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半导体格局的新变化

   2018-11-04    

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日前,外媒semiaccurate表示,英特尔终止了10nm工艺的研发。这给产业界扔下了一个重磅炸弹。虽然消息出来没多久,英特尔官方立刻否认了相关报道,但这个留言毫无疑问地又将饱受制程推进之苦的英特尔推向了风口浪尖。

从22nm工艺以来,Intel就一直在延迟推出他们的最新工艺,尤其是到了现在的10nm工艺,英特尔已经延误多年,以至于在去年台积电7nm工艺量产以后,代工巨头终于历史上首次超越了英特尔成为了全球集成电路工艺集成的领先者。

其实英特尔的这个窘境是半导体产业的冰山一角。联想到联电和格芯先后宣布退出先进工艺的研发,高通收购NXP不成错失进入汽车市场捷径,Arm服务器芯片业务的再进一步,三星加码晶圆代工和汽车电子,物联网和人工智能的兴起等一系列事件。

种种迹象表明,旧的半导体格局或将被打破,一个新的时代正在开启。下面我们从三大代表性厂商的现状,结合现在的半导体产业现状,进而阐述半导体世界改变的可能性。

半导体曾经霸主的前途未卜

在英特尔于1971年推出为日本Busicom研发定制的4004处理器的时候,他们应该也没想到,这系列处理器产品开启了他们辉煌的历程。公司也从1992年开始,连续25年稳居全球最大半导体公司的宝座,直至去年三星凭借存储涨价将其取代,才25年来首次让出龙头的位置。但英特尔的今天,可以追索到10年前的苹果iPhone发布。

众所周知,由于在移动处理器方面的后知后觉,英特尔在Arm阵营已经巩固了移动生态之后,才推出Atom想分一杯羹,但正如他们X86在PC和服务器市场的地位一样,英特尔在花费了几十亿美金之后,黯然退出了这个市场。虽然现在他们凭借Modem重新杀回了移动市场,加上在新兴的人工智能的布局,似乎也给他们“从云到端”的概念提供了强力的支持。但终端市场的变化,已经让他们失去了过往那种舍我其谁的号召力。

在PC时代,英特尔的X86处理器是市场的绝对领导者,即使AMD在2003年左右凭借K7系列处理器一度让英特尔感受到火烧眉毛的压迫感,但芯片巨头基于本身工艺制程的优势,将AMD逼退,重新巩固了自己的地位。但对现在的英特尔来说,面对的竞争是比当时更复杂的环境。

一方面,是工艺制程方面已经落后了。

正如前面所说,英特尔能够有今天的地位,他们的工艺制程的领先功不可没。但进入了最近两年,英特尔10nm一直停步不前,在台积电7nm出来以后,已经落后于全球最大的晶圆代工厂了。在面对这种困境,英特尔也将其制造业务分为技术发展部门、制造和营运部门、供应链部门,重整他们的制造工艺计划。这也是出现了文中开始那个流言的原因。

英特尔早几年公布的路线图,从22nm开始,公司工艺就开始延期

罗森布拉特(Rosenblatt Securities)证券公司的分析师Mosesmann在8月底的一份报告中则表示,处理器大厂英特尔(Intel)在半导体制程上的瓶颈不只是10纳米节点的延期,而且需要许多时间来解决这个问题,因为这将造成英特尔制程劣势持续5年、6年、甚至7年时间。

虽然英特尔最近一直在强调其10nm工艺良率有了大的提高,且有望在明年推出,但Chris Caso在报告中表示,英特尔目前最大的问题就是10纳米制程的延宕,因此预计未来两年内英特尔都不会推出10纳米的伺服器处理器,而这样10纳米制程延后的问题,也为竞争对手打开了一扇窗,而且这扇窗可能永远都不会关上。

反观竞争对手AMD,因为格芯战略性地放弃7nm,这让他们能更好地拥抱台积电,拿到了制程领先优势。据之前的报道,AMD计划在2019年1月举办的CES上发布7nm高端CPU和GPU,这是他们抢占英特尔市场的筹码。

另一方面,新兴的AI市场,优势并没有那么明显。

回看英特尔过往的产品,无论是DRAM或者X86处理器,英特尔都一度拥有过压倒性的优势,他们在产品转型的时候,也能预先把握着市场潮流。但在AI时代,这个规律已经被打破了。在AI市场,英特尔没有英伟达GPU那种绝对的领先产品,同时围绕着AI芯片终端和云端,也涌现出了很多竞争对手。尤其是像华为这些能够提供“从端到云”系统大厂商的出现,会给英特尔带来无形的压力。

对英特尔来说,如何守护好最大的现金流市场——服务器,是他们的首要任务。因为曾经的移动领域的竞争对手,对这个市场虎视眈眈,日前甚至还推出了新的产品线系列Neoverse和基于Arm架构的服务器合规认证计划——Arm ServerReady,帮助用户安全、合规地部署Arm服务器系统。

全球最大的IP厂商正在联合其合作伙伴对Intel发动有史以来最猛烈的攻势。如果英特尔稍有不慎,也许最后一块自留地也会被攻陷。这对他们带来的影响是不可想象的。

移动芯片巨头的诸事不顺

近日,移动芯片巨头高通正在香港举行他们一年一度的“4G/5G技术峰会”。在会上,他们不但重申了他们在移动市场的领导地位,还推出了全新的,使用三星11nm LPP工艺制造的骁龙675。同时,高通还披露了5G OEM合作伙伴、毫米波天线模组等一系列新进步。

当然,我们必然肯定,高通是移动芯片市场的绝对霸主。就算其QTL业务备受争议,但我们也不能否认他们对整个智能手机产品性能的进步和全球相应芯片市场的发展,甚至是人才培训方面,都有其积极的贡献所在。

市场分析机构Strategy Analytics早前发布的2018年Q1全球蜂窝基带处理器市场分析布局显示,在今年一季度,高通,三星LSI,联发科,海思和UNISOC(展讯和RDA)夺下全球蜂窝基带处理器营收前五。其中高通以52%的份额保持领先,紧随其后的是是三星LSI和联发科,市场份额分别为14%和13%。

2018年Q1基带市场营收份额

如果智能手机还能保持过去十年的成长态势,高通凭借现在和OPPO 、VIVO、小米和三星等一众终端厂商建立的深厚关系,在他们的共同携手下,继续躺着挣钱,是毫无问题的。但现在一方面智能手机的增长乏力;另一方面,越来越倾向于使用自有芯片的华为的市场份额的高涨,加上三星也在共同推进,对高通来说,在这块业务上面也面临不确定的挑战。

根据中国通信研究院15日发布的数据显示,2018年前9个月,中国手机市场出货量3.05亿部,同比下降17.0%。其中,9月份出货量3902.2万部,同比下降11.7%,环比增长19.7%。分析认为,市场饱和、智能手机普及率提高以及零售价格攀升,抑制着整个手机市场的增长。

从全球来看,多家分析机构的统计显示,2018年第二季度全球智能手机出货量,华为首次超过苹果排名升至第二,成为全球第二大智能手机厂商,落后于三星。从涨幅来看,苹果涨幅为1%,而华为约为41%,而整体市场出货出现下滑。其中华为手机出货量达5420万台,超过苹果的4130万台,居全球第二。

2018年Q2全球手机出货量对比

从以上数据可以看到,前三大手机厂商中,都有离开高通的可能,其中三星是想捧起自己的猎户座系列;华为则开始逐步全盘使用自研的Kirin芯片;至于苹果,因为和高通的纠纷,他们在最新的iPhone手机中已经全部用英特尔的基带。在高通日前公布的5G OEM合作厂商中,没有看到这三家厂商的LOGO。虽然这是意料中的事情,但这这对于高通来说,也是一个不小的打击。

高通 X50 5G NR modem的合作OEM名单,没有高通、华为和三星

另外,来到5G时代,因为华为等厂商的异军突起,高通不再有之前3G和4G时代的专利池优势,对于高通主要利润贡献源QTL业务来说,这也是一个不得不关注的一个方面。至于收购NXP流产,错失进入汽车电子领域的捷径;服务器业务的失败,也让高通失去了很多潜在的筹码。

至于现在高通正在主推的物联网市场,和英特尔目前所专注的市场一样,这块的芯片市场并不能有一家独大。中国各路芯片厂商的在NB-IoT市场的布局,也使得高通在这个市场面临前所未有的竞争压力。

但我们也还是强调一点,WIFI和Aptx这两个市场,尤其是后者,会是高通的一个重大发展机会,但与手机SoC等相比,在市场方面的份额是不能比。

格芯退出,先进制程竞争带来的启示

今年上半年的另一个重点事件,就是格芯退出了先进制程工艺的竞争。作为全球第二大的晶圆代工厂,格芯的这个决定,预兆着晶圆代工市场的竞争进入了一个全新的阶段。在笔者看来,格芯的这个决定,将会对晶圆代工市场造成一个深远的影响,晶圆代工市场或者将会重新洗牌,而这都是晶体管材料微缩面临问题的后遗症。

现在无论是GPU、CPU、或者超算,都对7nm等先进工艺有很强烈的需求,但进入这些先进工艺,在成本方面无疑会给厂商带来巨大的挑战。

一方面,每台上亿美元的EUV光刻机购买会带来成本压力;另一方面,材料的研发,也会带来成本的增加。更不用说在工程师和软件方面的投入。以三星为例,在今年年初,他们为7nm工艺投入了56亿美元升级南韩华城市(Hwaseong)的晶圆新厂。这些巨大的投入,对于格芯来说,是一笔难以承担的支出。

而这个结果是先进制程带来更多的收入造成的。

IC Insights最新的报告指出,台积电2018年平均每晶圆收入预计为1,382美元,比GlobalFoundries的1,014美元高出36%;联电2018年每片晶圆的平均收入预计仅为715美元。据统计,台积电是四大中唯一一家预计2018年将比2013年产生更高的每晶圆收入(9%以上)的晶圆代工厂。相比之下,GlobalFoundries,联电和中芯国际2018年每晶圆平均收入预计将较2013年下滑1%,10%和16%。

虽然预计今年四大代工厂每片晶圆的平均收入为1,138美元,但产生的数量在很大程度上取决于IC加工的微型化技术。在2Q18,每片晶圆0.5μ200mm(370美元)和每片晶圆20nm300mm(6,050美元)之间的差异超过16倍。

又因为目前先进制程基本只有台积电能做,那就使得先进制程加剧向头部企业集中,拉大了这个差距。台积电CEO魏哲家在18日的投资者大会上披露,预计到今年底,台积电用7nm工艺完成流片的芯片设计将超过50款,而到明年底会有100多款芯片采用其7nm和增强版7nm EUV。那就意味着对于后面的追赶的厂商来说,只有喝汤的份。正是在这重重因素的影响下,除了格芯外,联电也退出了先进制程的追逐,聚焦在现有制程的优化更新。

现在的头部玩家中,除了台积电外,唯有三星在存储贡献的巨大收入的支持下,继续推进先进工艺的研发。半导体晶圆代工的新格局也初见雏形。

中国将成为半导体市场的X因素

正所谓不破不立,从目前的半导体格局来看,中国未来会成为一个重要的X因素。这是中国本身的地位和市场发展的必然。

首先在AI方面,国内已经聚齐了华为、寒武纪、商汤、地平线、比特大陆、云天励飞和遂原等一大批新创公司,他们也在围绕着安防、汽车等市场加紧布局。联想到中国市场的庞大,还有国内在安防领域的全球影响力,加上本土造车厂的快速兴起,这就给国内AI的芯片厂商带来了很多可能性。

其次在物联网方面,国内也同样有了华为、中兴、汇顶、ASR和乐鑫等一批厂商,无论是高通或者是英特尔,在这块市场直面国内的群狼,压力无疑是巨大的。

至于晶圆代工方面,中芯国际在梁孟松的带领下,正在一步步提升了28 nm High K的良率,14nm FinFET工艺突破在即。在去年,中芯国际方面谈到了公司在7nm方面的研发。和格芯和联电不一样,中芯国际无论从战略地位或者是资金支持方面,都有着他们无法比拟的优势。多方支持下的中芯国际,有朝一日必然会成为先进晶圆代工市场的一个搅局者。

来到Arm服务器芯片方面,国内华为、华芯通和飞腾的阵型,也正在对英特尔发起冲击。无限的可能正在前面招手。

中国存储更是一个重要的X因素。

在之前的文章,我们对包括DRAM和NAND Flash在内的存储格局有过很详细的分析,而国内长江存储、合肥长鑫和福建晋华的重大进展,他们未来的发展将会给中国半导体乃至全球的半导体市场带来深远的影响。

其他无论是模拟芯片、数字芯片、EDA工具,国内也都在加紧布局。中国或许将会成为全球半导体一个重要角色,但我们也应该看到背后的风险。

在中国发展的过程中,美国方面以专利和威胁为由,加大了对中国的技术出口限制,通过增加关税,也进一步抑制了本土集成电路产业的发展。对于中国相关产业来说,要想蜕变,阵痛是免不了。

来源:半导体行业观察