30年后的半导体预测：28nm还会是“甜蜜节点”

来源：内容由半导体行业观察（ID：icbank）编译自eetimes，谢谢。

受到新冠疫情的影响，远程办公、网络购物迅速普及，PC、各类电子设备、游戏机等销量暴增。最终导致全球半导体供给不足。

就半导体而言，既有供给充分的产品、也有真正供给不足的产品，情况不尽相同。笔者将在下文中论述“供给尤其不足的是28纳米的半导体”。此外，在本文的最后，笔者将再次对2050年之前的半导体市场进行预测（笔者在一年前已经做过预测）。

“甜蜜节点”是16纳米？

2021年12月15日一一17日，在东京国际展览中心（Big Sight）召开了为期三天的日本最大的半导体商务活动“SEMICON Japan”。笔者在Semi Technology Symposium（STS）的“尖端材料、制造、分析环节”与原英特尔的龟和田忠司先生合作发表了《日本的设备、材料的竞争力与其源泉》。

STS的演讲者可以免费参加所有的环节。于是笔者几乎参加了所有的环节，并听取了演讲。其中，在“SEMI 市场”这一环节中，笔者听取了Mckinsey & Company（麦肯锡咨询公司）土谷大先生的《半导体产业供应链动力学（Supply Chain Dynamics）》后，相当震惊！

笔者之所以震惊，是因为土谷大先生在“SEMI 市场”这一环节中，提到了“从（Foundry）的半导体生产成本来看，16纳米技术节点很有可能成为“甜蜜节点（Sweet Spot，是指能体现出一件事情最好或最有效的地方，通常是最有生产力的地方，也是因为各种品质的结合而努力的地方）”。由于当时笔者是通过Zoom来参加的，因此在聊天环节，发出了以下消息：“我认为对Foundry而言，其“甜蜜节点”是不是16纳米、而是28纳米，您认为呢？”于是，SEMI办公室回复说：“抱歉，无法回复提问”。于是，笔者又留言说：“这是有偿参加的会议，因此希望贵处可以回复我的问题”。SEMI 办公室回复说：“我们会把您的问题转达给演讲者”。但是，到1月16日，已经一个多月过去了，笔者没有收到来自麦肯锡的任何回复。

SEMI办公室是否已经将笔者的问题转达给土谷大先生？还是已经转达，但被无视了？无论如何，笔者很不满意。因此，笔者决定通过下文证实“对Foundry而言，甜蜜节点是28纳米、不是16纳米！”

谁从新冠疫情带来的“新常态”中收受益？

2020年新冠疫情在全球范围内蔓延，2021年，人们的生活发生了巨大变化，即出现了“新常态（New Normal，新生活方式）”。从2021年6月举办的“TSMC Technology Symposium”来看，主要有以下具体事例。

网络购物在八周内，销售了过去十年的量。在三个月的时间里，远程办公的人数增长了20倍。在两个星期的时间里，在线学习的人数增长至2亿5，000万人。在五个月的时间里，游戏下载数量达到了过去七年的量。

此外，由于“新常态”的普及，各类电子设备的销售也出现了爆发式的增长。下图1是2021年和2022年各类电子设备与上年比较的出货数量增减比例（%）。

图1：各类电子设备的出货数量增长率（YoY %）。笔者根据Joanne Chiao（TrendFore）,“Wafer Shortages Drives the General Growth of Foundry Capacity in 2022”,Memory Trend Summit 2022“制作了此图。（图片出自：http://eetimes.jp）

从图1可以看出，对于远程办公和在线学习而言，作为必需品的PC，与2020年相比，2021年的出货数量增长了16.5%。但是，据预测，今年（2022年）的出货数量预计较2021年下滑7.2%（虽然为负增长，由于受到奥密克戎蔓延的影响，以上预测可能会发生变化）。

从上图1可以看出，在2021年，受到新冠疫情的影响，很多国家和地区不得不封城封国以及宣布进入紧急事态，导致人们不得不“宅在家中”，因此笔记本电脑（16.5%）、游戏机（35%）、可穿戴设备（11.1%）等都出现了畅销现象。

因此，用于以上电子设备的半导体产品的需求急剧扩大。那么，需求增长最明显的半导体主要集中在哪些方向呢？

在2021年一一2022年期间，Foundry扩大了那些技术节点的产能？

下图2是在2021年至2022年期间，全球Foundry厂家扩产的各项技术节点。据预测，2021年5纳米月产能扩大70k，2022年3纳米月产能扩大90k，但以上仅为TSMC一家公司的扩大量，且其主要用途为美国苹果“iPhone”的AP（应用处理器，Application Processor)。

图2：全球Foundry的各技术节点月产能的扩大量。笔者根据Joanne Chiao（TrendFore）,“Wafer Shortages Drives the General Growth of Foundry Capacity in 2022”,Memory Trend Summit 2022“的资料制作了此图。（图片出自：http://eetimes.jp）

用于大部分电子设备的半导体集中在28纳米的理由

28纳米半导体有以下典型特点：

1.28纳米技术节点为采用平面型（Planer）晶体管的最后一代。

2.不使用Self-Aligned Double Patterning（SADP，自对准双模式，从FinFET开始运用SADP）。

3.原本采用IDM（Integrated Device Manufacturer）模式的瑞萨电子等企业从28纳米代际开始交给Foundry代工。

从28／22纳米到16／14纳米，虽然性能得以提高，成本也上升了，存在着这一不可调和的矛盾。就苹果的iPhone、High Performance Computing（高性能计算）方向而言，即使成本稍微上升，也会采用FinFET（采用了SADP），但是，汽车等其他大部分电子设备并不需要如此高的性能。28纳米技术节点的性能已经足够，甚至很多厂家更希望采用在成本上具有优势的28纳米。因此，就出现了下图3的结果，大部分电子设备采用的半导体都集中在了28纳米上。

图3：半导体的技术节点和晶体管的结构（用于大部分电子设备的半导体都集中在28纳米节点）。笔者根据Joanne Chiao（ TrendFore）,“Wafer Shortages Drives the General Growth of Foundry Capacity in 2022”,Memory Trend Summit 2022“制作了此图。（图片出自：http://eetimes.jp）

用于笔记本电脑Wi-Fi系统的LSI（System on Chip、SoC）、TCON（Timing Controller，时序控制器）。平板电脑的SoC和NAND控制器。电视机的SoC、TCON、起连接作用的半导体（Connnectivity）。用于路由器Wi-Fi的的SoC.用于智能手机的SoC（入门级）、通信半导体（RF，Radio Frequency，射频），显示屏驱动IC（Display Drive IC，DDI），CMOS图像传感器（CMOS Image Sensor，CIS）的逻辑半导体、用于人脸识别等的图像信号处理器（Image Signal Processor，ISP）、NAND控制器。用于汽车的MCU（Micro Controller Unit，一般称为微控制器单元）。游戏机的SoC、MCU、NAND控制器。可穿戴设备的MCU、用于无线耳机的True Wireless Stereo（TWS，真无线立体声）、ASIC（用于特定方向的逻辑半导体）、FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列）、用于连接的半导体（Connectivity）。

28纳米（包括改良品22纳米）半导体的用途不胜枚举。以上这些28纳米半导体的需求因新冠疫情而迅速扩大。而且，以上这些28纳米半导体几乎都由Foundry代工生产。

各家Foundry的销售额占比

下面我们来看看各家Foundry的2021年和2022年的销售额预测占比（下图4）。作为TOP 1的TSMC预计，在2022年市占率将会进一步提升，提升至57%。作为TOP 2的三星电子（17%）、作为TOP3的台湾UMC（7%）的市占率几乎没有变化。TOP 4的GF（Global Foundries，格罗方德半导体）市占率下滑了1%，下滑至5%，作为TOP5的中国大陆的SMIC（5%）的占比也没有变化。

图4：对各家Foundry销售额的预测（2021年和2022年）。笔者根据Joanne Chiao（TrendForce）,“Wafer Shortages Drives the General Growth of Foundry Capacity in 2022”,Memory Trend Summit 2022“的资料制作了此图。（图片出自：http://eetimes.jp）

那么，在以上Foundry厂家中，哪家可以生产28纳米呢？TSMC于2011年开始量产28纳米（下图5）。次年（2012年），三星电子和UMC开始量产28纳米。GF于2013年、SMIC于2015年，HH Grace（中国华虹宏力）于2018年分别开始量产28纳米。

图5：各家Foundry厂家的技术节点的进步。笔者根据Joanne Chiao（TrendForce）,“Wafer Shortages Drives the General Growth of Foundry Capacity in 2022”,Memory Trend Summit 2022“的资料制作了此图。（图片出自：http://eetimes.jp）

此处我们需要注意的是三星电子的Foundry主要为其自家的“Galaxy”智能手机生产处理器，因此，微缩化不断进步，已经终止生产传统（Legacy）半导体。三星电子现在很有可能已经无法生产28纳米的半导体。

如此一来，能生产出当下供给紧凑的28纳米半导体的厂家仅有以下五家公司：TSMC、UMC、GF、SMIC、HH Grace。但是，如上图4所示，TSMC的销售额占比为一半以上，稳居第一。因此，可以断言，需求在全球范围内暴增的28纳米半导体订单正向TSMC蜂拥而至。

“甜蜜节点”为28纳米

至此，我们了解到，由于新冠疫情的蔓延，“新的生活方式”得以普及，笔记本电脑、游戏机、可穿戴设备等各类电子设备爆发式增长。此外，以上这些电子设备中所使用的半导体的需求也急剧增长。因此，具有成本优势、性能出色、平面型晶体管的最后一代产品一一28纳米开始在全球范围内出现供给不足。

总而言之，28纳米半导体已经成为“甜蜜节点”（麦肯锡提出的16纳米，由于是采用了SADP的FinFET，因此不会成为“甜蜜节点”）。此外，以上大部分的28纳米产品都由TSMC代工生产，TSMC的28纳米产能很可能已经遇到“瓶颈”。

下图6是TSMC的各技术节点的季度销售额。UMC、GF、SMIC等工厂虽然处于满负荷运营，但TSMC 的28纳米产能依旧是全球最大的。因此全球28纳米的订单向TSMC纷至沓来。为了进一步扩大28纳米的产能，只能新建工厂。但是，我们会在下文说明缘何TSMC没有余力去扩产。

图6：TSMC的各技术节点的销售额（一一2021年第三季度）。笔者根绝TSMC的Historical Operating Data制作了此图。（图片出自：http://eetimes.jp）

TSMC面临的困境

2021年TSMC投资了约300亿美元（约人民币1,950亿元），今年（2022年）1月13日，TSMC 宣布称2022年将投资440 亿美元（约人民币2,860亿元）（下图7）。在2021年，TSMC曾披露称要在三年内投资1,000亿美元（约人民币6,500亿元），目前还有260亿美元（约人民币1,690亿元）。

图7：TSMC的设备投资额推移表（2009年至2022年）。笔者根据TSMC的IR 数据制作了此图。（图片出自：http://eetimes.jp）

TSMC自2022年下半期开始必须要量产3纳米，2024年又需要量产2纳米。在2024年以后，毫无疑问会再计划量产1.4纳米、1纳米。很明显，2023年的投资额不会止步于260亿美元（约人民币1,690亿元），那么TSMC的巨额投资到底会是多少呢？

从TSMC的员工数来看，2020年新招了8,000名员工，达到5万6,000名左右，2021年预计新招9000名员工，究竟能否完成以上新招呢？要说TSMC缘何进行如此巨额的投资、新招如此多的员工，其原因在于尖端技术的微缩化发展和半导体的量产。

由上文可以看出，TSMC几乎把所有的资源都集中在了最尖端的半导体的量产和研发方面，无论客户订单如何纷至沓来，TSMC都没有余力去新建十年前的传统型28纳米工厂。

远渡重洋、接受日本政府的邀请

由上分析可以看出，对TSMC而言，不仅尖端工艺的订单源源不断，传统的28纳米订单也纷至沓来，可以说陷入了“困境”。

虽然TSMC需要专注于尖端技术节点的发展，但也不可忽视28纳米工艺。理由如下：去年（2021年）1月25日，日本、美国、德国等各国政府经由台湾当局向TSMC提出了增加供给车载半导体的要求，如果放弃28纳米，来自当局的压力可想而知。

然而，日本政府和经济产业省向TSMC发出了建厂的邀请。从TSMC的各地区的销售额占比来看，日本仅占4%一一5%，因此TSMC没有理由为了日本企业而建工厂（下图8）。

图8：TSMC的各地区的销售额占比（%）。笔者根据TSMC的历史公开数据制作了此图。（图片出自：http://eetimes.jp）

据日本经济产业省透露，就28纳米一一22纳米的、月产能将达到4.5万颗的新工厂而言，已经在索尼熊本工厂旁边准备好了场地、也会准备相应的基础设施、同时补助50%的建设费用和设备费用（4,000亿一一5,000亿日元，约人民币220亿元一275亿元）。而且日本政府的支援会持续数年，此外，索尼和电装都会进行支援。

此外，日本政府、日本经济产业省、其他分析师甚至对TSMC表示感谢：“为了复兴日本半导体，拥有全球最先进技术的TSMC来日建厂”。对TSMC而言，这正是他们所切望的。对于TSMC的领导层而言，这真是求之不得的邀请！

请不要为了盈利企业，而随意浪费纳税人的税金！

TSMC既不是志愿者、也不是慈善单位。是名副其实的以盈利为目的的单位。其业务的所有目的都是为了盈利。TSMC在日本熊本县建设月产能为4.5万颗的工厂，然后大批量生产全球范围内供给不足的28纳米一一22纳米半导体，再销往全球。最终其利润都涌入TSMC“怀中”。

作为个体经营者的笔者，今年依旧没有少纳税，但是笔者不希望政府把税金用给TSMC这样的利益团体。如果TSMC 要在熊本县建厂，可以自行投资；如果索尼、电装愿意协助，也请自便！

对2050年之前的全球半导体市场进行预测~第三回~

如果本篇文章就此结束的话，似乎有点“后劲不足”。因此，笔者想再次对2050年之前的全球半导体市场做出预测（虽然2021年已经做过预测）。

据WSTS（世界半导体贸易统计组织）统计，2022年全球半导体市场规模将超6,000亿美元（约人民币39,000亿元）。笔者看到6,000亿美元这一整数数字，就马上想对2050年之前的市场进行预测。

笔者已经对2050年之前的全球半导体市场预测过两次。第一次预测是在2011年，当时全球半导体市场规模为3,000亿美元（约人民币19,500亿元），当时，笔者计算了在发达国家、发展中国家，每人平均一年消费多少半导体，并使用了2050年的全球预测人口数量（发达国家和发展中国家），最后预测出2050年全球半导体市场规模将会达到7,500亿美元（约人民币48,750亿元）。

笔者把以上预测值发给了半导体行业杂志一一《电子Journal》（已于2015年停刊），但被指责为“全球市场绝对不会发展到那么大”！几乎没有人认可笔者的观点。但是，从2022年的6,000亿美元的预测值来看，无论是笔者的预测值，还是那些批判笔者的人，似乎都低估了全球半导体市场。

笔者的第二次预测是在2021年1月份，当时笔者基于以下因素：半导体出货数量每年增长310亿个、半导体出货数量每十年增长1.3倍、半导体的平均价格为0.46美元（以上出自WSTS），预测到2050年全球半导体市场将会达到1兆123亿美元（约人民币65,800亿元）。于是笔者将文章投稿给了EE Times Japan。但是，EE Times Japan认为“全球市场不会如此增长”！不过，如果2022年的全球规模超过6,000亿美元的话，以上预测值绝对是保守的。

十年两倍的定律

下面笔者做出第三次预测。接下来，我们看看1991年一一2022年期间的全球半导体市场推移表，1991年一一1993年的市场规模仅为600一一700亿美元（约人民币3,900亿元一一4,550亿元），1995年一一2002年增至两倍，为1,500亿美元（约人民币9,750亿元）。在十年后的2010年一一2013年，又增至两倍，为3,000亿美元（约19,500亿元）。在十年后的2022年，应该会增长至两倍，为6,000亿美元。（下图9）

图9：可以看出，全球半导体市场每十年增长两倍。笔者根据WSTS的数据制作了此图。（图片出自：http://eetimes.jp）

可以说，全球半导体市场“每十年增长两倍”。按照这种趋势，可以很容易地预测出2050年全球半导体市场的规模。下图10即为预测结果。全球半导体市场“每十年增长两倍”，在2050年前后将会达到4兆8,000亿美元（约人民币312,000亿元）。这是2022年（6,000亿美元规模）的8倍。

图9：2050年的全球半导体市场预测（修正版）。笔者根据WSTS的数据制作了此图。（图片出自：http://eetimes.jp）

诸位读者如何看以上市场预测？如果笔者在去年（2021年）公布此预测结构，可能没有任何人会相信。但是，我们已经步入TSMC一年投资440亿美元的时代，因此以上预测很有可能会成为现实。

此外，即使到了2050年，完全不使用SADP的、仅用平面型晶体管形成集成电路的28纳米制程依旧会是“甜蜜节点”。