采用28 納米制程來進一步擴大在當地業務，以支援客戶迫切的需求。預計自于2022 年下半年開始量產，并在2023 年年中將中國南京廠的月產能，由目前的2.5 萬片，提升至4 萬片的規模。而在南科，有市場消息表示，臺積電也將在此擴產當前是廠供不應求28 納米制程。也就是計劃在南科晶圓14 廠擴建中的P8 廠區進行28 納米制程擴產，預計2022 年下半年將可裝機，并展開量產事宜。
三星挑戰龍頭積極擴產布局
面對臺積電的全球布局，積極擴產動作，目前在晶圓代工市場中排名第二的韓國三星也不甘示弱，準備大筆銀彈準備投資，企圖拉近與臺積電的差距。事實上，三星在2019 年就宣布將投資133 萬億韓元的資金，用于發展非存儲器的系統半導體，期望能在2030 年登上該產業類型的龍頭寶座。2021 年5 月，三星再加碼38 萬億韓元，使得總投資金額達到171 萬億韓元，并在2021年10 月28 日宣布，預計在2026 年前將晶圓代工產能提高到目前三倍，使得市場預期，屆時三星的晶圓代工客戶將可以一舉突破300 家。
而三星擴產的重頭戲，就是在美國設置第二座晶圓廠一事。而這消息幾經波折，終于在三星集團副會長李在镕于11 月訪美時間敲定將落腳德州泰勒市，斥資170 億美元的金額興建以5 納米先進制程為主的12 吋晶圓廠。預計將于2022 年動工，2024 年完工投產，目標鎖定蘋果、高通、英偉達、AMD等美系芯片設計業者，與臺積電在亞歷桑納州的5 納米12 吋晶圓廠互別苗頭。
而除了在海外新建晶圓廠之外，三星晶圓代工業務在韓國境內的發展也沒有稍作停歇。為因應高效能運算與5G 芯片的客戶需求，三星旗下的平澤新擴建采用極紫外光光刻機(EUV) 的5 納米廠，在2021 年6 月已經開出新產能，而且該廠區并力拼4 納米與3 納米開始展開風險試產的動作。至于，已經率先生產5 納米制程的華城廠，因為先前有韓國媒體曾經報導，其5 納米制程良率低于50% 的情況。因此，市場預估目前三星正在努力提升良率之中，借以進一步提高產能。
聯電專注成熟制程，攜手客戶擴張產能
至于，國內晶圓雙雄之一的聯電，雖然先前已經暫緩先進制程的研發，專注于成熟制程的領域。但隨著疫情期間全球芯片荒的情況，不但讓聯電的營收大幅提升，也使得聯電晶圓產能供應吃緊。在此情況之下，使得向來對擴產態度保守的聯電，也不得不宣布加入擴產的行列。聯電12 月15 日宣布，董事會通過資本支出新臺幣762.73 億元，預計將以采購設備為主，包括進行南科Fab 12A 的P5 及P6 廠區的擴產。
聯電對此表示，本次資本預算執行案，主要供產能建置需求，投資時間將依各資本支出預算案計劃而定。聯電2021 年資本支出達23 億美元，2022年預期將上看30 億美元，投資重心為擴建南科Fab 12A 廠P5 及P6 廠區的28 及22 納米產能。其中在Fab 12A 廠P6廠區方面，先前聯電宣布，已與多家客戶合作已與先收取產能訂金的方式進行擴產。而P6 廠區產能擴建將于2022 年開始動工，2023 年第2 季量產，規劃產能為每月2.75 萬片，總投資金額約新臺幣1,000 億元。聯電也估計，未來3 年在南科總投資金額將達到約新臺幣1,500 億元。
除了在臺灣島內擴廠，聯電在中國也同步啟動擴產計劃。在蘇州和艦8 吋晶圓廠部分，預計到2022 年第3季月產能增加1 萬片，增加幅度達到13%。至于，廈門聯芯的12 吋晶圓廠方面，產能則已達第一階段滿載2.75 萬片規模，目前將以提升一廠營運效率為主。
英特爾重返晶圓代工市場，格羅方德、中芯國際、力積電各有盤算
處理器龍頭英特爾在2021 年由新任執行長Pat Gelsinger 宣布其IDM 2.0 計劃之后，隨即正式重返晶圓代工市場。根據英特爾的計劃，預計將斥資200 億美元在美國亞利桑那州新建2 座晶圓廠。而目前已正式動工，預自計2024 年開始量產7 納米或更先進芯片，并設立代工服務部門，為其他半導體廠代工制造芯片。除此之外，PatGelsinger 先前在接受德國《法蘭克福廣訊報》（Frankfurter Allgemeine）訪問時也表示，英特爾計劃在歐洲投資新的晶圓產能，第一階段將先建2 座晶圓廠，之后持續增建，最后一共將蓋8 座，總投資金額800 億歐元（約新臺幣2.6 兆元），年底決定設廠地點，2022 年開始動工。
晶圓代工市場市占率僅次臺積電、三星、聯電，排名第四的格羅方德，日前也宣布因應當前晶圓產能供不應求的情況，預計將投入超過60 億美元的金額為全球客戶增加產能，有40 億美元將投放新加坡廠，擴產12 吋晶圓廠制程，每年預計將增加45 萬片的產能。另外，20 億元將分別投入于美國和德國廠。其中，在美國預計基于現有晶圓廠擴產，以年增15 萬片晶圓為主，后續有計劃在此地新增一座晶圓廠。
中國大陸最大半導體制造業者中芯國際，雖然當前遭到美國政府的制裁，但為了因應中國境內客戶的需求成長，日前也提出相關的擴產計劃。中芯國際的主要擴產在于上海臨港自貿區規劃興建12 吋28 納米制程晶圓廠，計劃投資金額為88.7 億美元，最高月產能將達到10 萬片。此外，也將于深圳市坪山區同樣興建12 吋28 納米制程晶圓廠，鎖定驅動芯片及電源管理芯片等產品，規劃月產能為4 萬片。其他部分也繼續擴產12 吋晶圓1萬片和8 吋晶圓4.8 萬片的月產能，該部分產能也將于2022 年開出。總計包括深圳、上海兩地的所有擴產計劃，將斥資112.2 億美元的資金。
臺灣地區重新回歸資本市場的力積電，從力晶轉型為晶圓代工企業后，整合力晶12 吋晶圓廠與巨晶8 吋晶圓廠，總計2座8 吋晶圓廠，月產能共約11 萬片，3 座12 吋晶圓廠，月產約11 萬片。董事長黃崇仁指出，汽車電子將取代一般PC、智能手機，成為半導體芯片重大需求下，力積電都與客戶簽好長約，2022 年產能全滿，必須投資興建銅鑼新廠，總投資達新臺幣2,780 億元，總產能預計達每月10 萬片，自2023 年起分期投產。
