制造业限制担忧加剧

半导体行业可能成为自身成功的牺牲品。由于汽车、家用电子产品和工业中消耗了如此多的半导体，一些领域的产能短缺开始浮出水面。

代工厂根据工艺技术、设备折旧、客户需求以及根据可用产能将客户从一个节点推到下一个节点的需求等复杂组合来设定费率。与此同时，芯片制造商则从相反的角度看待这一问题，在终端客户对价格、性能和功耗的需求之间寻求平衡，而这些需求通常与晶圆代工厂的需求非常吻合。但随着对这种产能的需求开始超出供应极限，双方都需要做出花费更多资金和时间的选择，这给每个人都带来了不确定性。

这是全球经济最精细、最复杂的层面。半导体供应链是一个精细调节的工具，供应商和客户分散在世界各地，有些是按公司规模整齐地分层，有些是按芯片产量分层，还有一些是按垂直市场分层。但是，半导体行业有太多的变量和独特的特性，因此几乎不可能理解并管理所有部件如何相互作用。有时零件会错位，偶尔也会出现在制造方面。

虽然有很多地方可以生产不同种类的芯片，从专业和通用晶圆代工厂到专用晶圆厂，但每天生产的晶圆数量是有限的。在先进的节点上，这种推进受到了装备最先进的新晶圆厂的成本的限制。在较老的节点，它通常受到无法找到任何设备的限制，无论是新的还是使用过的。因此，随着需求的增加，产能保持相对稳定，需求从各个方面涌入。

垂直市场
看待制造业的一个好方法是从垂直市场的角度来看。苹果(Apple)和高通(Qualcomm)等大型移动电子公司在前沿工艺节点或其附近消耗了大量可用产能。这两家公司中的任何一家从一家代工厂转移到另一家代工厂，都可能严重影响新代工厂的产能。同样，他们所服务的市场的任何波动——例如，从24个月的更新周期转变为30个月——都可能对开放产能产生严重的影响。另一方面，18个月的更新周期可能会导致严重的产能短缺，可能在多个代工厂。

这两家公司的规模如此之大，以至于业界的许多公司要么与它们合作，要么在它们周围生产先进的300毫米晶圆厂。如此多的市场需求都集中在这两家公司，事实上，其中一家的小问题可能会影响到所有地方和所有人。

汽车和消费品物联网芯片制造商开始(至少整体上)在使用较老技术节点的200mm晶圆代工厂中发挥类似的作用。

"我们已经看到产能紧张，"该公司负责制造业务的副总裁Asim Salim表示Open-Silicon。这包括嵌入式闪光灯、OCP和混合信号。如果你在做传感，你在和模拟对话。其中一些可用于180nm。就资本支出而言，这显然并不诱人，但我们看到需求正在出现，许多代工厂都措手不及。由于物联网应用是大批量应用，因此需要越来越多的200mm晶圆。那里的很多产能已经被分配出去了。”

当谈到容量时，物联网是一个不确定因素，因为没有人知道什么会流行，像全功能智能手表这样的单个设备会卖得怎么样，以及一个成功的产品类别会吸引多少其他市场和技术。

萨利姆说:“如果产品发布后还没有上市，这对公司来说不是好事。”“但在某些情况下，产能已经分配。如果你预测更多，并承诺在一个利基节点持续需求和资本支出，但你错了，那么你只是“产能闲置”。现实情况是，企业必须向晶圆厂提出强有力的理由，以增加产能。如果他们从多个渠道得知有需求，他们就会倾听。”

二手设备供应商在10月份表示，今年下半年的情况不会非常强劲，这表明这种情况可以多快地好转。

“现在，在年底的时候，他们说它真的很好，”Semico Research的制造主管Joanne Itow说。“有很多公司需要200mm的设备，很难找到合适的匹配。这些工具没有库存，或者他们正在寻找合适的工具。”

一些新的200mm设备也仍在销售。但这些晶圆厂的规模和服务对象并不容易追踪，因为这些晶圆厂有些归代工厂所有，有些归芯片制造商所有。SEMI行业研究和统计小组的分析师克里斯蒂安•迪塞尔多夫(Christian Dieseldorff)表示，还有一些新的200mm晶圆厂正在建设中。他说，大约60%到75%的设备已经使用。

图1:来源:SEMI

但是，尽管容量的任何增加对旧节点来说都是好事(图1)，但与最近的物联网预测相比(图2)，它看起来明显不足。

图2:物联网连接设备总数，安装基数以百万计。来源:Semico Research。

“我们有109个200毫米晶圆厂，每月产能约为370万片，”迪塞尔多夫说。“到今年年底，我们有97家300毫米晶圆厂，每月生产近400万片晶圆。”

但是，尤其是那些老旧的节点，给物联网带来了最大的担忧。Calibre Design solutions高级市场总监Michael Buehler-Garcia表示:“物联网让系统解决方案成为了焦点导师图形。“问题是有多少芯片是0.35(微米)和180纳米。所有的传感器都在旧节点上。”

单源vs.多源
进入产能问题的另一个问题是工艺技术的独特性。过去，在一个工艺节点上使用标准IP和工具制造芯片是一件相对简单的事情，然后如果一家代工厂的产能不足，就把它转移到同一工艺节点上的另一家代工厂。这种情况在40nm处发生了变化，并且在40nm以下的每个节点上变得更加明显。

更复杂的是，即使是较老的节点也不再是可互换的。为了适应低功耗、多功耗域和更高级的IP，有许多旧节点的新风格，这些节点需要大量的重新设计。

“我们将看到中芯国际(SMIC)和联华电子(UMC)在28nm工艺上的额外产能，但由于围绕栅极优先、栅极最后、高k/金属栅极和低成本多晶硅工艺的所有变化，你无法在设计中采用第二种来源，”英特尔战略联盟主管凯文•克兰(Kevin Kranen)表示Synopsys对此。“现在它需要双重设计和双重IP来源。”

对于IP供应商和工具供应商来说，这可能是一个好消息，但如果出现任何问题，它可能会对供应链造成重大破坏。虽然智能手机中的应用程序处理器得到了很多关注，但智能手机中还有许多其他组件不是在最新的流程节点上构建的。

集成设备技术公司总裁兼首席执行官Greg Waters表示:“除了最大的公司外，所有公司的产能都在收紧。“生产半导体的地方越来越少了。”

他并不是唯一一个看到这一点的人。在整个行业中，普遍的共识是，尽管28nm和20nm似乎至少有一些可用，但各地的产能都越来越少。

“先进节点的产能感觉就像一个繁荣时期，”该公司营销副总裁迈克·吉安法尼亚(Mike Gianfagna)说eSilicon。“硅的供需已经给我们带来了一些挑战。这与2000年完全不同，但半导体行业现在的管理比那时更好。展望未来，将在很大程度上取决于节点的多样化程度，以及台积电、GlobalFoundries和联华电子之间的竞争程度。”

Gianfagna表示，目前，大部分产量是45纳米和90纳米，但最大的推动力将是28纳米。如果这个节点真的像预期的那样起飞，那么从设计到交付芯片之间的滞后时间将会增加。但他表示，使用针对低功耗和新协议进行调整的流程，也可能在旧节点上增长。“这是一种老技术，但它是一种新的设计风格。”

不同的策略
对于大量芯片运行来说，所有这些都已经够糟糕的了，但是对于物联网设备来说，没有人确切知道什么会在市场上表现良好，什么会表现不好呢?这个问题有几个答案。第一个问题涉及到批量生产的不同方法。

“解决这个问题的一个办法是多项目晶圆，你预先预定晶圆厂的产能，并并行生产一些芯片，然后再去找后来表现好的那一个，”英特尔首席技术官德鲁·温加德(Drew Wingard)说超音速。“至于超级芯片概念是否适用于物联网应用，目前还没有定论，因为它们可能无法承受额外的功率和面积。如果它是可行的，那么我们过去15年所做的将适用于你吹保险丝和设置防火墙。然而，改变的是，在SoC领域，我们所做的选择使用了类似的接口。在物联网中，情况就大不相同了——你有ZigBee、蓝牙、WiFi等等。如果你关闭WiFi，开销会很大。”

Wingard表示，对于物联网，真正的权衡是在通信成本和计算成本之间。这些功能的划分方式对产能在制造端的使用有着非常实际的影响，因为工艺技术将是不同的。

第二种方法涉及律师。一位不愿透露姓名的业内人士表示:“如果你需要一个月生产1万片晶圆，而你只能生产8000片，那真的不是问题。”“但如果你是一家初创公司，一个季度只生产20块晶圆，那就不一样了。大型铸造厂非常害怕杀死小公司，因为他们担心自己会被起诉。”

然而，晶圆代工厂可以采用一些策略来确保其所有产能都得到利用，即要求在规定的时间内对一定数量的晶圆作出法律承诺。在产能极其有限的情况下，这可以保护铸造厂。第二种选择是提供一些28nm的容量，例如，提供额外的20nm容量，或者要求芯片制造商支付溢价。

这也不是一个新问题。在每一个繁荣时期，产能总是受到限制。公司董事长兼首席执行官查尔斯•雅纳克(Charles Janac)表示:“获得硅总是周期性的Arteris。“你可以去新的晶圆厂，或者，就汽车而言，你可以把技术留在旧的晶圆厂。”

不过，无论结果如何，可能的结果是，芯片制造商将更加努力地让自己的芯片生产出来。Semico的Itow表示:“关键是要寻找各种选择，而不仅仅是去小众的200mm工厂或大型铸造厂。”“目前还有其他选择。”