晶圆代工28nm制程市场动向

2015-08-21 拓墣 集邦DRAMeXchange

虽然先进制程的代工市场正迈入16/14nm，但目前仍以28nm制程需求量最大，且中国的晶圆代工厂即将加入此竞局，因此本篇报告将讨论2015年28nm制程纯晶圆代工厂的市场变化与动向。

一.28nm制程仍是晶圆制造最大市场

随着制程技术的发展，晶圆制造厂不断开发更先进与精密的制程，而一般以45/40nm制程为分界，包含45/40nm以上制程为成熟制程，而45/40以下为先进制程，如32/28nm制程、20nm制程、16/14nm制程。

虽然先进制程的代工市场正迈入16/14nm，但目前仍以28nm制程市场需求量最大，纯晶圆代工厂台积电与GlobalFoundries的28nm制程占总制程营收比重都超过3成，甚至达4成，虽然联电28nm制程较晚进入量产时程，但联电28nm制程占比正快速增加中，自2014年正式量产后，至今28nm制程占比从1%拉升至9%。

对晶圆代工市场，20nm甚至16/14nm制程为未来全球半导体制造代工业产值续成长的最大动能，未来成长潜力大于相较成熟的28nm制程，但28nm制程市场仍有成长空间，并且仍是目前最大市场。

根据拓墣产业研究所(TRI)统计，2014年全球纯晶圆代工厂的产值，28nm制程市场占比是45/40nm制程的1.6倍，是20nm制程的4.8倍，因此28nm制程市场仍相当重要，28nm制程的市场变化强烈影响各大晶圆代工厂营收表现。

2014年全球纯晶圆代工厂产值比重

Source：拓墣产业研究所，2015/05

28nm制程总体可分为2类，分别为High-k/Metal Gate(HKMG)及poly/SiON，HKMG指的就是金属栅极/高介电常数绝缘层结构，相对HKMG的是poly/SiON多晶硅氮氧化硅，poly/SiON功耗表现较好且价格较低，两者晶圆价格差距约500美元，但HKMG可提供较佳的效能表现，因此运算取向与高阶电子产品多采用HKMG。

poly/SiON vs. HKMG 性能与成本示意

Source：拓墣产业研究所，2015/05

poly/SiON与HKMG两者主要差距在栅极相关制程不同，栅极下方的绝缘层一般为二氧化硅SiO2，或采用氮氧化硅SiON，但随着制程的微缩，晶体管越来越小，晶体管中栅极下方的绝缘层也越来越薄；但厚度降低会增加电子穿隧效应发生的可能，使电子有机会穿越过位能障壁而产生漏电流，因此部分先进制程开始在栅极下方绝缘层采用比SiO2或SiON更高介电常数的设计，高介电常数技术能有效降低栅极的漏电量，还能减小栅极电容，使晶体管得以更进一步微缩。

poly/SiON vs. HKMG 差异示意图

Source：拓墣产业研究所，2015/05

实际上HKMG的设计在45nm制程已被业界所采用，但在纯晶圆代工厂则至32/28nm制程才开始采用；其中HKMG则可再划分为Gate-First与Gate-Last，2种制程主要差别在形成金属栅极与离子植入及高温退火的顺序，Gate-First与Gate-Last各有优势，目前纯晶圆代工厂中GlobalFoundries采用Gate-First，而台积电与联电则采用Gate-Last。

二.28nm制程市占以台积电为首

一般先进制程定义为包含32/28nm以下制程，至2014年全球半导体产业中仅8家拥有32/28nm制程晶圆制造量产的能力，IDM厂部份包含Intel、IBM、Samsung、ST、Panasonic，而纯晶圆代工厂则有台积电、GlobalFoundries与联电；2015年起GlobalFoundries正式接手IBM半导体部门及所有晶圆厂，但台积电仍稳坐28nm纯晶圆代工厂中市占第一的位子，其2014年台积电28nm制程总产值达85亿美元。

2014年全球28nm制程纯晶圆代工厂市占

Source：拓墣产业研究所，2015/05

台积电提供HKMG与poly/SiON 2种28nm制程，其中划分为5种制程版本，分别为HP(High Performance)、HPM(High Performance Mobile)、HPC (High Performance Computing)、HPL(High Performance Low Power)与LP(Low Power)，其中LP属于poly/SiON制程，为台积电最早推出的28nm制程产品，而HP、HPM、HPC与HPL属于HKMG制程，其中4种HKMG制程皆属于Gate-Last。

台积电仍持续规划并推出其他改良版本，针对目前所推出的5种28nm制程版本，分别主攻不同市场与应用，LP一般针对要求较低待机功耗的产品与低成本产品，目前产品包括穿戴式装置相关芯片、手机基频芯片及主打低阶智能型手机市场的应用处理器芯片等，代表性采用的产品为Qualcomm Snapdragon 400与200系列芯片。

相对于LP的是HP，HP为台积电推出的第一个用HKMG制程，拥有极佳性能表现，主要针对CPU、GPU、FPGA、PC与网络传输芯片等，而为了平衡性能与功耗的市场需求，台积电另推出HPL，HPL效能表现居于HP与LP，但漏电低于HP甚至LP，适合手机基频芯片与无线通信芯片等。

后来台积电再推出HPM与HPC，分别定位于高阶与中低阶SoC芯片，HPM为可提供高效能表现，代表性曾采用的产品为Qualcomm Snapdragon 800系列芯片，为Qualcomm智能型手机应用处理器芯片中最高阶产品，而随着晶圆代工厂持续推出更先进的制程，目前这些高阶产品部分陆续转入更先进制程，因此针对行动装置与消费性电子等产品，台积电将28nm制程主力放在定位中低阶SoC芯片的HPC。

台积电28nm制程

Source：台积电；拓墣产业研究所整理，2015/05

联电28nm制程量产时程较台积电与GlobalFoundries晚，但其贡献联电营收表现抢眼，根据联电2015年第一季财报，合并营业收入为376.5亿元新台币，较2014年同期成长约18.8%，目前28nm制程占比已达9%，估计仍将持续成长，其中联电供应2种28nm制程，分别为采用poly/SiON制程的HLP(High-Performance Low Power)与采用HKMG制程的HPM(High Performance for Mobile)，联电的HLP可对应为台积电的LP，而联电的HPM市场定位接近台积电的HPM与HPC。

联电28nm制程

Source：联电；拓墣产业研究所整理，2015/05

联电28nm HKMG制程采用与台积电相同的Gate-Last设计，GlobalFoundries则采用Gate-First。根据了解，GlobalFoundries虽有生产28nm poly/SiON制程的能力，但并没有正式对客户提供此制程，因此目前主要提供的3种28nm制程版本HPP(High Performance Plus)、LPH(Low Power，High Performance)与SLP(Super Low Power)皆属于HKMG制程。

GlobalFoundries的SLP定位适合手机基频与应用处理器芯片，也适合其他行动装置与消费性电子产品的网络与无线传输芯片，而HPP则定位应用在高性能网络与有线传输芯片；另外，还有LPH扩大其操作频率，市场锁定中高阶智能型手机与平板机和NB。

GlobalFoundries 28nm制程

Source：GlobalFoundries；拓墣产业研究所整理，2015/05

三.未来28nm制程市场动向

根据过去各家28nm制程所提供的产品及2014年全球纯晶圆代工厂产值统计，台积电28nm制程产品布局最广且拥有最大市占，而评估目前半导体市场的景气，2015年半导体晶圆代工市场成长力道将不如2014年，但整体仍持续成长，28nm制程的市场仍由台积电稳守市占第一的位子；其次是GlobalFoundries，其中值得注意联电未来的表现，虽然2014年市占仅达1.3%，但根据其良率提升与产能扩充的状况，联电2015年较2014年28nm制程将有机会挑战3倍以上的高年成长率。

由于28nm制程目前被广泛应用在行动装置与智能型手机的应用处理器、基频芯片及无线通信等相关芯片，因此28nm制程将有助联电获取行动装置与智能型手机等相关芯片订单，进而影响联电的产品结构，2014年第三季通讯相关应用达54%，2015年第一季更站上56%，估计未来28nm制程将持续让联电通讯类产品维持在50%以上。

另外，中国最大晶圆代工厂中芯国际也会在2015年宣布量产28nm制程，原本各界预计于2016年后才有机会量产28nm制程的中芯国际，在Qualcomm的合作与协助下，预计2015年中～2015年底间即有机会开始贡献营收，但预计中芯国际2015年可开出的产能对市场影响并不大，但届时必定成为科技业与金融业相关报导的头条，并对全球半导体业造成极大压力。

2015年全球纯晶圆代工厂产值比重

Source：拓墣产业研究所，2015/05

中芯国际一开始可达量产的28nm制程为poly/SiON制程，官方尚未对此命名，在此先暂称为LP(Low Power)，主要将用做生产Qualcomm主打低阶智能型手机市场的Snapdragon 200系列芯片，根据中芯国际的规划，未来中芯国际28nm制程也将提供HKMG制程，在此先暂称为HP(High Performance)，而目前市场都一致认为中芯国际的HKMG制程与台积电及联电一样都属于Gate-Last的设计。

虽然初期Qualcomm仅将Snapdragon 200系列芯片部分交由中芯国际生产，但预计未来也会将Snapdragon 400系列芯片部份订单转移至中芯国际，但根据目前Qualcomm积极寻找多方28nm制程晶圆代工供货商，未来即使中芯国际开始提供28nm制程，Qualcomm仍不会独利中芯国际，仍会将订单分散至各供货商。

中芯国际28nm制程

Source：中芯国际；拓墣产业研究所整理，2015/05

预计2015年28nm制程市场的亮点将在联电的良率与扩产、中芯国际的量产与台积电推出更新版本的28nm制程。

联电2015年第一季28nm制程营收占比成长至9%，根据未来将再开出产能及良率提升的曲线，虽目前终端市场成长力道不如预期，但联电28nm制程在2015年第二季占比仍有机会续提升至11以上%。

面对28nm制程市场更多供货商的加入，台积电为稳固客户与定价及毛利，台积电推出改良版本的28nm制程，分别为HPC+(High Performance Computing Plus)与ULP(Ultra-Low Power)。HPC+为HPC的改良版本，效能再提升，而ULP则为LP的改良版，提供更低功耗，终端市场定位在低阶手机基频芯片与应用处理器芯片；另外，此版本为台积电对未来穿戴式装置与物联网的布局之一，估计未来台积电28nm制程的重心会放在HPC+与ULP。

　纯晶圆代工厂的28nm制程布局

Source：拓墣产业研究所整理，2015/05

四.TRI观点

(一) 28nm为联电2015年成长动能
联电28nm制程量产时程较台积电与GlobalFoundries晚，但其贡献营收表现抢眼，目前28nm制程占比已达9%，估计仍将持续成长。根据其良率提升与产能扩充的状况，联电2015年较2014年的28nm制程将有机会挑战3倍以上的高年成长率。

(二) 中芯国际2015年将量产28nm制程
中芯国际在Qualcomm协助下，预计2015年中～2015年底即有机会宣布28nm制程进入量产，但根据初期可开出的产能，中芯国际2015年量产对市占影响并不大，而首先量产poly/SiON制程，主要将用做生产Qualcomm主打低阶智能型手机市场的Snapdragon 200系列芯片，但预计未来中芯国际也有机会获得Snapdragon 400系列芯片的部份订单。

(三) 台积电28nm制程布局最广，并再推两版本新28nm制程
面对更多供货商加入28nm制程市场，台积电再推出改良版28nm制程HPC+与ULP。HPC+为HPC的改良版本，效能再提升，而ULP则为LP的改良版，提供更低功耗，此版本不仅主攻低阶智能型手机芯片，也瞄准未来低功耗需求的穿戴装置及物联网市场，未来台积电28nm制程的重心发展将放在HPC+与ULP。