1
Hình ảnh qua SIA
Sheng Linghai, phó chủ tịch nghiên cứu của Garnter, nói với giới truyền thông rằng: "Thị trường hiện tại đã chuyển từ tình trạng thiếu hụt chung sang thiếu hụt cục bộ". Ông chỉ ra rằng không thiếu chip điện thoại di động 5G và năng lực sản xuất 28nm. chip xử lý dần dần có thể theo kịp nhu cầu thị trường. Đánh giá về các loại thiếu hụt chip trên thị trường hiện tại, vẫn còn thiếu hụt trong nhiều lĩnh vực bao gồm PC, máy chủ, ô tô và công nghiệp, nhưng mức độ thiếu hụt đã được cải thiện so với năm 2021.
Vào ngày 9 tháng 2, theo báo cáo của các phương tiện truyền thông Đài Loan, các nguồn tin trong ngành tiết lộ rằng khi nhu cầu tiếp tục vượt xa nguồn cung, nguồn cung chip lõi WiFi thắt chặt dự kiến ​​sẽ không giảm đáng kể vào năm 2022, mặc dù các nhà cung cấp đang tìm kiếm thêm từ các đối tác đúc kết hỗ trợ năng lực, nhưng giai đoạn giao hàng sẽ tiếp tục duy trì trạng thái lâu dài. Các chip lõi WiFi6 / 6E hầu hết được sản xuất trên quy trình 28nm. Đây là nút quy trình phổ biến nhất cho đến nay, nhưng nguồn cung rất hạn chế. Tình trạng thiếu chip lõi WiFi dự kiến ​​sẽ không cải thiện cho đến khi có thêm công suất 28nm mới xuất hiện trực tuyến vào năm 2023.
Quy trình 28nm đã được sử dụng trong ngành công nghiệp này hơn 10 năm. Trong những năm gần đây, TSMC, UMC, SMIC và NSMC đều đã mở rộng năng lực sản xuất ở nút 28nm. Tại sao nó lại được ưa chuộng trên quy trình 28nm? Liệu việc mở rộng năng lực sản xuất trong tương lai có giải quyết được bài toán thiếu lõi? Sau khi việc mở rộng năng lực sản xuất được thực hiện trong tương lai, liệu nó có gây ra tình trạng dư thừa công suất không? Để hiểu được tình hình cụ thể của ngành, tác giả đã phỏng vấn Lv Jianxin, phó chủ tịch điều hành của Hiệp hội chất bán dẫn Quảng Đông, và các chuyên gia trong ngành để giải thích về tiến bộ mới nhất của quy trình 28nm.
Lịch sử phát triển nút quy trình 28nm và mở rộng kịch bản ứng dụng
Quy trình 28nm là quy trình sản xuất hàng loạt đầu tiên do TSMC bắt đầu vào năm 2011. Khi nó được bật lên, nó có một hệ thống bá chủ học tập, đây là kỷ nguyên quy trình có lợi nhất và chiếm ưu thế nhất trong lịch sử phát triển của TSMC. Năm 2011, Qualcomm, AMD và Nvidia dẫn đầu trong việc áp dụng quy trình 28nm. GPU, chip xử lý đồ họa đang bắt đầu sử dụng quy trình này. Hiệu suất sản phẩm đã được cải thiện đáng kể và các công ty này đã kiếm tiền nhanh chóng.
2
Hình: Sơ đồ diễn biến quy trình TSMC, hình ảnh lấy từ trang web chính thức của TSMC
Lv Jianxin, phó chủ tịch điều hành của Hiệp hội chất bán dẫn Quảng Đông, nói với các phóng viên rằng 28nm là một quy trình ít bị ảnh hưởng bởi sự kẹt cứng của Trung Quốc. Lấy SMIC làm ví dụ, công nghệ 28nm của công ty được ra mắt vào quý 4 năm 2013 và bắt đầu vào năm 2015. Sản xuất hàng loạt quy trình 28nm đã được thực hiện, và vào năm 2018, công ty đã công bố hoàn thành việc nghiên cứu và phát triển HKMG 28nm, đây cũng là doanh nghiệp đầu tiên ở Trung Quốc đại lục có khả năng sản xuất hàng loạt quy trình 28nm. Quá trình này tương đối thuần thục đối với các xưởng đúc wafer trong nước. Hiện tại, việc mở rộng trong nước chủ yếu dựa trên quy trình 28nm.
Lv Jianxin cho biết: "28nm có ý nghĩa chiến lược đối với các nhà máy ở Trung Quốc đại lục. Do một số vật liệu và thiết bị quan trọng bị ảnh hưởng bởi các yếu tố địa chính trị nên khả năng Trung Quốc thực hiện các quy trình cao cấp như 14nm, 7nm và 5nm là thấp. Quy trình 28nm là một bước mở rộng trong nước. Thứ hai, sự phát triển hiện tại của 28nm trong các ứng dụng công nghiệp, bao gồm giá cả, năng suất và hiệu quả, được ngành công nghiệp ưa chuộng. So với 40nm và 55nm, tỷ suất lợi nhuận tương đối cao và 28nm là ở mức trung bình về hiệu suất và giá thành.Có thể nói đây là quy trình chủ đạo và tiết kiệm chi phí nhất trong quy trình wafer hiện nay Thứ ba, ngoài các mặt hàng điện tử dân dụng cao cấp (SoC điện thoại di động, chip máy tính, chip trung tâm dữ liệu cao cấp ), Chip xử lý 28nm là áp đảo Nó đủ cho hầu hết các lĩnh vực ứng dụng.
Các chuyên gia trong ngành tiết lộ với các phóng viên: 28nm đã trở thành một nút quy trình chủ đạo cho các quy trình trưởng thành. Một là xuất phát từ nhu cầu thị trường. 28nm không chỉ là một quy trình logic mà còn tạo ra nhiều quy trình đặc trưng. Ví dụ: 28HP, 28LP với mức tiêu thụ điện năng thấp, 28HPL với hiệu suất cao và tiêu thụ điện năng thấp và 28HPM với công nghệ tính toán hiệu suất cao. Ngoài ra còn có nhiều sự lựa chọn hơn về vật liệu, và thậm chí một hãng đã phát triển quy trình FDSOI. 28nm không phải là một quy trình, mà là một họ có thể tương ứng với các nhu cầu ứng dụng khác nhau. Các nền tảng quy trình chính thống và trưởng thành hơn, chúng càng hứa hẹn hơn.
Thứ hai là do công nghệ thúc đẩy. Quy trình tiếp theo của 28nm là 22nm. Ngành công nghiệp đã áp dụng cấu trúc FinFET do nhà khoa học Trung Quốc, ông Hu Zhengming phát minh. Quy trình 22nm dựa trên điện môi cổng High-K (high-K) + Cổng kim loại, giúp giảm rò rỉ đồng thời tăng khả năng kiểm soát đường ống. Hiện tại, nhiều công ty thiết kế chip và xưởng đúc chính thống đang đầu tư mạnh mẽ vào 28nm để mở rộng quy trình cũng như nghiên cứu và phát triển.
Thứ ba, từ góc độ đầu tư, nhiều sản phẩm hiện đang chuyển sang sử dụng công nghệ 28nm, ví dụ như chip điều khiển màn hình là một thị trường rộng lớn và chúng vẫn đang phát triển nhanh chóng hàng năm, chiếm một phần lớn năng lực sản xuất của fabs. Đặc biệt, một số MCU phức tạp cũng đã bắt đầu sử dụng quy trình 28nm nên ngày càng có nhiều sản phẩm chip sử dụng quy trình 28nm.
Sự đồng thuận trong ngành công nghiệp bán dẫn là chip 28nm được coi là cầu nối giữa khả năng sản xuất mạch tích hợp cấp thấp và cấp cao. Ngoài mức tiêu thụ điện năng tương đối cao do các chip CPU, GPU và AI yêu cầu, hầu hết các chipset cấp công nghiệp đều sử dụng chipset 28nm trở lên và các chip có công nghệ xử lý 28nm được sử dụng trong nhiều loại sản phẩm bao gồm TV, máy điều hòa không khí, ô tô, đường sắt tốc độ cao, rô bốt công nghiệp, thang máy, thiết bị y tế, vòng đeo tay thông minh, máy bay không người lái. Những người theo dõi ngành công nghiệp kỳ vọng Trung Quốc có thể tự chủ trong lĩnh vực sản xuất 28nm trong năm nay, mở đường cho việc tăng cường sản xuất chip 14nm.
Ba điều kiện chính để mở rộng sản xuất 28nm trong năm fabs đã trở thành chìa khóa để thực hiện năng lực sản xuất
Hiện tại, các xưởng đúc chip trên toàn cầu có thể được chia thành 3 cấp, cấp 1 là 2 nhà sản xuất hàng đầu là TSMC và Samsung, công nghệ đã đạt 5nm và năm nay sẽ bước sang 3nm. Cấp độ thứ hai là UMC, GF và SMIC, và công nghệ đã đạt đến 14nm; cấp độ thứ ba là Hua Hong, PSMC và các nhà sản xuất khác, và công nghệ mới chỉ đạt 28nm. Hiện tại, TSMC và Samsung đang tích cực cạnh tranh cho các đơn đặt hàng cho các quy trình sản xuất tiên tiến, và việc mở rộng chủ yếu dựa trên các quy trình sản xuất tiên tiến như 7nm và 5nm, quy trình cấp ba đã trưởng thành hơn, cạnh tranh cho các đơn đặt hàng trên 90nm.
Theo dữ liệu của Omdia, năm 2013 là năm phổ biến quy trình 28nm, và từ năm 2015 đến 2016, quy trình 28nm bắt đầu được sử dụng rộng rãi trong các bộ xử lý ứng dụng điện thoại di động và băng tần. Với sự phát triển vượt bậc của công nghệ, nhu cầu thị trường đối với các sản phẩm quy trình 28nm đã cho thấy một xu hướng tăng trưởng bùng nổ và xu hướng tăng trưởng cao này sẽ tiếp tục cho đến năm 2017.
Chỉ vì 28nm lúc bấy giờ quá “hấp dẫn” nên đã thu hút nhiều nhà sản xuất tăng cường bố trí. Vào năm 2018, các báo cáo phương tiện truyền thông đã chỉ ra rằng 28nm toàn cầu đang có xu hướng thừa công suất và TSMC, UMC, v.v. đang phải đối mặt với cuộc khủng hoảng thừa công suất. Thậm chí, TSMC từng cho biết khi xem xét kết quả hoạt động quý 3 năm 2018 rằng vấn đề dư thừa công suất toàn cầu của 28nm hiện nay là nghiêm trọng, và nó sẽ rơi vào tình trạng cung vượt cầu trong vài năm tới. Kể từ đó, công suất 28nm bắt đầu giảm.
Kể từ năm 2021, với sự tiến bộ của "nền kinh tế gia đình" do cơn đại dịch mới gây ra, nhu cầu toàn cầu về thiết bị điện tử tiêu dùng và các dịch vụ đám mây như máy tính bảng, điện thoại di động 5G và PC đã tăng cao. Nhu cầu về chip cho các phương tiện năng lượng mới. cao gấp 3-4 lần so với các phương tiện truyền thống. Năng lực của các xưởng đúc chip không thể theo kịp với nhu cầu ngày càng tăng nhanh.
Để đối phó với tình trạng thiếu hụt nguồn cung chip, các nhà sản xuất chip đang tích cực tăng cường năng lực sản xuất, với lượng xuất xưởng wafer toàn cầu tăng 14% so với cùng kỳ năm ngoái. Theo số liệu từ công ty tư vấn McKinsey của Mỹ, năm 2021, năng lực sản xuất chip sử dụng công nghệ cũ như công nghệ 40nm sẽ tăng 4%, và năng lực sản xuất chip sử dụng công nghệ mới như công nghệ 28nm sẽ tăng 13%.%.
Bản đồ mở rộng công suất 28nm toàn cầu

3
Hình: Những người đam mê điện tử vẽ theo thông tin đại chúng
Để mở rộng quy trình 28nm, fab phải giải quyết ba vấn đề chính: vốn, khách hàng và nguồn cung cấp thiết bị bán dẫn.
Kể từ nửa cuối năm ngoái, các nhà máy sản xuất chip mới đã trở nên phổ biến để ràng buộc khách hàng IC với các hợp đồng dài hạn, nhằm tránh tình trạng thừa năng lực sản xuất trong trường hợp môi trường thừa cung sau khi mở rộng năng lực sản xuất mới. Lợi ích của mô hình này chủ yếu nằm ở hai điểm: một là giảm bớt áp lực tài chính cho các xưởng đúc dăm để mở rộng sản xuất, hai là ràng buộc khách hàng để có được đơn hàng ổn định mà không lo lắng về năng lực sản xuất nhàn rỗi; đây cũng là một lợi ích lớn cho HTX. Khách hàng thiết kế vi mạch. Nó có thể đảm bảo cung cấp năng lực sản xuất trong tương lai với mức giá ổn định.
TSMC đề xuất kế hoạch đầu tư vốn 40 tỷ đô la Mỹ vào năm 2022. Ngoài việc mở rộng công suất trên quy trình 2nm, 3nm, 5nm và 7nm, nhà máy 12 inch 28nm của TSMC tại Kumamoto, Nhật Bản sẽ mở rộng sản xuất cùng với các khách hàng lớn như Sony . Sản xuất sẽ bắt đầu vào cuối năm 2024. Ngoài ra, TSMC dự kiến ​​sẽ bắt đầu cung cấp dịch vụ sản xuất 28nm tại nhà máy Nam Kinh vào nửa cuối năm 2022. TSMC cũng có kế hoạch xây dựng một nhà máy mới tại Cao Hùng, Đài Loan, nơi các dây chuyền sản xuất chip 7nm và 28nm bổ sung sẽ được thiết lập, với việc sản xuất dự kiến ​​bắt đầu vào năm 2024.
UMC đã chi hơn 3 tỷ đô la Mỹ để mở rộng sản xuất. UMC chỉ ra rằng tỷ lệ ràng buộc hợp đồng dài hạn của công suất quy trình 28nm cao tới 80%. Ngay cả khi thị trường 28nm chuyển sang cung vượt cầu, công ty sẽ bị ảnh hưởng một cách hạn chế. Các khách hàng hợp đồng của nó bao gồm Qualcomm, Samsung Electronics, MediaTek, Novatek, Realtek, Qijing, Yili và Phison.
SMIC, một nhà máy đúc chip lớn trong nước, có kế hoạch đầu tư 5 tỷ USD trong năm nay. Về việc mở rộng tấm wafer 12 inch, SMIC đã đồng thời khởi động việc mở rộng các dự án nhà máy mới tại Shanghai Lingang, Bắc Kinh và Thâm Quyến. Zhao Haijun, Giám đốc điều hành của công ty, cho biết chỉ có một lượng nhỏ năng lực sản xuất mới xây dựng được dành cho các khách hàng tiềm năng đang phát triển, và nền tảng, công nghệ và giá cả của các năng lực sản xuất khác đã được thương lượng. Công ty cũng đã ký một số hợp đồng dài hạn LTA, và nhận tiền trả trước, đối với khách hàng, SMIC sẽ ưu tiên ràng buộc với những khách hàng đầu mối.
Một hạn chế khác trong việc mở rộng sản xuất là thời gian giao hàng của thiết bị bán dẫn. Các giao dịch thiết bị quá lâu, dẫn đến việc mở rộng 28nm chậm. Theo các nhà sản xuất thiết bị bán dẫn, thời gian giao hàng thiết bị 28nm phổ biến hiện nay và các thiết bị liên quan đến quy trình khác vẫn chưa được rút ngắn và có rất ít nhà cung cấp hoặc thiết bị quy trình tiên tiến phức tạp. Thời gian giao hàng cũng kéo dài. Thiết bị EUV độc quyền phải được đặt trước ít nhất 2 Trước -3 năm. Giờ đây, chúng tôi chỉ có thể chủ động chuẩn bị hàng tồn kho, tối ưu hóa các quy trình liên quan và giảm thiểu hoàn toàn tiến độ công việc.
Hiện tại, nền tảng quy trình 28nm sẽ có nhu cầu thị trường rất lớn trong 10 năm tới. Điện thoại di động có thể sử dụng hơn 100 chip và ô tô có thể sử dụng hơn 1.000 chip, nhưng không phải chip nào cũng nhanh và mỏng như bộ vi xử lý và sử dụng công nghệ tiên tiến nhất. Hầu hết các ứng dụng chip cuối chỉ cần một quá trình thuần thục , vì vậy quy trình 28nm với lợi thế hiệu quả về chi phí sẽ luôn tồn tại.
Cảnh báo! Liệu chip 28nm có được cung cấp quá mức trong tương lai?
Hiện nay, chi phí thiết kế chip tiếp tục tăng, theo số liệu, chi phí thiết kế trung bình của chip 28nm là khoảng 30 triệu đô la Mỹ, chip 16nm / 14nm là khoảng 80 triệu đô la Mỹ, và chip 7nm cần 271 triệu đô la Mỹ. Chi phí cao khiến chỉ một số công ty thiết kế vi mạch có khả năng chuyển sang các nút cao cấp.
Lv Jianxin, phó chủ tịch điều hành của Hiệp hội chất bán dẫn Quảng Đông, nói với các phóng viên rằng lĩnh vực bán dẫn đã là một ngành công nghiệp theo chu kỳ kể từ khi nó ra đời. Năm hãng sản xuất lớn trên thế giới đã mở rộng sản xuất lên 28nm và thặng dư sau khi mở rộng là không thể tránh khỏi. Ngành công nghiệp bán dẫn và thông tin điện tử của Trung Quốc đang trong thời kỳ cơ hội phát triển vàng, năng lực sản xuất chip 28nm trong nước hiện không đủ khả năng hỗ trợ nhu cầu thị trường trong nước. Để giải quyết vấn đề thiếu chip, một lối thoát bền vững là mở rộng sản xuất dung tích. Ông đặc biệt nhấn mạnh rằng trong đợt mở rộng các nhà sản xuất tấm wafer toàn cầu này, TSMC, Samsung và các công ty chip châu Âu chủ yếu mở rộng sản xuất với quy trình tiên tiến dưới 14nm và các nhà sản xuất Trung Quốc chủ yếu mở rộng sản xuất với quy trình trưởng thành từ 28nm trở lên. Xét về nhu cầu thị trường khổng lồ, nói một cách tương đối, vấn đề thừa chip ở thị trường Trung Quốc sẽ ít hơn so với các thị trường khác.
Gần đây, Jason Wang, đồng tổng giám đốc của UMC, đã nói với giới truyền thông rằng phân khúc thị trường quy trình 28nm có thể sẽ bị cung vượt quá mức sau năm 2023. "Dựa trên các kế hoạch mở rộng công suất đã công bố, chúng tôi nghĩ rằng tình trạng dư cung 28nm sẽ xảy ra sau năm 2023. Nhưng chúng tôi vẫn cho rằng tình trạng dư cung sẽ ở mức nhẹ."
Zhao Haijun, Giám đốc điều hành của SMIC, gần đây đã nói với giới truyền thông rằng vấn đề dư thừa công suất 28nm tiềm ẩn mà thị trường đang lo lắng có thể được xem xét từ hai khía cạnh: Thứ nhất, công ty đã không xây dựng quá nhiều năng lực sản xuất trong quá khứ và hiện tại là sự mở rộng của công ty. sẽ không bị lung lay cho đến khi toàn bộ thị trường trở thành Dư cung; thứ hai, chuyển giao công nghiệp. Bây giờ nhiều khách hàng được gửi kèm hệ thống và toàn bộ máy để kiểm tra. Ở góc độ khác, một phần lớn linh kiện phải được sản xuất tại Trung Quốc, do đó, trong tương lai, có thể xảy ra tình trạng dư cung ở một số vùng và không đủ năng lực sản xuất ở một số vùng.