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Immagine tramite SIA
Sheng Linghai, vicepresidente della ricerca presso Garnter, ha dichiarato ai media: "L'attuale mercato è passato da una carenza generale a una carenza parziale." Ha sottolineato che non c'è carenza di chip per telefoni cellulari 5G e la capacità di produzione di 28 nm i chip di processo sono stati gradualmente in grado di tenere il passo con la domanda del mercato. A giudicare dai tipi di carenza di chip nel mercato attuale, ci sono ancora carenze in molti campi, inclusi PC, server, automobili e industria, ma il grado di carenza è migliorato rispetto al 2021.
Il 9 febbraio, secondo i media taiwanesi, fonti del settore hanno rivelato che, poiché la domanda continua a superare l'offerta, la scarsa offerta di chip core WiFi non dovrebbe diminuire in modo significativo nel 2022, sebbene i fornitori stiano cercando di più dai partner di fonderia. il periodo di consegna continuerà a mantenere uno stato lungo. I chip core WiFi6/6E sono per lo più prodotti utilizzando un processo a 28 nm. Questo è di gran lunga il nodo di processo più popolare, ma l'offerta è molto limitata. La carenza di chip core WiFi non dovrebbe migliorare fino a quando una nuova capacità a 28 nm non sarà online nel 2023.
Il processo a 28 nm è utilizzato nel settore da oltre 10 anni Negli ultimi anni, TSMC, UMC, SMIC e NSMC hanno ampliato la propria capacità di produzione al nodo a 28 nm. Perché è preferito intorno al processo a 28 nm? L'espansione della capacità produttiva in futuro risolverà il dilemma della mancanza di core? Dopo che l'espansione della capacità di produzione sarà in atto in futuro, causerà una sovraccapacità? Per comprendere la situazione specifica del settore, l'autore ha intervistato Lv Jianxin, vicepresidente esecutivo della Guangdong Semiconductor Association, e professionisti del settore per interpretare gli ultimi progressi del processo a 28 nm.
Cronologia dello sviluppo del nodo di processo a 28 nm ed espansione dello scenario dell'applicazione
Il processo a 28 nm è la prima produzione di massa avviata da TSMC nel 2011. Quando è acceso, ha un sistema di egemonia dell'apprendimento Questo processo è l'era di processo più redditizia e più dominante nella storia dello sviluppo di TSMC. Nel 2011, Qualcomm, AMD e Nvidia hanno preso il comando nell'applicazione del processo a 28 nm. GPU, i chip del processore grafico stanno iniziando a utilizzare questo processo. Le prestazioni dei prodotti sono state notevolmente migliorate e queste aziende hanno guadagnato rapidamente denaro e da allora sono andate fuori controllo.
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Figura: diagramma di evoluzione del processo TSMC, l'immagine proviene dal sito Web ufficiale di TSMC
Lv Jianxin, vicepresidente esecutivo della Guangdong Semiconductor Association, ha detto ai giornalisti che la tecnologia a 28 nm è stata lanciata nel quarto trimestre del 2013 ed è iniziata nel 2015. Prendendo ad esempio SMIC, la tecnologia a 28 nm dell'azienda è stata lanciata nel quarto trimestre del 2013 e iniziata nel 2015. È stata effettuata la produzione in serie del processo a 28 nm e nel 2018 ha annunciato il completamento della ricerca e sviluppo di HKMG a 28 nm, che è anche la prima impresa nella Cina continentale in grado di produrre in serie il processo a 28 nm. Questo processo è relativamente maturo per le fonderie domestiche di wafer. Al momento, l'espansione domestica si basa principalmente su 28 nm.
Lv Jianxin ha dichiarato: "28 nm è di importanza strategica per le fabbriche nella Cina continentale. Poiché alcuni materiali e attrezzature chiave sono influenzati da fattori geopolitici, la probabilità che la Cina implementi processi di fascia alta come 14 nm, 7 nm e 5 nm è bassa. Il processo a 28 nm è un'espansione domestica. In secondo luogo, l'attuale maturità di 28 nm nelle applicazioni industriali, inclusi prezzo, resa ed efficienza, è favorita dal settore. Rispetto a 40 nm e 55 nm, il margine di profitto è relativamente alto e 28 nm è nel mezzo di prestazioni e costi. Si può dire che è il processo più conveniente e tradizionale nell'attuale processo wafer. Terzo, oltre all'elettronica di consumo di fascia alta (SoC per telefoni cellulari, chip per computer, chip per data center di fascia alta ), i chip di processo a 28 nm sono in gran parte sufficienti per la maggior parte delle aree di applicazione.
Esperti del settore hanno rivelato ai giornalisti: 28nm è diventato un nodo di processo mainstream per processi maturi.Uno deriva dalla domanda del mercato.28nm non è solo un processo logico, ma deriva anche molti processi caratteristici. Ad esempio, 28 HP, 28 LP con basso consumo energetico, 28 HPL con prestazioni elevate e basso consumo energetico e 28 HPM con tecnologia di elaborazione ad alte prestazioni. Ci sono anche più scelte nei materiali e persino un fab ha sviluppato un processo FDSOI.28nm non è un processo, ma una famiglia che può corrispondere a diverse esigenze applicative. Più le piattaforme di processo mature e tradizionali sono, più sono promettenti.
Il secondo è guidato dalla tecnologia. Il prossimo processo di 28 nm è 22 nm. L'industria ha adottato la struttura FinFET inventata dallo scienziato cinese Hu Zhengming. Il processo a 22 nm si basa sul dielettrico gate High-K (high-K) + Metal Gate, che riduce le perdite aumentando il controllo della pipeline. Al momento, molte società di progettazione di chip e fonderie tradizionali stanno investendo molto in 28 nm per l'espansione dei processi, la ricerca e lo sviluppo.
In terzo luogo, dal punto di vista degli investimenti, molti prodotti stanno attualmente migrando a 28 nm: ad esempio, i chip per driver video sono un grande mercato e continuano a crescere rapidamente ogni anno, assorbendo gran parte della capacità di produzione dei fab. In particolare, anche alcuni MCU complessi hanno iniziato a utilizzare il processo a 28 nm, quindi ci sono sempre più prodotti chip nel processo a 28 nm.
Il consenso nell'industria dei semiconduttori è che i chip a 28 nm sono visti come un ponte tra la fascia bassa e la fascia alta delle capacità di produzione di circuiti integrati. Oltre al consumo energetico relativamente elevato richiesto da CPU, GPU e chip AI, la maggior parte dei chipset di livello industriale utilizza chipset a 28 nm o superiori e i chip con tecnologia di processo a 28 nm sono utilizzati in un'ampia gamma di prodotti tra cui TV, condizionatori d'aria, automobili, ferrovia ad alta velocità, robot industriali, ascensori, apparecchiature mediche, braccialetti intelligenti, droni. Gli osservatori del settore si aspettano che la Cina diventi autosufficiente nella produzione a 28 nm quest'anno, aprendo la strada a una maggiore produzione di chip a 14 nm.
Le tre condizioni principali per l'espansione della produzione a 28 nm nei cinque stabilimenti sono diventate la chiave per l'implementazione della capacità produttiva
Al momento, le fonderie di chip globali possono essere suddivise in tre livelli: il primo livello è costituito dai due principali produttori di fonderie TSMC e Samsung.La tecnologia ha raggiunto i 5 nm e quest'anno entrerà nei 3 nm. Il secondo livello è UMC, GF e SMIC e la tecnologia ha raggiunto i 14 nm; il terzo livello è Hua Hong, PSMC e altri produttori e la tecnologia ha raggiunto solo i 28 nm. Al momento, TSMC e Samsung sono attivamente in competizione per ordini per processi di produzione avanzati e l'espansione si basa principalmente su processi di produzione avanzati come 7 nm e 5 nm. , il processo di terzo livello è più maturo, in competizione per ordini superiori a 90 nm.
Secondo i dati Omdia, il 2013 è stato l'anno della divulgazione del processo a 28 nm e, tra il 2015 e il 2016, il processo a 28 nm ha iniziato a essere ampiamente utilizzato nei processori di applicazioni per telefoni cellulari e nelle bande base. Con la maturità della tecnologia, la domanda del mercato per i prodotti di processo a 28 nm ha mostrato un trend di crescita esplosivo e questo trend di crescita elevata continuerà fino al 2017.
Proprio perché il 28nm a quel tempo era troppo "attraente", ha attirato molti produttori ad aumentare il proprio layout. Nel 2018, i media hanno indicato che il 28nm globale ha un modello di sovracapacità e TSMC, UMC, ecc. stanno affrontando la crisi di sovraccapacità. Anche, TSMC una volta ha affermato, durante la revisione delle sue prestazioni nel terzo trimestre del 2018, che l'attuale problema di sovracapacità globale di 28 nm è grave e nei prossimi anni si troverà in una situazione di eccesso di offerta. Da allora, la capacità di 28 nm ha iniziato a diminuire.
Dal 2021, con l'avanzamento della "economia domestica" causato dalla nuova epidemia di corona, la domanda globale di elettronica di consumo e servizi cloud come tablet, telefoni cellulari 5G e PC è aumentata vertiginosamente.La domanda di chip per veicoli a nuova energia è 3-4 volte superiore a quella dei veicoli tradizionali.La domanda di chip chimici ha portato a una carenza globale di chip. La capacità delle fonderie di trucioli non riesce a tenere il passo con la domanda in rapida crescita.
In risposta alla carenza di fornitura di chip, i produttori di chip stanno aumentando in modo aggressivo la capacità di produzione, con le spedizioni globali di wafer in aumento del 14% su base annua nel 2021. Al momento, i produttori di chip si stanno concentrando sulla soluzione della carenza di chip all'avanguardia. Secondo i dati della società di consulenza statunitense McKinsey, nel 2021 la capacità di produzione di chip che utilizzano vecchie tecnologie come la tecnologia a 40 nm aumenterà del 4% e il la capacità di produzione di chip che utilizzano nuove tecnologie come la tecnologia a 28 nm aumenterà del 13%.
Mappa di espansione della capacità globale a 28 nm

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Figura: gli appassionati di elettronica disegnano in base alle informazioni pubbliche
Per l'espansione del processo a 28 nm, la fabbrica deve risolvere tre problemi chiave: capitale, clienti e fornitura di apparecchiature a semiconduttore.
Dalla seconda metà dello scorso anno, le nuove fabbriche di fonderie di chip sono diventate popolari per vincolare i clienti IC con contratti a lungo termine, in modo da evitare capacità di produzione non rivendicate in caso di eccesso di offerta nell'ambiente dopo l'apertura di una nuova capacità di produzione. I vantaggi di questo modello sono principalmente due punti: uno è alleviare la pressione finanziaria delle fonderie di trucioli per espandere la produzione e l'altro è vincolare i clienti a ottenere ordini stabili senza preoccuparsi della capacità di produzione inattiva; è anche un grande vantaggio per cooperare Clienti di progettazione IC Può garantire la fornitura di capacità di produzione futura a un prezzo stabile.
TSMC propone un piano per investire 40 miliardi di dollari USA in capitale nel 2022. Oltre all'espansione della capacità in 2 nm, 3 nm, 5 nm e 7 nm, lo stabilimento 28 nm da 12 pollici di TSMC a Kumamoto, in Giappone, amplierà la produzione insieme a importanti clienti come Sony La produzione inizierà alla fine del 2024. Inoltre, TSMC dovrebbe iniziare a offrire servizi di produzione a 28 nm nel suo stabilimento di Nanchino nella seconda metà del 2022. TSMC prevede inoltre di costruire una nuova fabbrica a Kaohsiung, Taiwan, dove verranno allestite ulteriori linee di produzione di chip a 7 nm e 28 nm, con l'inizio della produzione prevista nel 2024.
UMC ha speso più di 3 miliardi di dollari USA per espandere la produzione. UMC ha sottolineato che il tasso di vincolo contrattuale a lungo termine della capacità di processo a 28 nm raggiunge l'80%. I suoi clienti a contratto includono Qualcomm, Samsung Electronics, MediaTek, Novatek, Realtek, Qijing, Yili e Phison.
SMIC, un'importante fonderia di chip nazionale, ha un piano di spesa in conto capitale di 5 miliardi di dollari quest'anno. In termini di espansione della produzione di wafer da 12 pollici, SMIC ha lanciato contemporaneamente l'espansione di nuovi progetti di fabbrica a Shanghai Lingang, Pechino e Shenzhen. Zhao Haijun, CEO dell'azienda, ha affermato che solo una piccola parte della capacità produttiva di nuova costruzione è riservata ai potenziali clienti in fase di sviluppo e che la piattaforma, la tecnologia e il prezzo di altre capacità di produzione sono stati negoziati. L'azienda ha anche firmato alcuni contratti a lungo termine LTA, e riceve il pagamento anticipato.Per quanto riguarda i clienti, SMIC darà la priorità al legame con i clienti primari.
Un altro vincolo nell'espansione della produzione è il tempo di consegna delle apparecchiature a semiconduttore. Le transazioni delle apparecchiature sono troppo lunghe, con conseguente lenta espansione a 28 nm. Secondo i produttori di apparecchiature per semiconduttori, gli attuali popolari 28 nm e altri tempi di consegna delle apparecchiature relative al processo non sono stati ridotti e ci sono pochi fornitori o sofisticate apparecchiature di processo avanzate. Anche i tempi di consegna sono lunghi. Le apparecchiature EUV esclusive devono essere riservate almeno 2 -3 anni in anticipo Ora possiamo solo preparare attivamente l'inventario, ottimizzare i processi correlati e ridurre completamente il programma di lavoro.
Al momento, la piattaforma di processo a 28 nm avrà un'enorme richiesta di mercato nei prossimi 10 anni. Un telefono cellulare può utilizzare più di 100 chip e un'auto può utilizzare più di 1.000 chip, ma non tutti i chip sono veloci e sottili come i processori e viene utilizzata la tecnologia più avanzata.La maggior parte delle applicazioni Il chip finale richiede solo un processo maturo , quindi il processo a 28 nm con vantaggi economici esisterà sempre.
Avvertimento! I chip a 28 nm saranno sovraforniti in futuro?
Al momento, il costo di progettazione dei chip continua ad aumentare: secondo i dati, il costo medio di progettazione dei chip a 28 nm è di circa 30 milioni di dollari USA, i chip a 16 nm/14 nm sono di circa 80 milioni di dollari USA e i chip a 7 nm necessitano di 271 milioni di dollari USA. L'alto costo fa sì che solo poche società di progettazione di circuiti integrati siano convenienti per passare a nodi premium.
Lv Jianxin, vicepresidente esecutivo della Guangdong Semiconductor Association, ha detto ai giornalisti che il settore dei semiconduttori è stato un'industria ciclica sin dalla sua nascita: i cinque principali stabilimenti mondiali hanno ampliato la loro produzione a 28 nm e il surplus dopo l'espansione è inevitabile. L'industria cinese dei semiconduttori e l'industria dell'informazione elettronica cinese sono in un periodo di opportunità di sviluppo d'oro. La capacità di produzione dei chip domestici a 28 nm non è attualmente in grado di supportare la domanda del mercato interno. Per risolvere il problema della carenza di chip, una via d'uscita sostenibile è espandere la produzione capacità. Ha sottolineato in particolare che in questo round di espansione dei produttori di wafer globali, TSMC, Samsung e le società di chip europee hanno principalmente ampliato la loro produzione con processi avanzati al di sotto dei 14 nm e le fabbriche cinesi hanno principalmente ampliato la loro produzione con processi maturi di 28 nm e oltre. Considerando la sua enorme domanda di mercato, relativamente parlando, il problema dell'eccesso di chip nel mercato cinese sarà minore che in altri mercati.
Di recente, Jason Wang, co-direttore generale di UMC, ha dichiarato ai media che il segmento di mercato dei processi a 28 nm potrebbe essere sovrafornito dopo il 2023. "Sulla base dei piani di espansione della capacità annunciati, riteniamo che l'eccesso di offerta di 28 nm si verificherà dopo il 2023. Ma continuiamo a pensare che l'eccesso di offerta sarà lieve".
Zhao Haijun, CEO di SMIC, ha recentemente dichiarato ai media che il potenziale problema di sovraccapacità di 28 nm di cui il mercato è preoccupato può essere considerato da due aspetti: in primo luogo, l'azienda non ha costruito troppa capacità di produzione in passato e ora l'espansione dell'azienda non sarà scosso fino a quando l'intero mercato non diventerà Oversupply; in secondo luogo, il trasferimento industriale. Ora molti clienti sono in bundle con il sistema e l'intera macchina per l'ispezione. Da un'altra prospettiva, gran parte dei componenti deve essere prodotta in Cina, quindi in futuro potrebbe esserci un'offerta eccessiva in alcune regioni e una capacità di produzione insufficiente in alcune regioni.