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Bild über SIA
Sheng Linghai, Vizepräsident für Forschung bei Garnter, sagte gegenüber den Medien: „Der aktuelle Markt hat sich von einer allgemeinen Knappheit zu einer teilweisen Knappheit verlagert.“ Er wies darauf hin, dass es keinen Mangel an 5G-Mobilfunkchips und einer Produktionskapazität von 28 nm gebe process chips konnte Schritt für Schritt mit der Marktnachfrage Schritt halten. Gemessen an den Arten von Chipknappheit auf dem aktuellen Markt gibt es immer noch Engpässe in vielen Bereichen, darunter PCs, Server, Automobile und Industrie, aber der Grad der Knappheit hat sich im Vergleich zu 2021 verbessert.
Laut taiwanesischen Medienberichten vom 9. Februar enthüllten Branchenquellen, dass das knappe Angebot an WiFi-Core-Chips im Jahr 2022 voraussichtlich nicht wesentlich nachlassen wird, da die Nachfrage weiterhin das Angebot übersteigt, obwohl die Lieferanten mehr von Foundry-Partnern verlangen die Lieferzeit wird weiterhin einen langen Zustand beibehalten. WiFi6/6E-Core-Chips werden meist im 28-nm-Verfahren hergestellt. Dies ist bei weitem der beliebteste Prozessknoten, aber das Angebot ist sehr begrenzt. Der Mangel an WiFi-Core-Chips wird sich voraussichtlich nicht verbessern, bis 2023 weitere neue 28-nm-Kapazitäten online gehen.
Der 28-nm-Prozess wird in der Industrie seit mehr als 10 Jahren verwendet. In den letzten Jahren haben TSMC, UMC, SMIC und NSMC alle ihre Produktionskapazitäten am 28-nm-Knoten erweitert. Warum wird der 28-nm-Prozess bevorzugt? Wird der Ausbau der Produktionskapazitäten in Zukunft das Dilemma des Hülsenmangels lösen? Wird die Erweiterung der Produktionskapazitäten in Zukunft zu Überkapazitäten führen? Um die spezifische Situation der Branche zu verstehen, interviewte der Autor Lv Jianxin, Executive Vice President der Guangdong Semiconductor Association, und Branchenexperten, um die neuesten Fortschritte des 28-nm-Prozesses zu interpretieren.
Entwicklungsgeschichte des 28-nm-Prozessknotens und Erweiterung des Anwendungsszenarios
Der 28-nm-Prozess ist die erste Massenproduktion, die 2011 von TSMC gestartet wurde. Wenn es eingeschaltet ist, stellt es ein lernendes Hegemoniesystem dar. Dieser Prozess ist die profitabelste und dominanteste Prozessära in der Entwicklungsgeschichte von TSMC. Im Jahr 2011 übernahmen Qualcomm, AMD und Nvidia die Führung bei der Anwendung des 28-nm-Prozesses. GPU, Grafikprozessor-Chips beginnen, diesen Prozess zu verwenden. Die Produktleistung wurde erheblich verbessert, und diese Unternehmen haben schnell Geld verdient, und seitdem sind sie außer Kontrolle geraten.
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Abbildung: TSMC-Prozessentwicklungsdiagramm, das Bild stammt von der offiziellen Website von TSMC
Lv Jianxin, Executive Vice President der Guangdong Semiconductor Association, sagte gegenüber Reportern, dass 28 nm ein Prozess sei, der weniger von Chinas festgefahrenem Nacken betroffen sei.Am Beispiel von SMIC wurde die 28-nm-Technologie des Unternehmens im vierten Quartal 2013 eingeführt und 2015 gestartet. Die Massenproduktion des 28-nm-Prozesses wurde durchgeführt und im Jahr 2018 wurde der Abschluss der Forschung und Entwicklung von 28-nm-HKMG angekündigt, das auch das erste Unternehmen auf dem chinesischen Festland ist, das in der Lage ist, den 28-nm-Prozess in Massenproduktion herzustellen. Dieses Verfahren ist für inländische Wafergießereien relativ ausgereift. Derzeit basiert die heimische Expansion hauptsächlich auf 28nm.
Lv Jianxin sagte: „28 nm ist von strategischer Bedeutung für Fabriken auf dem chinesischen Festland. Da einige Schlüsselmaterialien und -ausrüstungen von geopolitischen Faktoren beeinflusst werden, ist die Wahrscheinlichkeit, dass China High-End-Prozesse wie 14 nm, 7 nm und 5 nm implementiert, gering Der 28-nm-Prozess stellt eine heimische Expansion dar. Zweitens wird die derzeitige Reife von 28 nm in industriellen Anwendungen, einschließlich Preis, Ausbeute und Effizienz, von der Industrie bevorzugt. Im Vergleich zu 40 nm und 55 nm ist die Gewinnmarge relativ hoch und 28 nm liegt im Mittelfeld von Leistung und Kosten. Es kann gesagt werden, dass es der kostengünstigste und am weitesten verbreitete Prozess im aktuellen Waferprozess ist. Drittens, neben High-End-Unterhaltungselektronik (Mobiltelefon-SoC, Computerchips, High-End-Rechenzentrumschips). ), 28-nm-Prozesschips sind überwältigend. Für die meisten Anwendungsbereiche ist dies ausreichend.
Branchenexperten verrieten gegenüber Reportern: 28nm ist zu einem Mainstream-Prozessknotenpunkt für ausgereifte Prozesse geworden. Einer kommt aus der Marktnachfrage. 28 nm ist nicht nur ein logischer Prozess, sondern leitet auch viele charakteristische Prozesse ab. Zum Beispiel 28HP, 28LP mit niedrigem Stromverbrauch, 28HPL mit hoher Leistung und niedrigem Stromverbrauch und 28HPM mit Hochleistungs-Computing-Technologie. Es gibt auch eine größere Auswahl an Materialien, und sogar eine Fabrik hat einen FDSOI-Prozess entwickelt.28 nm ist kein Prozess, sondern eine Familie, die unterschiedlichen Anwendungsanforderungen entsprechen kann. Je ausgereifter und etablierter Prozessplattformen sind, desto vielversprechender sind sie.
Der zweite ist technologiegetrieben: Der nächste 28-nm-Prozess ist 22 nm. Die Industrie hat die vom chinesischen Wissenschaftler Hu Zhengming erfundene FinFET-Struktur übernommen. Der 22-nm-Prozess basiert auf einem High-K (High-K)-Gate-Dielektrikum + Metal Gate, das Leckagen reduziert und gleichzeitig die Pipeline-Kontrolle verbessert. Derzeit investieren viele Chipdesign-Unternehmen und Mainstream-Foundries stark in 28 nm für die Prozesserweiterung sowie Forschung und Entwicklung.
Drittens migrieren aus Investitionssicht derzeit viele Produkte auf 28 nm. Zum Beispiel sind Display-Treiberchips ein großer Markt, und sie wachsen jedes Jahr immer noch schnell und verdauen einen großen Teil der Produktionskapazität von Fabriken. Insbesondere einige komplexe MCUs haben auch begonnen, den 28-nm-Prozess zu verwenden, sodass es immer mehr Chip-Produkte im 28-nm-Prozess gibt.
In der Halbleiterindustrie besteht Konsens darüber, dass 28-nm-Chips als Brücke zwischen dem unteren und oberen Ende der Fertigungskapazitäten für integrierte Schaltkreise angesehen werden. Zusätzlich zu dem relativ hohen Stromverbrauch, der von CPU-, GPU- und KI-Chips benötigt wird, verwenden die meisten Chipsätze in Industriequalität 28-nm- oder höhere Chipsätze, und Chips mit 28-nm-Prozesstechnologie werden in einer Vielzahl von Produkten verwendet, darunter Fernseher, Klimaanlagen, Autos. Hochgeschwindigkeitszüge, Industrieroboter, Aufzüge, medizinische Geräte, intelligente Armbänder, Drohnen. Branchenbeobachter erwarten, dass China in diesem Jahr in der 28-nm-Fertigung autark wird und den Weg für eine erhöhte Produktion von 14-nm-Chips ebnet.
Die drei wesentlichen Voraussetzungen für den Ausbau der 28-nm-Fertigung in den fünf Fabs sind zum Schlüssel für die Umsetzung der Produktionskapazität geworden
Derzeit lassen sich die globalen Chip-Foundries in drei Ebenen einteilen: Die erste Ebene stellen die beiden Top-Foundry-Hersteller TSMC und Samsung dar. Die Technologie hat die 5-nm-Technologie erreicht und wird in diesem Jahr in die 3-nm-Technologie einsteigen. Die zweite Ebene ist UMC, GF und SMIC, und die Technologie hat 14 nm erreicht; die dritte Ebene ist Hua Hong, PSMC und andere Hersteller, und die Technologie hat nur 28 nm erreicht. Derzeit konkurrieren TSMC und Samsung aktiv um Aufträge für fortschrittliche Fertigungsverfahren, und die Expansion basiert hauptsächlich auf fortschrittlichen Fertigungsverfahren wie 7 nm und 5 nm. Der Prozess der dritten Ebene ist ausgereifter und konkurriert um Aufträge über 90 nm.
Laut Omdia-Daten war 2013 das Jahr der Popularisierung des 28-nm-Prozesses, und zwischen 2015 und 2016 begann der 28-nm-Prozess, in Prozessoren und Basisbändern von Mobiltelefonanwendungen weit verbreitet zu sein. Mit der Reife der Technologie hat die Marktnachfrage nach 28-nm-Prozessprodukten einen explosiven Wachstumstrend gezeigt, und dieser starke Wachstumstrend wird bis 2017 anhalten.
Gerade weil das 28nm damals zu „attraktiv“ war, verlockte es viele Hersteller dazu, ihr Layout zu vergrößern. Im Jahr 2018 haben Medienberichte darauf hingewiesen, dass die globale 28-nm-Technologie ein Muster von Überkapazitäten aufweist und TSMC, UMC usw. mit der Krise der Überkapazität konfrontiert sind. Sogar TSMC sagte einmal bei der Überprüfung seiner Q3-Leistung im Jahr 2018, dass das aktuelle globale Überkapazitätsproblem von 28nm ernst ist und es in den nächsten Jahren in einer Situation des Überangebots sein wird. Seitdem hat die 28-nm-Kapazität begonnen, abzunehmen.
Seit 2021 ist mit dem durch die neue Kronenepidemie verursachten Fortschritt der „Heimwirtschaft" die weltweite Nachfrage nach Unterhaltungselektronik und Cloud-Diensten wie Tablet-Computern, 5G-Mobiltelefonen und PCs stark gestiegen. Die Nachfrage nach Chips für neue Energiefahrzeuge 3- bis 4-mal höher als bei herkömmlichen Fahrzeugen Die Nachfrage nach chemischen Chips hat zu einer weltweiten Knappheit an Chips geführt. Die Kapazität der Chipgießereien kann mit der schnell wachsenden Nachfrage nicht Schritt halten.
Als Reaktion auf Lieferengpässe bei Chips bauen Chiphersteller ihre Produktionskapazitäten aggressiv aus, wobei die weltweiten Wafer-Lieferungen im Jahr 2021 um 14 % gegenüber dem Vorjahr steigen werden. Derzeit konzentrieren sich die Chiphersteller darauf, den Mangel an hochmodernen Chips zu beheben: Laut Daten des US-Beratungsunternehmens McKinsey wird die Produktionskapazität von Chips mit alten Technologien wie der 40-nm-Technologie im Jahr 2021 um 4 % steigen Die Produktionskapazität von Chips mit neuen Technologien wie der 28-nm-Technologie wird um 13 % steigen.
Globale 28-nm-Kapazitätserweiterungskarte

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Abbildung: Elektronik-Enthusiasten zeichnen laut öffentlicher Information
Für den Ausbau des 28-nm-Prozesses muss die Fabrik drei zentrale Probleme lösen: Kapital, Kunden und die Versorgung mit Halbleiterequipment.
Seit der zweiten Hälfte des letzten Jahres werden neue Fabriken von Chip-Foundries beliebt, um IC-Kunden mit langfristigen Verträgen zu binden, um ungenutzte Produktionskapazitäten im Falle eines Überangebots in der Umgebung zu vermeiden, nachdem neue Produktionskapazitäten eröffnet wurden. Die Vorteile dieses Modells liegen hauptsächlich in zwei Punkten: Einer ist, den finanziellen Druck der Chip-Gießereien zu verringern, die Produktion zu erweitern, und der andere ist, Kunden zu binden, um stabile Aufträge zu erhalten, ohne sich um ungenutzte Produktionskapazitäten sorgen zu müssen; es ist auch ein großer Vorteil für Genossenschaften IC-Design-Kunden Es kann die Versorgung mit zukünftiger Produktionskapazität zu einem stabilen Preis sicherstellen.
TSMC schlägt einen Plan vor, 40 Milliarden US-Dollar an Kapital im Jahr 2022 zu investieren. Neben der Kapazitätserweiterung in 2 nm, 3 nm, 5 nm und 7 nm wird die 28-nm-12-Zoll-Fabrik von TSMC in Kumamoto, Japan, die Produktion zusammen mit Großkunden wie Sony erweitern Die Produktion beginnt Ende 2024. Darüber hinaus wird TSMC voraussichtlich in der zweiten Hälfte des Jahres 2022 damit beginnen, 28-nm-Fertigungsdienste in seinem Werk in Nanjing anzubieten. TSMC plant außerdem den Bau einer neuen Fabrik in Kaohsiung, Taiwan, in der zusätzliche 7-nm- und 28-nm-Chip-Produktionslinien eingerichtet werden, deren Produktion 2024 beginnen soll.
UMC gab mehr als 3 Milliarden US-Dollar aus, um die Produktion zu erweitern. UMC wies darauf hin, dass die langfristige Vertragsbindungsrate der 28-nm-Prozesskapazität bis zu 80 % beträgt.Selbst wenn der 28-nm-Markt zu einem Überangebot wird, wird das Unternehmen nur begrenzt betroffen sein. Zu den Vertragskunden gehören Qualcomm, Samsung Electronics, MediaTek, Novatek, Realtek, Qijing, Yili und Phison.
SMIC, eine große inländische Chip-Gießerei, hat für dieses Jahr einen Investitionsplan von 5 Milliarden US-Dollar.In Bezug auf die Erweiterung der 12-Zoll-Waferfabrik hat SMIC gleichzeitig mit der Erweiterung neuer Fabrikprojekte in Shanghai Lingang, Peking und Shenzhen begonnen. Zhao Haijun, CEO des Unternehmens, sagte, dass nur ein kleiner Teil der neu errichteten Produktionskapazität für potenzielle Kunden in der Entwicklung reserviert ist und die Plattform, Technologie und der Preis für andere Produktionskapazitäten ausgehandelt wurden. Das Unternehmen hat auch einige langfristige LTA-Verträge unterzeichnet und erhält Vorauszahlungen.Was Kunden betrifft, wird SMIC der Bindung an führende Kunden Vorrang einräumen.
Eine weitere Einschränkung bei der Ausweitung der Produktion ist die Lieferzeit von Halbleiterausrüstung. Gerätetransaktionen sind zu lang, was zu einer langsamen 28-nm-Erweiterung führt. Laut den Herstellern von Halbleitergeräten wurden die derzeit beliebten Lieferzeiten für 28-nm- und andere prozessbezogene Geräte nicht verkürzt, und es gibt nur wenige Anbieter oder hochentwickelte fortschrittliche Prozessgeräte.Die Lieferzeit ist auch lang.Exklusive EUV-Geräte müssen mindestens 2 reserviert werden -3 Jahre im Voraus Jetzt können wir nur noch aktiv Inventuren erstellen, damit verbundene Prozesse optimieren und den Arbeitsplan vollständig reduzieren.
Derzeit wird die 28-nm-Prozessplattform in den nächsten 10 Jahren eine enorme Marktnachfrage haben. Ein Mobiltelefon kann mehr als 100 Chips verwenden, und ein Auto kann mehr als 1.000 Chips verwenden, aber nicht alle Chips sind so schnell und dünn wie Prozessoren, und es wird die fortschrittlichste Technologie verwendet Die meisten Anwendungen Der Endchip benötigt nur einen ausgereiften Prozess , daher wird es immer den 28nm-Prozess mit kostengünstigen Vorteilen geben.
Warnung! Werden 28-nm-Chips in Zukunft überversorgt sein?
Gegenwärtig steigen die Designkosten für Chips weiter an: Laut Daten betragen die durchschnittlichen Designkosten für 28-nm-Chips etwa 30 Millionen US-Dollar, für 16-nm-/14-nm-Chips etwa 80 Millionen US-Dollar und für 7-nm-Chips 271 Millionen US-Dollar. Die hohen Kosten veranlassen nur wenige IC-Design-Unternehmen, auf Premium-Knoten umzusteigen.
Lv Jianxin, Executive Vice President der Guangdong Semiconductor Association, sagte gegenüber Reportern, dass der Halbleiterbereich seit seiner Geburt eine zyklische Industrie gewesen sei.Die fünf größten Fabriken der Welt haben ihre Produktion auf 28 nm ausgeweitet, und der Überschuss nach der Erweiterung sei unvermeidlich. Chinas Halbleiterindustrie und Chinas elektronische Informationsindustrie befinden sich in einer Zeit goldener Entwicklungsmöglichkeiten. Die Produktionskapazität von inländischen 28-nm-Chips ist derzeit nicht in der Lage, die Nachfrage auf dem Inlandsmarkt zu decken. Um das Problem der Chipknappheit zu lösen, besteht ein nachhaltiger Ausweg darin, die Produktion zu erweitern Kapazität. Er betonte insbesondere, dass in dieser Expansionsrunde der globalen Waferhersteller TSMC, Samsung und europäische Chiphersteller ihre Produktion hauptsächlich mit fortschrittlichen Prozessen unter 14 nm erweiterten und chinesische Fabriken ihre Produktion hauptsächlich mit ausgereiften Prozessen von 28 nm und darüber erweiterten. In Anbetracht der relativ großen Marktnachfrage wird das Problem der überschüssigen Chips auf dem chinesischen Markt geringer sein als auf anderen Märkten.
Vor kurzem sagte Jason Wang, Co-General Manager von UMC, gegenüber den Medien, dass das Marktsegment für 28-nm-Prozesse nach 2023 möglicherweise überversorgt sei. „Basierend auf den angekündigten Kapazitätserweiterungsplänen gehen wir davon aus, dass das 28-nm-Überangebot nach 2023 eintreten wird. Wir gehen jedoch weiterhin davon aus, dass das Überangebot gering sein wird.“
Zhao Haijun, CEO von SMIC, sagte kürzlich gegenüber den Medien, dass das potenzielle 28-nm-Überkapazitätsproblem, über das der Markt besorgt ist, unter zwei Aspekten betrachtet werden kann: Erstens hat das Unternehmen in der Vergangenheit nicht zu viele Produktionskapazitäten aufgebaut, und jetzt die Expansion des Unternehmens wird nicht erschüttert, bis der gesamte Markt zu einem Überangebot wird, zweitens industrieller Transfer. Jetzt werden viele Kunden mit dem System und der gesamten Maschine zur Inspektion gebündelt. Aus einer anderen Perspektive muss ein Großteil der Komponenten in China produziert werden, sodass es zukünftig in einigen Regionen zu einem Überangebot und in manchen Regionen zu unzureichenden Produktionskapazitäten kommen kann.