“甜蜜节点”是16纳米？2021年之前半导体市场预测

受新冠疫情影响，远程办公、网购迅速走红，PC、各类电子设备、游戏机等销量猛增。最终，全球半导体供应不足。

就半导体而言，有些产品供应充足，有些产品确实供应不足。笔者将在下文讨论“供应尤其不足的是28纳米半导体”。另外，在本文的最后，我将再次对2050年之前的半导体市场做出预测（我在一年前就已经做出了预测）。

“甜蜜节点”是16nm？

2021年12月15日至17日，为期三天的日本最大的半导体商业盛会“SEMICON Japan”在东京国际展览中心（Big Sight）举行。作者在半导体技术研讨会（STS）的“先进材料、制造和分析部分”与英特尔的龟和田忠先生合作发表了《日本的设备和材料竞争力及其来源》。

STS 演讲者可以免费参加所有会议。于是作者几乎参加了所有的环节，听了演讲。其中，在“SEMI 市场”板块，笔者听完麦肯锡咨询公司（McKinsey Consulting）土屋先生的“Supply Chain Dynamics”后颇为震惊。

笔者之所以震惊，是因为土屋先生在“SEMI 市场”部分提到“从（Foundry）半导体生产成本的角度来看，16 纳米技术节点很可能成为“Sweet Spot”。一件事情是最好的或最有效的，通常是最有成效的地方，是各种品质的结合而努力的地方）。由于笔者当时是通过Zoom参与的，所以在聊天的过程中，发了如下信息：“我觉得对于Foundry来说，它的“甜蜜节点”不是16nm，而是28nm，你怎么看？“于是，SEMI办公室回复：‘对不起，我无法回复问题’。然后，作者留言说：‘这是付费会议，希望您能回复我的问题。’” SEMI 办公室回答：“我们会将您的问题转给发言人”。然而，截至1月16日，一个多月过去了，我还没有收到麦肯锡的任何回复。

SEMI 办公室是否已将作者的问题转发给土屋先生？还是已经传达但被忽略了？无论如何，我很不满意。因此，我决定确认“对于Foundry来说，甜蜜节点是28nm，而不是16nm！”

谁从新冠疫情带来的“新常态”中受益？

2020年，新冠疫情正在全球蔓延。2021年，人​​们的生活发生了翻天覆地的变化，即“新常态”（New Normal，new way of life）将出现。从2021年6月举办的“台积电技术研讨会”来看，主要有以下几个具体案例。

此外，由于“新常态”的普及，各种电子设备的销售也出现了爆发式增长。下图1显示了2021年和2022年各种电子设备出货量与上一年相比的增减比例（%）。

图 1：各种电子设备的出货量增长率 (YoY %)。作者根据 Joanne Chiao (TrendFore)，“Wafer Shortages Drives the General Growth of Foundry Capacity in 2022”，Memory Trend Summit 2022 制作了这张图。（图片来源：eetimes.jp）

从图1可以看出，2021年远程办公和在线学习必不可少的PC出货量将比2020年增长16.5%。不过，根据预测，今年的出货量（ 2022）预计比2021年下降7.2%（虽然是负增长，但受Omicron价差影响，上述预测可能会发生变化）。

从上图1可以看出，2021年，由于新冠疫情的影响，许多国家和地区不得不关闭城市和国家并宣布进入紧急状态，导致人们不得不“宅在家里” ”，所以笔记本电脑（16.5%）、游戏机（35%）、可穿戴设备（11.1%）等都卖得不错。

因此，用于上述电子设备的半导体产品的需求迅速扩大。那么，需求增长最为明显的半导体集中在哪些方向呢？

2021-2022年，Foundry在哪些技术节点扩容？

下图2展示了2021-2022年全球Foundry厂商将扩大的各种技术节点。预计2021年5nm月产能扩大7万片，3nm月产能扩大9万片2022年，不过以上只是台积电的扩充，其主要用途是AP（应用处理器，Application Processor）。

图2：全球Foundry各技术节点月产能扩张情况。作者根据 Joanne Chiao (TrendFore) 的信息制作了这张图表，“Wafer Shortages Drives the General Growth of Foundry Capacity in 2022”, Memory Trend Summit 2022”。（图片来源：eetimes.jp）

多数电子设备使用的半导体集中在28nm的原因

28nm半导体具有以下典型特征：

1.28nm 技术节点是使用Planer 晶体管的最后一代。

2.不要使用自对准双图案（SADP，自对准双图案，SADP 从 FinFET 开始）。

3. 最初采用IDM（Integrated Device Manufacturer）模式的瑞萨电子等公司从28纳米一代开始向Foundry移交。

从 28/22 纳米到 16/14 纳米，虽然性能有所提升，但成本也随之上升，存在着这种不可调和的矛盾。在苹果的 iPhone 和 High Performance Computing（高性能计算）方向上，即使成本略有增加，也会使用 FinFET（使用 SADP），但大多数其他电子设备如汽车并不需要如此高性能。28纳米技术节点的性能已经足够，甚至很多厂商更喜欢使用在成本上有优势的28纳米。因此，出现下图3的结果，电子设备中使用的半导体大部分集中在28纳米。

图3：半导体的技术节点和晶体管的结构（大多数电子设备中使用的半导体都集中在28nm节点）。作者根据 Joanne Chiao (TrendFore)，“Wafer Shortages Drives the General Growth of Foundry Capacity in 2022”，Memory Trend Summit 2022 制作了这张图。（图片来源：eetimes.jp）

28nm（包括改进的 22nm）半导体的用途是无穷无尽的。由于新冠疫情，对这些28nm半导体的需求迅速扩大。此外，几乎所有这些 28 纳米半导体都是由 Foundry 生产的。

各Foundry的销售额比例

再来看看各个Foundry在2021年和2022年的销量预测（下图4）。作为TOP 1的台积电预测，2022年市场份额将进一步提升，升至57%）%。排名前二的三星电子（17%）和排名前三的台湾联电（7%）的市场份额几乎没有变化。TOP 4的GF（Global Foundries，GlobalFoundries）的市场份额下降了1%，跌至5%，而中芯国际（5%）在中国大陆的比例，也就是TOP5没有变化。

图 4：代工销售预测（2021 年和 2022 年）。作者根据 Joanne Chiao (TrendForce) 的信息制作了这张图表，“Wafer Shortages Drives the General Growth of Foundry Capacity in 2022”, Memory Trend Summit 2022”。（图片来源：eetimes.jp）

那么，以上Foundry厂商中，哪一家可以生产28nm呢？台积电于2011年开始量产28nm（下图5）。次年（2012年）三星电子和联电开始量产28nm。GF在2013年，中芯国际在2015年，HH Grace（中国中国）宏鸿利) 2018年开始量产28nm。

图 5：各 Foundry 制造商的技术节点进展。作者根据 Joanne Chiao (TrendForce) 的信息制作了这张图表，“Wafer Shortages Drives the General Growth of Foundry Capacity in 2022”, Memory Trend Summit 2022”。（图片来源：eetimes.jp）

这里需要注意的是，三星电子的Foundry主要为自家的“Galaxy”智能手机生产处理器，因此小型化不断推进，传统（Legacy）半导体的生产已经停产。三星电子现在可能无法生产 28nm 半导体。

因此，能够生产当今紧凑型 28nm 半导体的公司只有 5 家：台积电、联电、格芯、中芯国际和 HH Grace。不过如上图4所示，台积电的销售额占比过半，排名第一。因此，可以断言，全球需求激增的 28nm 半导体订单正在涌入台积电。

28nm的“甜蜜节点”

到目前为止，我们了解到，由于新冠疫情的蔓延，“新生活方式”开始流行，笔记本电脑、游戏机、可穿戴设备等各种电子设备出现了爆炸式增长。此外用节点法分析电路，用于这些电子设备的半导体的需求也急剧增加。结果，上一代具有成本效益的高性能平面晶体管——28 纳米——开始在全球范围内供不应求。

总而言之，28nm半导体已经成为“甜蜜节点”（麦肯锡提出的16nm不会是“甜蜜节点”，因为它是带有SADP的FinFET）。此外，上述28纳米产品大多由台积电代工，台积电28纳米产能很可能遇到了“瓶颈”。

下图 6 显示了台积电每个技术节点的季度销售额。虽然联电、格芯、中芯国际等工厂都在满负荷运转用节点法分析电路，但台积电的28纳米产能依然是全球最大的。因此，全球28纳米的订单正从台积电涌入。为了进一步扩大28纳米的产能，只能新建工厂。但是，我们将在下面解释为什么台积电没有扩展空间。

图 6：台积电各技术节点的销售额（2021 年 1-Q3）。作者根据台积电的历史运营数据制作了这张图。（图片来自：eetimes.jp）

台积电面临的困境

2021年台积电投资约300亿美元（约合人民币1950亿元），今年（2022年）1月13日，台积电宣布2022年投资440亿美元（约合人民币2860亿元）（下图7）. 2021年，台积电透露将在三年内投资1000亿美元（约合人民币6500亿元），目前有260亿美元（约合人民币1690亿元）。

图 7：台积电设备投资过渡表（2009 年至 2022 年）。作者根据台积电的 IR 数据制作了这张图。（图片来自：eetimes.jp）

台积电必须在 2022 年下半年开始量产 3 纳米，2024 年开始量产 2 纳米。2024 年之后，毫无疑问会计划量产 1.4nm 和 1nm。显然，2023年的投资不会止步于260亿美元（约合人民币1690亿元），那么台积电的巨额投资会是多少呢？

从台积电的员工人数来看，2020年将招聘8000名新员工，达到约5.6万人。2021年，预计新招聘员工9000人。以上新入职可以完成吗？台积电之所以做出如此巨大的投资，并招聘了如此多的新员工，是因为尖端技术的小型化和半导体的大规模生产。

从上面可以看出，台积电几乎将所有资源都集中在了尖端半导体的量产和研发上。无论有多少客户订单进来，台积电都没有多余的能力来建设十年前的传统 28 纳米工厂。

漂洋过海，接受日本政府的邀请

从以上分析可以看出，对于台积电来说，不仅尖端技术的订单源源不断，传​​统的28nm订单也源源不断地涌入，可以说是“进退两难”。

虽然台积电需要专注于尖端技术节点的开发，但28nm工艺也不容忽视。原因如下：去年（2021年）1月25日，日本、美国、德国等国政府通过台湾当局向台积电提出增加汽车半导体供应的请求。如果放弃28nm，来自当局的压力可想而知。

然而，日本政府和经济产业省向台积电发出了建厂的邀请。从台积电各个地区的销售额占比来看，日本只占4%到5%，所以台积电没有理由为日本企业建厂（下图8）.

图 8：台积电各地区的销售份额（%）。笔者根据台积电的历史公开数据制作了这张图。（图片来自：eetimes.jp）

日本经济产业省表示，对于月产能4.50,000台28nm-22nm的新工厂，已在索尼熊本工厂旁边准备了场地和相应的设施将做好准备。基础设施，同时补贴50%的建设成本和设备成本（4000亿至5000亿日元，约220亿至275亿人民币）。而日本政府的支持将持续数年，此外，索尼和电装也会支持。

此外，日本政府、日本经济产业省等分析人士甚至对台积电表示感谢：“为了振兴日本半导体，拥有世界最先进技术的台积电来日本建厂。一个工厂。” 对于台积电来说，这正是他们想要的。对于台积电的领导来说，这是一份急需的邀请！

请不要为了盈利企业而任意浪费纳税人的税款！

台积电既不是志愿者也不是慈善机构。是名副其实的营利单位。其业务的所有目的都是利润。台积电在日本熊本建立月产能4.5万片的工厂，然后量产全球紧缺的28nm-22nm半导体，销往全球。最终，其利润涌入了台积电的“怀抱”。

作为个体户，我今年还是不少交税，但我不希望政府把税钱花在台积电这样的利益集团上。如果台积电想在熊本县建厂，可以自己投资；如果索尼和电装愿意提供帮助，请自己做！

预测到2050年的全球半导体市场～第三次～

如果本文到此结束，似乎有点“缺乏后劲”。因此，我想再次对2050年之前的全球半导体市场进行预测（尽管已经在2021年进行了预测）。

根据 WSTS（世界半导体贸易统计组织）的数据，2022 年全球半导体市场规模将超过 6000 亿美元（约合人民币 3.9 万亿元）。看到 6000 亿美元的整数时，我立刻想预测到 2050 年的市场。

笔者已经两次预测了2050年之前的全球半导体市场。第一个预测是在 2011 年，当时全球半导体市场规模为 3000 亿美元（约合人民币 1.95 万亿元）。当时作者计算了发达国家和发展中国家平均每年人均消耗多少半导体，并根据预测的2050年全球人口（发达国家和发展中国家），最终预测全球半导体市场2050年将达到7500亿美元（约合人民币48.75亿元）。

笔者将上述预测值发给半导体行业杂志《电子杂志》（2015年已停刊），却被指责“全球市场永远不会发展到那么大”！几乎没有人同意作者的观点。但看看 2022 年 6000 亿美元的预测，无论是我的预测还是那些批评我的人，似乎都低估了全球半导体市场。

作者的第二次预测是在 2021 年 1 月，基于以下因素：半导体出货量每年增加 310 亿颗，半导体出货量每十年增加 1.3 倍，半导体平均价格为0.$46（以上来自WSTS），预计到2050年全球半导体市场将达到1.123万亿美元（约合人民币6.58万亿元）。因此作者将文章投稿至EE Times Japan。但是，EE Times Japan 认为“全球市场不会这样增长”！但是，如果2022年全球规模超过6000亿美元，上述预测肯定是保守的。

十年规则翻倍

作者在下面做出第三个预测。接下来我们看看1991年到2022年的全球半导体市场，1991年到1993年市场规模只有600亿美元到700亿美元（约合人民币3900亿到4550亿人民币），1995年到2002年翻倍到美国1500 亿美元（约合人民币 9750 亿元）。十年后，在 2010 年至 2013 年间，它翻了一番，达到 3000 亿美元（约合人民币 1.95 万亿元）。到 2022 年，也就是十年后，它应该会增加两倍，达到 6000 亿美元。（下图9）

图 9：可以看出，全球半导体市场每十年增长三倍。作者根据 WSTS 的数据制作了这张图。（图片来自：eetimes.jp）

可以说，全球半导体市场“每十年翻三番”。顺着这一趋势，2050年全球半导体市场的规模很容易预测。下面的图 10 显示了预测结果。全球半导体市场“每十年增长三倍”，到 2050 年左右将达到 4.8 万亿美元（约合 31.2 万亿元人民币）。这是 2022 年的 8 倍（6000 亿美元规模）。

图 9：到 2050 年的全球半导体市场预测（修订版）。作者根据 WSTS 的数据制作了这张图。（图片来自：eetimes.jp）

各位读者如何看待上述市场预测？如果作者在去年（2021 年）发布了这个预测结构，可能没人会相信。然而，我们已经进入台积电每年投资440亿美元的时代，所以上述预测很有可能成为现实。

此外，即使到了2050年，完全不使用SADP，只使用平面晶体管形成集成电路的28nm工艺仍将是“甜蜜节点”。