人工智能热潮导致全球HBM严重短缺，存储器制造商今年和明年的产能已经售罄，需要不断加大资本投入，扩大HBM生产。有业内人士透露，与DDR5等相同容量和工艺的存储芯片相比，HBM芯片的晶圆尺寸增加了35%到45%。与此同时，HBM芯片所需要的制造工艺更为复杂，良品率比起DDR5低了20%至30%，这意味着相同的晶圆面积上生产出的合格芯片会更少。以上两个因素叠加，导致需要更多硅片来满足HBM的生产需要。

此外，先进封装也比以往需要更多的抛光晶圆，因为封装已经变得立体，结构和工艺也发生了变化，一些封装可能需要比以前多一倍的晶圆。随着明年先进封装产能的释放，所需的晶圆数量会有更为明显的增长。目前可以看到像台积电（TSMC）的CoWoS封装变得更加流行，处于供不应求的状态已经很长一段时间了。

过去随着先进半导体技术的发展和应用，芯片尺寸缩小，降低了晶圆的消耗。现在因为人工智能和3D封装的推动、导致了晶圆使用量的增加，从而促进了硅片行业的发展。值得注意的是，在硅晶圆发展的同时，HBM和先进封装技术对质量、平整度和纯度提出了更高的要求。这也将促使硅片制造商做出相应的调整，以应对业界的发展趋势。

根据台媒电子时报报道，NAND闪存主控芯片的产能缺货将持续到2022年底，预计缺口高达20%~30%，其中以工艺成熟的28nm制程最为吃紧。 

对比其他芯片，固态闪存的主控芯片对高端制程的需求量不高，目前尚有40nm工艺的主控芯片正在服役。虽然顶尖的PCIe4.0主控已经用上了16nm，未来PCIe 5.0的主控甚至会用上7nm芯片。但由于成本、性能、功耗较为均衡，目前PCIe 3.0、SATA接口的主控芯片仍以28nm工艺为主。 

SSD固态主控

目前全球28nm代工产能主要集中于台积电、联电及中芯国际三大厂商，但消息称台积电、联电等各家的上游晶圆厂产能持续紧张，代工价格持续看涨。而且晶圆产能分配时间比往年更早，2022年产能缺口已成定局。 

目前三大主控代工巨头均已推出了各自的扩产计划，其中台积电计划在未来2~3年内将28nm的每月总产能扩增至10~15万片。另外一家巨头联电也在今年5月宣布了价值36亿美元的28nm制程芯片增产计划。 

最后，国内的中芯国际也在积极扩产28nm产能，目前已在北京、深圳布局了多个28nm项目，总投资额预计高达653亿元人民币（折合约100亿美元） 。 

不过在全球晶圆IC紧张的大环境下，各家的增产计划多少有点远水难解近渴的意思。对于有固态硬盘升级需求的朋友，笔者建议近期有合适价格就赶紧入手，以免错失时机。

在今年的Hot Chips大会上，Cerebras表示现在可以实现整个芯片拥有2.6万亿晶体管，85万个核心，相比之前的规格增加了一倍有余。然而实现方式其实很“简单”，因为去年的那款芯片还是采用的台积电16nm工艺进行制造，现在只需换成台积电最新的7nm制程工艺，就可以实现如此壮举。该公司表示，它已经在实验室中运行了新款芯片。

当然，这第二代的新款晶圆级芯片仍将具有与第一代相同的芯片面积，毕竟，它受到晶圆尺寸的限制。此外，预计该公司还将增加芯片内置的内存容量并加强芯片互连速率，以提高芯片内数据传输的带宽。去年的第一代芯片具有9PB/s的内存带宽，并且这样一个芯片的TDP为15KW。

晶圆级晶片除了像Cerebras这样制作计算芯片的应用外，也有应用于存储方面的研究。铠侠（前东芝存储）正在进行的新研究就是——通过跳过传统闪存和SSD制造方法过程中所有切割，组装，封装等操作，直接生产晶圆级的SSD ，这样可以极大地降低制造成本和交货时间，并且得到高性能的大量数据存储解决方案。

不过虽然铠侠提出了“晶圆级固态硬盘”的概念，但是还处在早期开发阶段，距离实际上市和应用还很早。目前受瞩目的晶圆级晶片还是Cerebras WSE，而关于第二代Cerebras WSE的更多信息，还是得到该公司宣布最终产品时才能知道。

据mynavi报道，铠侠在其内部引入了称为“晶圆级固态硬盘”的技术概念。通过跳过传统闪存和SSD制造方法过程中所有切割，组装，封装等操作，直接生产晶圆级的SSD ，这样可以极大地降低制造成本和交货时间，并且得到高性能的大量数据存储解决方案。该技术概念旨在利用“超级多探测技术”，探测和并行操作单个晶片中的数百个芯片。在超级计算机中堆叠和安装这种具有超级多探测技术的晶圆级固态硬盘将实现数百万IOPS的巨大性能。

这种晶圆级的芯片在去年其实已经有出现，就是Cerebras Systems推出的晶圆级深度学习芯片，其芯片面积达到46225平方毫米，如果你对这个数据没有概念的话，作为对比，CPU中的核心裸片大小一般在200平方毫米以下，而GPU核心的大小也没有超过1000平方毫米的。官方称这片芯片的尺寸比当时最大的GPU核心要大56倍，整个芯片拥有1.2万亿晶体管。

目前虽然铠侠提出了“晶圆级固态硬盘”的概念，但是还处在早期开发阶段，距离实际上市和应用还很早。并且，即使实际应用，最初也是用在商业领域，比如需要大量数据存储的服务器等。

中国长城介绍称，该装备通过采用特殊材料、特殊结构设计、特殊运动平台，可以实现加工平台在高速运动时保持高稳定性、高精度，运动速度可达 500mm/S ，效率远高于国外设备。在光学方面，根据单晶硅的光谱特性，结合工业激光的应用水平，采用了合适的波长、总功率、脉宽和重频的激光器，最终实现了隐形切割。

在影像方面，采用不同像素尺寸、不同感光芯片的相机，配以不同功效的镜头，实现了产品轮廓识别及低倍、中倍和高倍的水平调整。该装备还搭载了同轴影像系统，可以确保切割中效果的实时确认和优化，实现最佳切割效果。

目前GF拥有七个工厂，其中四个生产300mm晶圆，另外三个生产200mm晶圆。其中多个工厂都有SOI生产线，另外GF还在成都设立了一家新的300mm工厂，未来也将会使用SOI工艺进行生产，他们对于300mm SOI晶圆的需求量是比较大的。实际上他们在去年才刚刚和Soitec签署了一份长期晶圆供应合同，现在又找了第二供货商，从中也可以感受到，GF的代工业务仍然开展的非常顺利。他们也在新闻稿中表示，目前市场上有超过85%的智能手机中都有他们的RF-SOI工艺成分，由此可见GF在5G时代将会从移动端收获更大的市场。

报告指出，自2000年以来，半导体产业是靠着增加晶圆投片量来提高晶片出货量，而利用制程微缩让每片晶圆切割出更多晶片的贡献并不多。事实上，自2000～2019年这20年当中，每片晶圆切割出的良品晶片的每年平均成长率仅0.9％，但透过增加晶圆投片来增加的晶片每年平均成长率达6.5％。总体来看，2000～2019年全球每年新增加的晶片数量，有86％来自晶圆投片量增加，只有14％是来自制程微缩让每片晶圆切割出更多晶片。

半导体市场在2017～2018年间出现过存储芯片及部份逻辑芯片缺货的情况，DRAM及NAND Flash价格大涨，存储芯片厂因此大举扩充产能以回应市场的强劲需求，晶圆代工厂及IDM厂也有扩建增加产能的计划。不过，国际经济情势不确定性导致半导体市场需求降温，2019年存储芯片价格一路走跌，存储芯片厂也暂缓了产能扩充计划，晶圆代工厂及IDM厂的产能利用率也同步下修。IC Insights统计，全球晶圆厂平均产能利用率在2018年达94％，但2019年降至86％。

但是对于半导体厂来说，产能扩充计划没有取消只是延后，其中扩产规模最大的还是来自于存储芯片厂。由于近期DRAM及NAND Flash市况回温，存储芯片厂重启产能扩充计划，2020年及2021年全球新增晶圆产能将大幅增加，等于进入高速扩张期。

据业界消息，以三星为例，为积极扩增3D NAND产能，其位于西安的第二期晶圆厂已完工，预计2020年第一季开始量产，三星位于韩国平泽厂旁的P2厂也已兴建完成，预期2020年下半年进入量产。

Digitimes援引供应链消息人士的话称，尽管台积电7nm工艺的订单增加，但台积电其他先进工艺的的订单依然低迷，这导致2019年12英寸晶圆的产能有过剩的风险。在这其中，Q2季度7nm订单增长主要是来自华为海思、AMD，但是因为PC及消费电子客户持续调整库存，其他工艺的12英寸订单进展缓慢。

消息人士指出，台积电的7nm订单主要是受即将到来的5G、AI应用的推动，但移动设备、PC电脑、笔记本电脑及消费电子行业的其他客户还在消化过剩的库存。

台积电预计Q3季度7nm订单还会继续加强，产能利用率可能达到100%满载，主要客户来自苹果、海思、AMD、高通、NVIDIA及联发科等。

台积电预测今年7nm工艺带来的营收会大幅增长，全年占比可达25%。此前台积电公布的Q1季度数据中，7nm工艺贡献了22%的营收，10nm工艺贡献了4%的营收，20nm贡献了1%的营收，28nm贡献依然高达20%，只不过除了7nm之外，28-10nm工艺都在不同程度地下滑。

在Q4季度中，中芯国际营收7.88亿美元，同比持平，环比下滑7.4%，毛利润1.34亿美元，同比下滑9.7%，环比下滑23.6%，毛利率17%，上一年同期为18.9%，上季度为20.5%。

盈利方面，当季运营亏损4093万美元，环比扩大602%，不过当季利润1.09亿美元，环比增长43.3%，书归属于股东的盈利2652万美元，环比下降0.1%，同比下降44.4%。

虽然看起来Q4季度的财报不那么好看，不过中芯国际表示财报符合他们的预期，而且2018年全年营收33.6亿美元，同比增长了8.3%，这个速度是高于晶圆代工行业平均水平的。

在全球晶圆代工行业中，除了份额高达60%的台积电之外，其他代工厂的日子都不太好过，中芯国际Q4季度的一个重要考验就是高阶制程产能（指的是已经量产的工艺）利用率下降，28nm工艺占比只有5.4%，上个季度还是7.1%，这也不是中芯国际不能量产28nm，是因为全球28nm产能过剩，台积电等公司的28nm产能量产时间更早，早就过了折旧期了，所以成本更低，对其他厂商挤压效果明显，但即便如此，台积电自己的28nm产能也出现了过剩的问题。

在开发中的工艺来说，中芯国际的14nm FinFET工艺已经提前半年，这次财报会议上联席CEO梁孟松表示“目前中芯国际第一代FinFET14nm技术进入客户验证阶段，产品可靠度与良率已进一步提升。同时，12nm的工艺开发也取得突破。透过研发积极创新，优化产线，强化设计，争取潜在市场，我们对于未来的机会深具信心。””

这是中芯国际首次提到12nm工艺，这是基于14nm FinFET工艺的改良版，目前流程设计套件已准备就绪。同时IP验证正在进行中。与14nm相比，中芯国际的12nm工艺功耗降低了20%，性能提升了10%，错误率降低了20%。

根据人民日报的消息，在第十五届中国—东盟博览会国内经济合作项目集中签约仪式上，钦州市与广西启世半导体有限公司签订了年产1440万片集成电路用12英寸大硅片项目投资协议。

据了解，该项目总投资30亿美元，总年产1440万片，分三期建设，总占地面积约1000亩，一期总投资10亿美元，主要建设12英寸大硅片生产线，共四条生产线，年产480万片。该项目的建成将加快北部湾区域钦州核心优势，提高钦州市临海工业在全国高科技领域的地位。

据悉，12英寸硅抛光片是集成电路行业“对外依存度很高的原材料”，一直以来，半导体大硅片技术被日本、韩国、美国等国家垄断，我国12寸大硅片还无法大批量生产，基本依靠进口。该项目的建成可以完善我国从硅片制造到集成电路生产的产业链，提高我国半导体工业的整体水平，有效补充国内半导体集成电路产业及人工智能、汽车、计算机、消费电子、通讯5G、工业等产业对12英寸半导体级单晶硅片市场需求， 实现半导体级12英寸大硅片的完全自主“中国智造”。

在12英寸大硅片产能上，国内目前的总需求量超过40万片/月，而未来几年国内还有多座12英寸晶圆厂投产，硅片产能缺口还会增加，随着广州1440万片12英寸大硅片项目的落实，国内12英寸大硅片缺少供应的情况会有所缓解。

另一方面，多个项目的上马也让人担心国内的硅片项目产能过剩，因为在广西的项目之外，全国还有其他地区也在投入大硅片的研发及生产，之前我们就报道过上海新昇半导体科技有限公司的大硅片项目，该公司主要研发、生产集成电路所用的硅晶圆，承担了国家02专项核心工程之一的“40-28纳米集成电路制造用300毫米硅片”项目，项目总投资约68亿元，其中一期总投资约23亿元，完成后预计300mm硅晶圆月产能为15万片，最终将达成300mm硅晶月60万片/月的产能，年产值达到60亿元。

此外，国内的金瑞泓、中环、京东方及宁夏银和等公司也在规划12英寸硅片，产能在10-30万片/月不等，未来也投产之后国内12英寸大硅片的产能预计会从不足转向过剩，将会对整个产业链产生影响。

在10nm之前，英特尔的半导体工艺一直都是世界上最好的，但是英特尔晶圆制造业务主要是满足自己的处理器生产，给客户代工的比例非常少，这点跟台积电、Globalfoundries等公司不同。前几年中，英特尔也一直在努力提高代工业务，开放14nm及10nm工艺给其他公司，2017年底英特尔联合ARM公司宣布了10nm芯片代工合作，英特尔推出了10nm HPM、10nm HPM+、10nm HPM++三种工艺，制造的ARM处理器频率可达3.5GHz，电压低至0.5V。

不过英特尔的代工业务一直没有做起来，自产自销跟代工是两种不同的模式，不只是制程工艺先进就能决定的。英特尔的代工业务规划的再好，现实就是10nm工艺已经延期量产，14nm工艺虽然性能跟给力，但是三星、台积电的代工工艺已经走向7nm，明年底英特尔的10nm工艺量产了，这两家公司的7nm EUV工艺也量产了，5nm工艺都准备试产了，英特尔更难吸引到客户了。

Digitimes报道称英特尔10nm工艺的延期引发了市场对英特尔缩减代工业务的猜测，不过有观察人士指出英特尔目前仍在争取全球主要无晶圆半导体公司的订单。LG及中国的展讯目前是英特尔代工业务的最大客户——其实英特尔最大的代工客户是Altera公司，后者的FPGA芯片从32nm工艺一路使用到14nm工艺，不过Altera已被英特尔公司收购，成为全资子公司了。

大家都知道电子芯片都是硅基材料制成的，而硅又是地球上含量最为丰富的元素之一，从沙子中就能制备出硅片，不过这个过程并不容易，半导体产业中使用的硅纯度要求必须高达99.999999999%。目前主要通过将二氧化硅与焦煤在1600-1800℃中，将二氧化硅还原成纯度为98%的冶金级单质硅，紧接着使用氯化氢提纯出99.99%的多晶硅。虽然此时的硅纯度已经很高，但是其内部混乱的晶体结构并不适合半导体的制作，还需要经过进一步提纯、形成固定一致形态的单晶硅。

我国在电子级多晶硅产业上都要长期依赖进口，不过国内前两年建设了一批电子材料厂，其中2015年建设的江苏鑫华半导体材料科技有限公司目前已经投产，科技日报报道称该公司生产的电子级多晶硅经过一系列严格验证、检测，近日一批集成电路用高纯度硅料出口韩国，同时也向国内部分晶圆加工厂批量供货。这标志着我国半导体集成电路用硅料已经达到国际一流质量标准，也是我国多晶硅制造企业首次向国际市场出口集成电路用高纯度硅料。

根据资料，集成电路用高纯硅料项目是工信部2016年强基工程中标项目、江苏省重点项目、徐州市重大项目。2015年12月11日，协鑫集团光伏龙头企业保利协鑫能源控股有限公司公布，与国家集成电路产业投资基金成立合资公司江苏鑫华半导体材料科技有限公司，项目投资38亿元，建成后产能位列全球第三，建设方之一的保利协鑫是全球最大的太阳能级多晶硅供应商，产能占据全球1/3。

鑫华半导体公司第一条生产线的产能为5000吨，可保证国内企业3至5年内电子级多晶硅不会缺货，产品质量满足40nm及以下极大规模集成电路用12英寸单晶制造需求。同时，还将规划再上一条5000吨生产线，以更好地满足国际国内市场。

从官方宣传里可以看出这次出口电子级多晶硅意义重大，不过也被冲昏了头脑，纯度99.999999999%的电子级多晶硅虽然是能达到要求了，但纯度并非最高的，而且多晶硅还需要进一步制备成单晶硅才能用于集成电路生产，鑫华半导体公司出口的电子级多晶硅给韩国厂商，估计是出口给了韩国硅德荣（SK Siltron）公司制备单晶硅，后者是全球五大硅晶圆厂之一，给台积电、联电、三星、Globalfoundries这样的晶圆厂提供晶圆，同时也是国内晶圆代工厂重要的硅晶圆来源之一。

在价值500多亿美元的全球晶圆代工市场上，台积电一家就占了55%的份额，去年营收超过320多亿美元，气候依然是Globalfoundries格罗方德、UMC台联电、三星及SMIC中芯国际，不过这几家的代工业务营收跟台积电相差太远了，第二位的GF去年营收才54亿美元而已。

三星在处理器、NAND、DRAM芯片等领域实力不容小觑，代工业务部分的营收与三星的地位并不相称，所以近年来也加大了代工业务投入。来自韩国koreabizwire网站的消息称，三星最近成立了晶圆代工研发中心，这是三星设备解决方案部门的第9个研发中心，此前已经有存储器、LSI、半导体、封测、LED、生产工艺、软件及显示等多个研发部门。

据业内人士消息，三星此举意在提升晶圆代工业务的实力，该公司早前宣布要把今年的代工收入提升到100亿美元，成为全球第二大晶圆代工厂。

不过从现实情况来看，台积电在代工上依然占据优势，手握苹果、AMD、NVIDIA、赛灵思、海思、比特大陆等客户，三星曾经在A9处理器上为苹果代工部分A9处理器，但之后苹果订单都被台积电独揽，三星近年来在代工市场收获的大客户就是高通，骁龙835、骁龙845都是三星10nm工艺代工的。

此前曾有消息称三星正在与海思谈判，争取海思处理器的7nm订单。