未来Foundry厂的业务更加复杂多变
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在动荡的商业环境中，硅晶圆代工业在2017年的一些细分市场预计将稳步增长。
与过去几年一样，预计晶圆代工市场在2017年的增长速度依然快于整个IC产业。但与此同时，foundry的客户群会延续过去两年的并购热潮。而合并就意味着foundry厂的客户逐渐减少。
不确定因素的增多是2017年整体IC市场的状态，包括经济和政治环境中的一些不稳定性。
但是，foundry市场仍然是亮点。2016对代工厂来说是一个相对好的年份，在经过2015年的低迷后，2016年上半年的市场需求明显回温。 UMC业务管理副总裁Walter Ng说：“ 2016年是foundry厂的一个好年景。”
展望未来，foundry厂对2017年持谨慎乐观态度。“我们所看到的，客户并未表现出对大变化的期望，”Walter Ng说：“整个业务的发展看起来比较健康，而对8英寸产品的需求相当强劲。”
根据Semico研究公司总裁Jim Feldhan的预测，2016年全球晶圆代工市场预计增长6％，而2017年将提高到10％。”
然而，代工厂依然面临着一些固有的挑战：
•开发先进制程技术的成本在每个节点持续攀升;
•更少的代工客户可以负担设计先进芯片;
•foundry客户继续整合；
•客户担心成本，周期和库存控制方面存在的压力。
但是，代工厂也在不断创新，预计在2017年将推出一系列新工艺。例如，在高端，英特尔，三星和台积电将在2017年推出10nm finFET。此外，TSMC计划推出新的12nm finFET衍生产品，另外，7nm的也在进行当中。
此外，高端平面制程市场依然强劲，而其他晶圆代工市场，如BCD，CMOS图像传感器、嵌入式存储器、混合信号、功率半导体和RF，需求都很强。
为了帮助行业了解2017年的发展趋势，Semiconductor Engineering在前沿节点、平面制程工艺和专业前沿领域对foundry市场进行了调查分析。
数说IC市场
IC市场呈现出越来越复杂的状态。例如，在一项预测中，与2015年相比，Semico原本预计2016年整体半导体市场将下降2.5％，然而，Semico统计显示，2016年IC市场将增长4.2％。
Feldhan指出了几个宏观趋势，影响了2016年下降的IC市场。首先，2016年世界经济增长低于2015年; 第二，以前持续增长的半导体市场出现了下跌或扁平化的态势，Feldhan说，PC市场继续下降，而智能手机市场饱和，且增长率放缓。除此之外，与PC和智能手机相关的芯片价格在2016年经历了明显的下降。最后，存储市场，特别是DRAM，在2016年上半年经历了产能过剩和价格下跌。
但这里也有一些好消息，2017年，Semico预计半导体市场将恢复正增长，比2016年增长5.3％，预计IC需求在2017年将增长5.2％。
Semico的Feldhan在2017年看到几个宏观趋势，“世界经济增长预计会略好，此外，智能手机市场预计将略有增强，导致定价更稳定。 而且内存市场将实现平衡，导致价格稳定，同时，DRAM和NAND的需求增加。”
总而言之，业界对于2017年仍然保持谨慎乐观。“客户继续像往常一样开展业务，虽然行动还显得有一些谨慎”，UMC的Ng说。
例如，OEM想要保持他们的库存精益，但同时，他们也面临着降低产品成本的压力。“这意味着（芯片制造商的）终端客户对成本依然非常敏感”，Ng说， “所以客户们都会来要求我们持续缩短制造周期，以满足他们产品上市的时间要求。”
根据IC Insights统计，汽车、数字电视、物联网和医疗电子在2017年及以后都是强劲增长的市场。
资料来源：IC Insights
固态硬盘（SSD）驱动器市场也很强劲，从而推动着NAND的增长。三星存储高级副总裁Chun Sewon表示：“由于高密度数据中心产品的不断增加，以及企业对闪存阵列的广泛采用，对服务器SSD的需求将保持强劲增长。”
然而，传统的平面制程NAND难以再缩小节点，因此，行业正在从平面向3D NAND演进。Lam Research全球产品部首席技术官Yang Pan说：“我们仍然处于3D NAND的早期，每单位面积的密度还将增加。”
Applied Materials公司营销和业务发展副总裁Arthur Sherman说：“展望未来，我们对虚拟和增强现实、大数据、人工智能和智能汽车的新兴应用发展充满期待。”
高端应用依赖FinFET
在代工业务方面，英特尔，三星和TSMC预计将在2017年从16nm / 14nm finFET转变为10nm finFET。英特尔和三星都认为10nm将是一个重要的工艺节点。
相比之下，台积电表示10nm是一个过渡性节点，其在2017年更加强调7nm。而GlobalFoundries跳过了10nm，直接来到7nm。
目前，关于制程节点，众说纷纭，界线并不清晰，甚至有些混乱。首先，10nm和7nm的定义和规格就有些模糊。另外，当这些技术的设计和工艺成本对于大多数公司来说过于昂贵时，代工厂都在竞相追逐采用这些先进工艺节点的、数量有限的客户，激烈的竞争就难免会出现无序的状况。
“台积电和三星有不同的策略，”Gartner分析师王小龙说：“台积电认为10nm是一个过渡节点，TSMC鼓励客户使用7nm以及12nm，这是16nm的衍生产品。只有少数客户使用台积电的10nm，他们的10nm晶圆产量将在2017年开始上升，但在2019年将下降。”
台积电预计将于2017年初进入7nm风险生产。“我们的7nm不仅被高端移动客户采用，还被高性能计算客户采用，包括GPU、游戏、PC和平板电脑，虚拟现实、服务器、FPGA、汽车和网络应用，”台积电总裁兼联席CEO Mark Liu在最近的一次电话会议上说。
事实上，台积电计划在7nm打败其竞争对手，为此，它将现有的193nm浸入和多重图案化技术用于7nm，这被认为是一个复杂的方案。foundry厂宁愿使用极紫外（EUV）光刻，这将简化图案化流程。但是，EUV将不能及时为台积电的7nm时间表做好准备，因此计划在5nm引入EUV。
相比之下，三星计划等到EUV准备就绪，再导入7nm技术。“没有EUV，7nm技术实现太难，”三星半导体代工业务高级副总裁洪浩说：“这将带来更高的掩模层数和更高的制造复杂性。”
总部设在香港的全球技术基金eFusion的首席执行官Dan Heyler表示：“对于7nm，台积电和三星的时间表是非常激进的。台积电似乎处于领先地位。”
在7nm，以三星为代表的厂商都在押宝EUV，EUV也在不断进步，但它还没有完全为量产做好准备，电源、抗蚀剂和掩模仍然存在问题。
“多家foundry厂和技术已经证明多图案化的可行性，“ Coventor首席技术官David Fried说：“我们将在2017年看到EUV对7nm工艺提供明确的保障，这些是EUV可以导入产线并作为复杂多图案化替代的关键。”
然而，不要期望在7nm工艺节点就可以广泛采用EUV。“真正的密度优势将发生在5nm，那时才能在整个流程中更广泛地部署EUV，”Fried说。
同时，16nm / 14nm finFET市场依然活跃。
GlobalFoundries、英特尔、三星和台积电将继续开发这些制程。而在2017年，联华电子有望导入14nm finFET。
“许多今天的28nm客户将使用14nm / 16nm finFET，”Gartner分析师的王说：“14nm / 16nm finFET晶圆的需求在未来几年内不会下降。”
Coventor的Fried说：“我们已经看到了几个器件级的纳米线和其他新器件的演示，也看到了带有5nm技术元素的几个图案化级演示。2017年，我们需要看到更系统化的演示，例如功能SRAM阵列。”
平面制程，嵌入式存储器和RF
并不是所有的晶圆代工客户都转向finFET。 一些将停留或转移到28nm和22nm平面制程工艺节点。
FinFET针对高端应用而设计，而28nm和22nm针对价格敏感和低功耗市场。“性能非常重要，”GlobalFoundries物联网、汽车和新市场营销副总裁Rajeev Rajan说：“但成本效益也很重要。”
然而，领先的平面制程市场正变得越来越拥挤。 “28nm晶圆需求将继续保持高位，”Gartner的王说：“但是由于竞争激烈，28nm的收入可能会下降。”
GlobalFoundries、三星、中芯国际、台积电和UMC提供28nm量产工艺，此外，三星还提供28nm全耗尽型绝缘体上硅（FD-SOI）技术。 并且在2017年，GlobalFoundries预计将增加22nm FD-SOI。
市场有足够大的容量，以满足包括FD-SOI在内应用需求。“一种技术不适合所有应用，”GlobalFoundries的Rajan说：“市场有不同的需求。”
同时，嵌入式存储器和RF也是代工厂的增长市场。今天，嵌入式市场主要由基于NAND和NOR的传统闪存占据，嵌入式闪存主要用于微控制器和其他设备。
嵌入式闪存的主流制程是40nm及以上，有些正向28nm演进。除此之外，几家代工厂正在与下一代存储器客户合作，例如FRAM、MRAM，ReRAM甚至是碳纳米管RAM。foundry厂希望为客户提供下一代存储IP。
例如，GlobalFoundries正在为其22nm FD-SOI工艺开发嵌入式MRAM。 另一家供应商SMIC正在根据存储器初创公司Crossbar的技术，开发嵌入式ReRAM。
但是，下一代存储器类型仍然需要等待多年的研发后才能起飞，当他们最终崛起时，这些新技术会取代现有的嵌入式闪存或传统存储器，如DRAM和NAND。
“嵌入式存储器的经济性和应用不同于独分立式内存，”GlobalFoundries的嵌入式存储器副总裁Dave Eggleston说：“高性能嵌入式NVM将与传统DRAM和NAND独立式存储器共存。”
除了新的存储IP，代工客户还需要集成制程。作为回应，代工厂正在将其制程与非易失性存储器和RF CMOS功能集成。
RF涉及多种标准，例如蓝牙和802.11。“对于非易失性，无线和低功耗的技术要求趋于一致，”UMC的Ng说：“他们正在使用板载存储器和无线通信协议来驱动控制器。很多都集中在55nm和40nm，一些领先的应用甚至会采用28nm制程。”
专业制程
零碎的专业工艺代工市场也很强大，特别是双极/ CMOS / DMOS（BCD），混合信号和高端RF。
一些工艺用于200mm晶圆，有一些工艺还转移到了300mm。“我们看到很多8英寸的需求，”联华电子Ng说：“这些应用非常强大，无论是电源管理还是RF SOI。一些像MOSFET这样的老技术依然有着很大的市场需求。”
BCD技术正在升温，其基于0.18微米和0.13微米，BCD工艺用于智能手机和其他产品中的电源管理IC，最近，BCD正在进入汽车领域。
GlobalFoundries、MagnaChip，意法半导体和台积电正在BCD市场竞争。最近，联电也进入了该业务战团。联电的Ng说：“我们看到更多的客户专注于汽车，很多公司都专注于MCU，许多人都专注于信息娱乐。我们也看到了更多传感器技术的兴起。”
事实上，IC数量在汽车中持续增加，信息娱乐和导航是IC增长的主要市场，此外，安全功能，如自动紧急制动、车道偏离/盲点检测系统和备用相机，是新的市场驱动因素，自动驾驶技术也是热点。
根据IC Insights的数据，2016年汽车IC市场总值将达到229亿美元，比2015年增长约12％。然而，汽车仍然是整个IC市场的一小部分，其在IC市场中的份额在2016年仅为7.9％。
同时，高端RF代工市场也很强劲，移动运营商正在朝着称为LTE高级专业技术的下一代4G技术发展，该协议要求智能手机厂商在其系统中支持更多的频段，这意味着电话中的RF器件数量正在增加。
因此，对于RF，尤其是SOI技术或RF SOI的RF版本，需求保持稳健。用于智能手机中的RF SOI开关和天线，则由IDM和代工厂生产。
此外，一些代工厂，如TSMC、UMC、Win Semiconductor等，正在追求氮化镓 （GaN）晶圆代工业务，包括射频和功率半导体。根据Strategy Analytics的数据，在2015年，GaN的总产值为3亿美元，到2020年，RF GaN市场规模预计将达到6.885亿美元。
基站主要使用基于横向扩散金属氧化物半导体（LDMOS）技术的RF功率晶体管。但是今天，LDMOS正逐渐被RF GaN取代。
晶圆代工也在开发用于功率半导体应用的GaN，其他代工厂正在寻求另一种称为碳化硅（SiC）的宽带隙技术。
GaN和SiC都代表了成熟半导体工业的新的增长机会，例如，根据Yole统计，基于GaN的功率半导体市场预计在2016年只有1000万美元的市场，但该业务预计从2016年到2021年以每年86％的速度增长。
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