如何提前半年知道什么芯片会缺货？-丽晶微定时IC芯片

看到招商电子的深度研究报告《涨价潮的背后，解剖硅片市场供需结构》，顿觉眼前一亮：硅片是晶圆厂最重要的上游原材料，其供需情况与价格趋势能充分反映半导体行业的景气度。进入2018年，全球半导体产业增速环比有所放缓，但硅片涨价潮依旧持续。是下游需求猛烈？还是上游供给有限？

芯片产业链十分长，从硅片—晶圆—封测—成品芯片—应用方案—供应链—电子成品，数道环节，差异巨大。而我们芯片分销流通环节的兄弟姐妹们，很少会去关注上游的动态。但上游的动态又切实影响着下游的供给。

这两年各种缺货，其实从最上游看，可能提前半年就有各种征兆。因此，征得作者同意，我们对报告内容做了部分调整，目的就是给芯片流通环节的各位提供更直接的内容：会影响哪些应用领域，哪类芯片产品，会影响多久，趋势怎样？宗旨自然就是我们一以贯之的：帮赚钱！

下面我们首先会简单介绍硅片及其分类，然后对硅片的市场供需情况与价格趋势展开分析。

硅片简介

硅片是生产集成电路所用的载体，作为晶圆厂最重要的上游原材料，硅片供需情况与价格趋势能充分反映半导体行业的景气度。

2017年，全球晶圆制造材料市场规模259.8亿美元，其中硅片市场规模75.8亿美元。占比29.17%。
半导体硅片对产品质量及一致性要求极高，其纯度须达99.9999999%（9个9）以上，而最先进的工艺甚至需要做到99.999999999%（11个9）。而光伏级单晶硅片仅需5个9即可满足应用需求。所以半导体生产所用硅片的制备难度远大于光伏级硅片。

因此，目前在全球半导体材料产业链中，国外巨头占据了主要的市场份额。其中日本信越（4063.T），SUMCO（3436.T），台湾环球晶圆（6488.TW）三家更是占据了硅片70%的市场份额，且集中度持续提升，紧扼全球晶圆制造的咽喉。

伴随着半导体行业的发展，硅片的尺寸也逐步提升。从最早在1965年诞生的2英寸直径硅片（50mm），到4英寸（100mm），5英寸（125mm），6英寸（150mm），8英寸（200mm），再到2000年面世的12英寸（300mm）硅片。每次硅片直径的提升，都会使得单片晶圆产出的芯片数量呈几何倍数增长，从而在生产过程中提供显著的规模经济效益。

12寸硅片的下一站是18寸（450mm）硅片。2011年，全球五大半导体厂商IBM、英特尔、三星电子、台积电和Global Foundries共同成立全球450mm联盟（G450C），用于推动18寸硅片发展，除此之外，还有EEMI450，Metro450等联盟在协同运作。但由于12寸硅片可以满足当前的生产需求，且18寸硅片设备研发难度极大，产业链上下游厂商对18寸硅片的推动力度不足。

从各尺寸硅片的出货面积比例来看，12寸已成为业内主流，2017年占全球硅片出货量的56.1%。所以下文中的分析将主要围绕12寸硅片展开。

根据芯思想统计，截止2017年11月，我国12寸硅片需求量为45万片（包括三星西安、SK海力士无锡、英特尔大连、联芯厦门），随着晶合集成、台积电南京和格芯成都的陆续投产，加上紫光南京、长鑫合肥、晋华集成三大存储芯片厂的建成，预估到2020年我国12寸硅片月需求量为80-100万片。抛开外资晶圆厂（三星西安、SK海力士无锡、英特尔大连、联芯厦门、台积电南京、格芯成都）的产能，国内的月需求量约为40-50万片。

目前我国12英寸硅片主要依赖进口，但规划中的月产能已经达到120万片，后续如均能顺利量产，可基本满足国内需求。

8寸硅片方面，据芯思想统计，截止至2016年底，我国具备8英寸硅片和外延片生产能力的公司合计月产能为23.3万片/月，实际产能利用率不足50%，2016年全年我国仅仅产出120万片8寸硅片，只满足国内的10%的需求。从目前已经公布的产能来看，8寸硅片月产能已经达到140万片，合计超过160万片，远远超过我国8寸硅晶圆的月需求80万片的规模。

智能手机（3D NAND Flash）是12寸硅片需求的主要驱动力

据SUMCO统计，2018年将有32.83%的12寸硅片用于生产NAND Flash。而NAND Flash又有36%的下游市场在智能手机，所以可以判断，智能机的容量升级，拉升了对3D NAND的需求，进而推动了晶圆厂对12寸硅片的需求。

长期来看，根据Gartner预测，得益于3D制程工艺的成熟并持续向先进制程演进，2017年-2021年，NAND均价的复合增长率为-22.82%。但在数据中心、移动终端旺盛需求的带动下，NAND容量需求将高速增长，复合增长率为40.21%。
对应到硅片需求来看，我们前文提到先进制程的开发会使得芯片的特征尺寸不断减小，进而缩小芯片面积，降低对硅片的需求量。NAND也是如此，其制程工艺现已完成从2D向3D的跨越，并将在未来向1z nm制程工艺迈进。但由于NAND的需求增长远大于制程工艺进步带来的单位面积存储密度增速，所以NAND对硅片的需求将持续高速增长。根据SUMCO预测，2018-2021年，NAND对硅片需求的增长率为5.91%。其中，由于2D NAND的需求会被3D逐步替代，所以2D的市场需求将萎缩，复合增长率为-17.65%，而3D NAND对硅片需求的复合增长率为16.76%，成为未来3年里硅片产业需求的主要驱动力。

除此之外，逻辑芯片也有较快增长，这主要归功于逻辑芯片的制程演进在逐步放缓。逻辑芯片在未来三年内对硅片的需求的复合增长率为6.27%。

12寸晶圆曾经经历了激进扩产带来的硅片产能过剩的十年，站在当前时点，硅片供需结构悄然发生逆转，半导体产业的持续景气对硅片厂产能提出了更高的需求。硅片价格在经历了过去近10年的下跌之后，终于在2016年起开始逐步回升。

与之相应，下游晶圆厂再度给出了激进的需求指引，根据SUMCO统计，全球晶圆厂给出的总需求指引，其复合增长率为9.7%（SUMCO的统计没有考虑部分中国新建晶圆厂的需求，所以实际需求指引会更多）。

同时，由于硅片供不应求的态势在2017年才开始出现，对于硅片厂而言，谨慎扩产，推动硅片价格持续抬升，成为了业内的共识。

12寸硅片涨价趋势分析

目前，12寸硅片处于供不应求的状态。展望全年，SUMCO预计12寸硅片的价格在2018年将提升20%（18年Q4相比16年Q4提升40%），同时19年涨价趋势不变，有较多晶圆厂更是开始2021年的价格谈判。

通过产业链调研我们了解到，2018年一季度28nm以上的12寸硅片价格为120美元，而14nm所用的硅片更是高达200美元。硅片价格高涨，推动了硅片厂的盈利能力。以SUMCO为例，公司在2017年的毛利为26.13%，净利为10.37%；而2018年一季度毛利再度创下历史新高，毛利达34.22%，净利16.52%。

12寸晶圆厂无涨价计划

对于12寸晶圆厂而言，主要的生产成本来自折旧，虽然硅片是最重要的原材料，但是成本占比较低。根据台积电FAB12的数据，其Starting Wafer以及Monitor Wafer之和在其成本结构中仅占4.19%。同时，通过产业链调研，我们了解到其他12寸晶圆厂的硅片成本占比亦位于个位数。硅片涨价对公司毛利影响有限，粗估在1%以内。

相比硅片涨价，12寸晶圆厂更关注产能利用率及供应稳定性，持续稳定生产对于晶圆厂非常重要，否则高额的折旧费用会给毛利带来压力。为了争取订单，目前12寸晶圆厂28nm及以上成熟制程价格竞争激烈，各大厂没有向下游涨价的计划，部分制程如28nm，今年的报价同比2017年甚至还会下降15-20%。
文我们着重讨论了12寸硅片的供需关系，那么8寸硅片的市场情况如何呢？
2017年，8寸硅片出货量同比增幅较大，在指纹识别等应用的带动下，全年总需求为2110万片，同比增长14.36%。

进入2018年，指纹识别应用需求有了明显下滑，但汽车电子、工业应用、IOT等下游应用需求增速较快；同时功率器件、射频及传感器等产品在性能与成本效率的共同驱动下，持续从6寸向8寸迁移，所以8寸硅片同样供不应求。2018年Q1同比增长10%，进入Q2，SUMCO预计8寸需求的增速将略放缓，但供需紧张持续。
价格方面，根据SEMI提供的数据，2016年Q1 8寸硅片价格为历史低点，每平方英寸仅为0.66美元每平方英寸，而2017年Q4的价格提升到0.79美元，即39.7美元每片，相比低点增长了19.7%。
指纹识别芯片对于8寸供需结构的影响

指纹识别作为2017年8寸厂的核心驱动力之一，在2018年将面临明显下滑：苹果新机采用结构光人脸识别方案；以OPPO为代表的国产安卓厂商会在部分机型上也将不再采用指纹识别芯片，再加之指纹识别芯片Die Size也在不断减小，所以8寸硅片的供需结构有望得到一些缓解。

具体定量分析来看，2017年，全球智能机出货量为14.62亿部，考虑到iPhone X未采用指纹识别，以及部分500元价位段的安卓机型未采用指纹识别，我们假设指纹识别渗透率为80%，则指纹识别芯片出货量为11.7亿颗。通过产业链调研了解到，平均每片晶圆可以切割800颗指纹识别芯片，则2017年，指纹识别市场对8寸硅片的需求量为146万片，占据全球总量的6.92%。

而进入2018年，苹果下半年的三款新机都将不再采用指纹识别，同时OPPO等厂商在部分机型上不再采用指纹识别，我们假设指纹识别渗透率下降至65%，指纹识别芯片Die Size降低使得单个晶圆切割芯片数达850颗。同时，根据IDC预测，智能机全球出货量会有约2.1%的增长，则2018年，指纹识别市场对硅片的需求量为113.9万片，相比2017年下滑32.26万片。

总体来看，指纹识别的下滑可以在有限程度上缓解8寸硅片的供需紧张，长期来看，仍需观测苹果在19年的新机采用屏下指纹识别芯片的可能性。如苹果确定采用屏下指纹，反而会加剧8寸硅片的供需紧张。

同时，目前市场上有观点称指纹识别芯片将转进12寸晶圆厂进行生产，通过产业链调研，我们了解到目前仅有FPC的一款指纹识别芯片采用了12寸工艺，但该款芯片不是主流产品，销量有限。指纹识别芯片的工艺提升缓慢的原因在于，指纹识别芯片的准确度和sensor的面积直接相关。没有必要采用先进工艺去缩小sensor的面积。各家厂商的关注焦点更多在于设计上的优化，而非工艺的提升。所以我们预计指纹识别芯片将在较长一段时间内停留在8寸工艺，不会升级至12寸。

硅片供需紧张缓解还需要2年？

前文提及功率器件、射频及传感器等产品在性能与成本效率的共同驱动下，持续从6寸向8寸迁移，那么8寸芯片是否有向12寸转移的趋势呢？

通过产业链调研，我们了解到，随着芯片版本的迭代，性能的提升，需要不断升级制程工艺。有较多芯片产品，如LCD驱动芯片、CIS芯片、MCU等，其高性能产品已采用了12寸工艺。

以LCD驱动芯片为例，目前约有40%以上的LCD驱动芯片提供了对FHD分辨率的支持，为了更小更轻薄更省电，FHD分辨率的LCD驱动芯片在12寸晶圆厂生产。其中外挂RAM的方案为80nm，而内置RAM的方案则转向55nm/40nm。
CIS芯片方面，目前800万像素以下的CIS芯片还停留在8寸晶圆厂做代工，如国内的思比科，格科微的产品便是典例。而800万像素以上的CIS芯片，则需要转进12寸晶圆厂，采用55nm制程工艺。

MCU方面，采用ARM Cortex-M4的处理器需要采用12寸工艺。而M3以及M0则一般在8寸晶圆厂生产。8寸芯片产品开始逐步向12寸过渡，晶圆厂也需随之调整产能规划，华虹半导体亦是如此，公司于2018年3月在无锡新建12寸晶圆厂，规划月产能4万片。主要面向市场是嵌入式非易失性存储器（eNVM），即卡类市场。这一块是华虹半导体在8寸领域的主要下游市场，现在也开始逐步往12寸转型。

综合来看，虽然不断有应用的高性能芯片产品开始转型12寸工艺，但短期内，8寸硅片及晶圆厂的供需紧张程度仍难以得到缓解。我们预计需要2年左右，8寸的供需结构才会有所好转。

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