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Imagen a través de SIA
Sheng Linghai, vicepresidente de investigación de Garnter, dijo a los medios: "El mercado actual ha pasado de una escasez general a una escasez parcial". Señaló que no hay escasez de chips para teléfonos móviles 5G y que la capacidad de producción de 28nm chips de proceso ha sido gradualmente capaz de mantenerse al día con la demanda del mercado. A juzgar por los tipos de escasez de chips en el mercado actual, todavía hay escasez en muchos campos, incluidos PC, servidores, automóviles e industria, pero el grado de escasez ha mejorado en comparación con 2021.
El 9 de febrero, según informes de los medios taiwaneses, fuentes de la industria revelaron que, dado que la demanda continúa superando la oferta, no se espera que la oferta limitada de chips de núcleo WiFi disminuya significativamente en 2022, aunque los proveedores buscan más de los socios de fundición. el período de entrega continuará manteniendo un estado prolongado. Los chips de núcleo WiFi6/6E se fabrican principalmente mediante un proceso de 28 nm. Este es, con mucho, el nodo de proceso más popular, pero la oferta es muy limitada. No se espera que la escasez de chips de núcleo WiFi mejore hasta que entre en línea más capacidad nueva de 28 nm en 2023.
El proceso de 28 nm se ha utilizado en la industria durante más de 10 años. En los últimos años, TSMC, UMC, SMIC y NSMC han ampliado su capacidad de producción en el nodo de 28 nm. ¿Por qué se favorece alrededor del proceso de 28nm? ¿La expansión de la capacidad de producción en el futuro resolverá el dilema de la falta de núcleos? Después de que la expansión de la capacidad de producción esté en marcha en el futuro, ¿provocará un exceso de capacidad? Para comprender la situación específica de la industria, el autor entrevistó a Lv Jianxin, vicepresidente ejecutivo de la Asociación de Semiconductores de Guangdong, y profesionales de la industria para interpretar el último progreso del proceso de 28 nm.
Historial de desarrollo de nodos de procesos de 28 nm y expansión de escenarios de aplicaciones
El proceso de 28 nm es la primera producción en masa iniciada por TSMC en 2011. Cuando está encendido, tiene un sistema de hegemonía de aprendizaje.Este proceso es la era de proceso más rentable y más dominante en la historia del desarrollo de TSMC. En 2011, Qualcomm, AMD y Nvidia tomaron la iniciativa en la aplicación del proceso de 28 nm. GPU, los chips de procesador de gráficos están comenzando a utilizar este proceso. El rendimiento del producto ha mejorado mucho y estas empresas han ganado dinero rápidamente.Desde entonces, han estado fuera de control.
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Figura: Diagrama de evolución del proceso de TSMC, la imagen proviene del sitio web oficial de TSMC
Lv Jianxin, vicepresidente ejecutivo de la Asociación de Semiconductores de Guangdong, dijo a los periodistas que 28nm es un proceso que se ve menos afectado por el cuello atascado de China Tomando SMIC como ejemplo, la tecnología de 28nm de la compañía se lanzó en el cuarto trimestre de 2013 y comenzó en 2015. Se llevó a cabo la producción en masa del proceso de 28nm y, en 2018, anunció la finalización de la investigación y el desarrollo de 28nm HKMG, que también es la primera empresa en China continental capaz de producir en masa el proceso de 28nm. Este proceso está relativamente maduro para las fundiciones domésticas de obleas. En la actualidad, la expansión nacional se basa principalmente en 28nm.
Lv Jianxin dijo: "28nm tiene una importancia estratégica para las fábricas en China continental. Debido a que algunos materiales y equipos clave se ven afectados por factores geopolíticos, la probabilidad de que China implemente procesos de alta gama como 14nm, 7nm y 5nm es baja. La El proceso de 28nm es una expansión nacional. En segundo lugar, la industria favorece la madurez actual de 28nm en aplicaciones industriales, incluido el precio, el rendimiento y la eficiencia. En comparación con 40nm y 55nm, el margen de beneficio es relativamente alto, y 28nm está en el medio de rendimiento y costo. Se puede decir que es el proceso más rentable y principal en el proceso actual de obleas. En tercer lugar, además de la electrónica de consumo de alta gama (SoC de teléfonos móviles, chips de computadora, chips de centro de datos de alta gama ), los chips de proceso de 28 nm son abrumadoramente suficientes para la mayoría de las áreas de aplicación.
Los expertos de la industria revelaron a los periodistas: 28nm se ha convertido en un nodo de proceso principal para procesos maduros. Uno proviene de la demanda del mercado. 28nm no solo es un proceso lógico, sino que también deriva muchos procesos característicos. Por ejemplo, 28HP, 28LP con bajo consumo de energía, 28HPL con alto rendimiento y bajo consumo de energía y 28HPM con tecnología informática de alto rendimiento. También hay más opciones en materiales, e incluso una fábrica ha desarrollado un proceso FDSOI.28nm no es un proceso, sino una familia que puede corresponder a diferentes necesidades de aplicación. Cuanto más maduras y principales son las plataformas de procesos, más prometedoras son.
El segundo es impulsado por la tecnología. El próximo proceso de 28nm es 22nm. La industria ha adoptado la estructura FinFET inventada por el científico chino Sr. Hu Zhengming. El proceso de 22 nm se basa en dieléctrico de compuerta High-K (high-K) + Metal Gate, que reduce las fugas y aumenta el control de la tubería. En la actualidad, muchas empresas de diseño de chips y las principales fundiciones están invirtiendo fuertemente en 28nm para la expansión del proceso y la investigación y el desarrollo.
En tercer lugar, desde la perspectiva de la inversión, muchos productos están migrando actualmente a 28 nm. Por ejemplo, los chips de controladores de pantalla son un gran mercado y siguen creciendo rápidamente cada año, digiriendo una gran parte de la capacidad de producción de las fábricas. En particular, algunas MCU complejas también han comenzado a utilizar el proceso de 28 nm, por lo que cada vez hay más productos de chips en el proceso de 28 nm.
El consenso en la industria de los semiconductores es que los chips de 28 nm se ven como un puente entre el extremo inferior y superior de las capacidades de fabricación de circuitos integrados. Además del consumo de energía relativamente alto que requieren los chips de CPU, GPU e IA, la mayoría de los conjuntos de chips de grado industrial utilizan conjuntos de chips de 28 nm o más, y los chips con tecnología de proceso de 28 nm se utilizan en una amplia gama de productos, incluidos televisores, acondicionadores de aire, automóviles, tren de alta velocidad, robots industriales, ascensores, equipamiento médico, pulseras inteligentes, drones. Los observadores de la industria esperan que China se vuelva autosuficiente en la fabricación de 28nm este año, allanando el camino para una mayor producción de chips de 14nm.
Las tres condiciones principales para la expansión de la producción de 28 nm en las cinco fábricas se han convertido en la clave para la implementación de la capacidad de producción.
En la actualidad, las fundiciones de chips globales se pueden dividir en tres niveles. El primer nivel son los dos principales fabricantes de fundición, TSMC y Samsung. La tecnología ha alcanzado los 5 nm, y este año ingresará a los 3 nm. El segundo nivel es UMC, GF y SMIC, y la tecnología ha alcanzado los 14nm; el tercer nivel es Hua Hong, PSMC y otros fabricantes, y la tecnología solo ha alcanzado los 28nm. En la actualidad, TSMC y Samsung compiten activamente por pedidos de procesos de fabricación avanzados, y la expansión se basa principalmente en procesos de fabricación avanzados como 7nm y 5nm. El proceso de tercer nivel es más maduro y compite por pedidos superiores a 90nm.
Según datos de Omdia, 2013 fue el año de popularización del proceso de 28nm, y entre 2015 y 2016, el proceso de 28nm comenzó a ser ampliamente utilizado en procesadores de aplicaciones para teléfonos móviles y bandas base. Con la madurez de la tecnología, la demanda del mercado de productos de proceso de 28nm ha mostrado una tendencia de crecimiento explosivo, y esta tendencia de alto crecimiento continuará hasta 2017.
Solo porque los 28 nm en ese momento eran demasiado "atractivo", atrajo a muchos fabricantes para aumentar su diseño. En 2018, los informes de los medios indicaron que los 28 nm globales tienen un patrón de sobrecapacidad, y TSMC, UMC, etc. se enfrentan a la crisis de sobrecapacidad. Incluso, TSMC dijo una vez al revisar su desempeño en el tercer trimestre de 2018 que el problema actual de sobrecapacidad global de 28nm es grave, y estará en una situación de sobreoferta en los próximos años. Desde entonces, la capacidad de 28 nm ha comenzado a disminuir.
Desde 2021, con el avance de la "economía doméstica" provocada por la nueva epidemia de la corona, se ha disparado la demanda mundial de productos electrónicos de consumo y servicios en la nube, como tabletas, teléfonos móviles 5G y PC. La demanda de chips para vehículos de nueva energía es 3-4 veces mayor que la de los vehículos tradicionales.La demanda de chips químicos ha provocado una escasez mundial de chips. La capacidad de las fundiciones de chips no puede mantenerse al día con la demanda en rápido crecimiento.
En respuesta a la escasez de suministro de chips, los fabricantes de chips están aumentando agresivamente la capacidad de producción, y los envíos globales de obleas aumentaron un 14 % año tras año en 2021. En la actualidad, los fabricantes de chips se están enfocando en solucionar la escasez de chips de última generación.Según datos de la consultora estadounidense McKinsey, en 2021, la capacidad de producción de chips que utilizan tecnologías antiguas como la tecnología de 40nm aumentará en un 4%, y el la capacidad de producción de chips que utilicen nuevas tecnologías, como la tecnología de 28 nm, aumentará un 13 %.
Mapa de expansión de capacidad global de 28 nm

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Figura: Aficionados a la electrónica dibujan según información pública
Para la expansión del proceso de 28 nm, la fábrica debe resolver tres cuestiones clave: capital, clientes y suministro de equipos de semiconductores.
Desde la segunda mitad del año pasado, las nuevas fábricas de fundición de chips se han vuelto populares para vincular a los clientes de circuitos integrados con contratos a largo plazo, a fin de evitar la capacidad de producción no reclamada en caso de exceso de oferta en el medio ambiente después de que se abra la nueva capacidad de producción. Los beneficios de este modelo son principalmente dos puntos: uno es aliviar la presión financiera de las fundiciones de chips para expandir la producción, y el otro es obligar a los clientes a obtener pedidos estables sin preocuparse por la capacidad de producción ociosa; también es un gran beneficio para la cooperativa Clientes de diseño de IC Puede garantizar el suministro de capacidad de producción futura a un precio estable.
TSMC propone un plan para invertir 40 000 millones de dólares estadounidenses en capital en 2022. Además de la expansión de la capacidad en 2nm, 3nm, 5nm y 7nm, la fábrica de 28nm y 12 pulgadas de TSMC en Kumamoto, Japón, ampliará la producción junto con importantes clientes como Sony La producción comenzará a finales de 2024. Además, se espera que TSMC comience a ofrecer servicios de fabricación de 28 nm en su planta de Nanjing en la segunda mitad de 2022. TSMC también planea construir una nueva fábrica en Kaohsiung, Taiwán, donde se instalarán líneas de producción de chips adicionales de 7nm y 28nm, y la producción está programada para comenzar en 2024.
UMC gastó más de 3 mil millones de dólares estadounidenses para expandir la producción. UMC señaló que la tasa vinculante de contrato a largo plazo de la capacidad de proceso de 28nm es tan alta como 80% Incluso si el mercado de 28nm se convierte en un exceso de oferta, la empresa se verá afectada de manera limitada. Sus clientes por contrato incluyen Qualcomm, Samsung Electronics, MediaTek, Novatek, Realtek, Qijing, Yili y Phison.
SMIC, una importante fundición de chips nacional, tiene un plan de gastos de capital de 5.000 millones de dólares este año. En términos de expansión de la fábrica de obleas de 12 pulgadas, SMIC ha lanzado simultáneamente la expansión de nuevos proyectos de fábrica en Shanghai Lingang, Beijing y Shenzhen. Zhao Haijun, director ejecutivo de la empresa, dijo que solo una pequeña cantidad de la capacidad de producción recién construida está reservada para clientes potenciales en desarrollo, y se han negociado la plataforma, la tecnología y el precio de otra capacidad de producción. La empresa también ha firmado algunos contratos LTA a largo plazo, y recibe prepago.En cuanto a los clientes, SMIC dará prioridad a la vinculación con los principales clientes.
Otra limitación en la expansión de la producción es el tiempo de entrega de los equipos de semiconductores. Las transacciones de equipos son demasiado largas, lo que da como resultado una expansión lenta de 28 nm. Según los fabricantes de equipos de semiconductores, los tiempos de entrega de los populares equipos de 28 nm y otros relacionados con el proceso no se han acortado, y hay pocos proveedores o equipos de proceso avanzados sofisticados. El tiempo de entrega también es largo. El equipo EUV exclusivo debe reservarse al menos 2 -3 años de anticipación Ahora solo podemos preparar activamente el inventario, optimizar los procesos relacionados y reducir completamente el cronograma de trabajo.
En la actualidad, la plataforma de proceso de 28nm tendrá una gran demanda en el mercado en los próximos 10 años. Un teléfono móvil puede usar más de 100 chips y un automóvil puede usar más de 1,000 chips, pero no todos los chips son tan rápidos y delgados como los procesadores, y se usa la tecnología más avanzada La mayoría de las aplicaciones El chip final solo necesita un proceso maduro , por lo que siempre existirá el proceso de 28nm con ventajas rentables.
¡Advertencia! ¿Habrá un exceso de oferta de chips de 28nm en el futuro?
En la actualidad, el costo de diseño de los chips continúa aumentando. Según los datos, el costo promedio de diseño de los chips de 28nm es de aproximadamente 30 millones de dólares estadounidenses, los chips de 16nm/14nm son de aproximadamente 80 millones de dólares estadounidenses y los chips de 7nm necesitan 271 millones de dólares estadounidenses. El alto costo hace que solo unas pocas empresas de diseño de circuitos integrados sean asequibles para pasar a nodos premium.
Lv Jianxin, vicepresidente ejecutivo de la Asociación de Semiconductores de Guangdong, dijo a los periodistas que el campo de los semiconductores ha sido una industria cíclica desde su nacimiento. Las cinco principales fábricas del mundo han ampliado su producción a 28 nm, y el excedente después de la expansión es inevitable. La industria de semiconductores de China y la industria de información electrónica de China se encuentran en un período de oportunidades de desarrollo doradas. La capacidad de producción de chips nacionales de 28 nm actualmente no puede satisfacer la demanda del mercado interno. Para resolver el problema de la escasez de chips, una salida sostenible es expandir la producción. capacidad. Destacó especialmente que en esta ronda de expansión global de fabricantes de obleas, TSMC, Samsung y las empresas europeas de chips ampliaron principalmente su producción con procesos avanzados por debajo de 14nm, y las fábricas chinas ampliaron principalmente su producción con procesos maduros de 28nm y superiores. Teniendo en cuenta su enorme demanda de mercado, en términos relativos, el problema del exceso de chips en el mercado chino será menor que en otros mercados.
Recientemente, Jason Wang, codirector general de UMC, dijo a los medios que el segmento de mercado de procesos de 28nm podría tener un exceso de oferta después de 2023. "Según los planes de expansión de capacidad anunciados, creemos que el exceso de oferta de 28nm ocurrirá después de 2023. Pero aún creemos que el exceso de oferta será leve".
Zhao Haijun, CEO de SMIC, dijo recientemente a los medios que el posible problema de exceso de capacidad de 28 nm que preocupa al mercado puede considerarse desde dos aspectos: primero, la empresa no ha construido demasiada capacidad de producción en el pasado, y ahora la expansión de la empresa no será sacudido hasta que todo el mercado se convierte en exceso de oferta, en segundo lugar, la transferencia industrial. Ahora, muchos clientes reciben el sistema y la máquina completa para su inspección. Desde otra perspectiva, una gran parte de los componentes deben producirse en China, por lo que en el futuro puede haber un exceso de oferta en algunas regiones y una capacidad de producción insuficiente en algunas regiones.