近期，晶圓代工產能越發緊張，一方面是因為行業一直處于供不應求的狀態，而且已經持續了一年左右的時間。另一方面，華為禁令效應也在客觀上起到了催化劑的作用，由于在禁令正式生效之前，華為大量下單各種芯片，進一步加劇了這種產能與需求之間的不平衡。

據中國臺灣地區媒體報道，由于代工產能供不應求，有IC設計廠商透露，聯電和世界先進已經調漲近期新投片的價格，并通知客戶要調升今年第四季度與明年的代工價格。據悉，聯電的0.18微米制程，世界先進的0.15微米制程產能很滿。

總體來看，目前8吋（200mm）晶圓代工廠產能最吃緊，從0.13微米至0.18微米制程產能都很滿，而12吋（300mm）廠則是28nm以下制程產能最緊張。

特別是在8吋產能方面，最受業界關注，而漲價最為猛烈的，則是顯示面板驅動IC，一方面是因為今年大尺寸顯示面板銷售非常緊俏，推升了市場對相應驅動IC的需求，另外，過去幾年，驅動IC價格相對較低，具有很大的上漲空間。

價格漲幅百分比方面，有IC設計廠商表示，有些品類不只是個位數，有MCU廠家表示，晶圓交期開始拖長后，雖然現階段尚未漲價，但現在若想額外增加投片，就要加價一至二成，而晶圓代工廠也正在與其洽談第四季度的漲價幅度，據說在談判桌上沒有多少話語權的廠商，也要遭受二成左右的加價。

在這樣的背景下，8吋產能緊張程度會延續到2021上半年，除非有廠商愿意從8吋轉至12吋晶圓生產，只有這樣才能在短時間內緩和8吋產能的緊張情況。目前看來，以晶粒較大的指紋辨識IC等產品轉到12吋生產的可行性較高。

指紋辨識IC廠商神盾證實，該公司確實從一、兩年前就著手規劃從8吋轉至12吋晶圓生產，預計今年下半年流片，明年將會大量轉換。除了成本之外，產能是神盾此舉更重要的考量因素。

這就像當年6吋晶圓產能爆滿一樣，IC設計廠商只好在新產品設計時選擇8吋晶圓廠生產，這段產能轉換的過渡期大約需要一至兩年。

大尺寸晶圓的宿命

晶圓尺寸越大，可利用效率越高。12吋晶圓擁有較大的晶方使用面積，得以達到效率最佳化，相對于8吋晶圓而言，12吋的可使用面積超過兩倍。

來自IC Insights的統計和預測顯示，2018-2021年間，全球范圍內可量產的12吋晶圓廠每年都會增加，到2021年，將達到123家，而這一數字在2016年為98家，基本上所有新建設的晶圓廠都將用來生產目前急缺的DRAM、閃存，或者增強現有的代工能力。截至2016年底，12吋晶圓貢獻了全球IC晶圓廠產能的63.6%，預計到2021年底這一數字將達到71.2%，在這5年內，以硅片面積計算的年復合平均增長率達到8.1%。

無論從總體表面積，還是實際晶圓出貨量來看，12吋晶圓都是現在使用的主力晶圓尺寸。盡管如此，8吋晶圓廠仍然具備相當長的生命力。到2021年，8吋晶圓的IC生產能力預計仍將保持增長態勢，以可用硅片總面積計算，年均復合增長率預計為1.1%。不過，8吋晶圓占全球晶圓產能的份額，預計將從2016年的28.4%下降至2021年的22.8%。

目前，硅晶圓的主力是8吋和12吋的，然而，早些年，6吋（150mm）晶圓曾一度統治市場，6吋廠于1980年開始生產，當時主要是英特爾在推動其發展，在那之前，4吋還是市場主力軍。8吋晶圓廠在1990年開始快速增長，當時是以IBM與西門子合作生產64位DRAM為代表，而12吋晶圓廠從2000年后開始穩定增長。

產能方面，8吋晶圓在1998年超過6吋晶圓產能并在2007年達到頂峰，2008年，12吋晶圓產能超過8吋的，8吋晶圓產能在2008年到2009年間下降，但仍為增長趨勢。估計2018年到2019年間8吋晶圓產能近似于2006年的水平。

向大尺寸轉移

由于晶圓尺寸越大，成本效率越高，特別是在當下行業對產能要求大量增加的情況下，大尺寸，特別是12吋晶圓的優勢越來越明顯，相關的轉型也在進行當中。

實際上，在多年以前，就有多家IDM和晶圓代工廠想將產能主力從8吋轉型到12吋，但難度很大，所以進展一直都比較緩慢。

早期的大部分6吋硅晶圓生產線都已經轉向了8吋的，然而，受制于成本和性能等因素，8吋線轉向12吋產線較為困難，主要體現在：12吋晶圓廠進入門檻高，參與廠家數量較少，根據中芯國際新建上海12吋晶圓廠投資金額數量可知，12吋廠對代工企業廠房潔凈室清潔度及設備的精密度要求很高，初期投資及后續研發投入巨大，要達到百億美元級別才能具備市場競爭力。因此，盡管12吋晶圓市場高速增長，但直接參與競爭的企業數量依然是少數。

另外，代表先進制程的12吋晶圓廠生產的產品主要是精密制程的芯片，留給65nm及以上制程的空間并不多，12吋廠的投資金額巨大也導致代工費用高昂，而這是對價格敏感的成熟制程產品所不希望看到的。同時，制程尺寸的微縮，會導致漏電的增加，因此，電池供電類應用通常會選擇8吋產線，另外，MEMS傳感器、LED等產品，采用8吋晶圓更具優勢。

也正是因為如此，8吋晶圓廠具有相當長的生命周期。特別是由于市場對PMIC、顯示驅動IC，CMOS圖像傳感器（CIS），MCU，MEMS和其它特征尺寸》90nm制程工藝技術的器件的強勁需求，晶圓代工廠從中受益頗多。這些器件是許多物聯網應用的關鍵組件，物聯網為8吋晶圓廠注入了新的活力。

不過，近些年，隨著市場對存儲和邏輯芯片需求的增加，特別是14nm及更先進制程的普及，市場對12吋晶圓的需求日益迫切，這方面的成本效率越發突出。因此，8吋向12吋晶圓轉型的速度開始加快。

成本效率方面，以臺積電最新的5nm制程芯片為例簡單說明一下。

著名半導體博客作者RetiredEngineer列出了臺積電在2020年每個節點的假想芯片銷售價格。

該模型基于假想的5nm芯片，該芯片大小為Nvidia P100 GPU（610 平方毫米，907億個晶體管）。就每個12吋晶圓的代工銷售價格而言，該模型考慮了諸如CapEx，能耗，折舊，組裝，測試和封裝成本，晶圓代工營業利潤率以及一些其他因素。

據估計，臺積電使用5nm制程技術的12吋晶圓售價約為16988美元。相比之下，使用其7nm制程節點的12吋晶圓價格約為9346美元，使用16nm或12nm制程技術制造的12吋晶圓的價格為3984美元。

雖然5nm制程的12吋晶圓成本最高，但是，即使按當前成本計算，由于其高晶體管密度和性能，對于高度復雜的芯片制造商來說，使用臺積電的領先工藝也很有意義。根據提供的數字，使用5nm制程制造610平方毫米芯片的成本為238美元，而使用7nm生產相同芯片的成本為233美元。可見，兩種制程的單個芯片成本幾乎相同，之所以如此，一個很重要的原因就是相對于8吋晶圓，在12吋晶圓上可以制造出更多的芯片，這樣就攤薄了單個芯片的成本。

1995年，全球8吋晶圓廠的數量為70個，到2007年達到歷史最高峰的200個，到2015年底又降至180個，1999到2018年間，全球總共關閉了76家8吋晶圓廠，在2008-2009年金融危機期間，多數8吋晶圓廠關閉或轉型到12吋晶圓廠，關閉的晶圓廠主要分布在美國、日本、歐洲以及中東地區。從2016年開始，8吋晶圓廠關閉速度開始減緩。

2008到2016年期間，總共有15座晶圓廠從8吋轉型為12吋的。

不只是在存儲和邏輯芯片方面，模擬和模數混合芯片廠商也越來越多地向12吋產線轉移，典型代表就是德州儀器（TI）和ADI。

以TI為例，今年年初，該公司表示，將在未來幾年內關閉其最后兩個6吋晶圓廠，同時，在其德克薩斯州Richardson工廠建造下一個12吋晶圓廠。德州儀器投資者關系主管Dave Pahl在電話會議上說：“這將是一項多年計劃，預計不遲于2023年至2025年完成。”Pahl表示，每年在這兩個6吋晶圓廠生產約15億美元的產品，很大一部分將轉移到12吋廠，從而提高生產率和經濟效益。

TI表示，建成后，這座新工廠將能提供具有競爭力的交貨時間和成本的產品，因為更大的12吋晶圓生產的模擬芯片數量是6吋晶圓的兩倍以上。

在模擬芯片市場，像TI、ADI、Maxim這樣的廠商，都有著高于行業平均水平的毛利率。以TI為例，在過去10年內，其利潤和利潤率保持上升態勢，并在2018年創造了新高。按照TI的說法，創造高利潤率與他們用12吋晶圓廠生產模擬芯片、降低成本有關。數據顯示，TI的模擬芯片在2018年的運營利潤率高達46.7%。

近些年，TI一直在穩步提升其12吋晶圓模擬芯片的產量，以削減成本并提高生產效率。TI表示，12吋晶圓廠的產量比競爭對手使用的8吋工藝生產的芯片便宜40％。此外，對于模擬用途，12吋晶圓廠的投資回報率可能更高，因為它可以使用20到30年。

TI將很多邏輯和嵌入式IC生產外包給代工廠，但模擬芯片主要都是在其自家的工廠生產。該公司目前擁有兩個12吋晶圓廠，截至2017年，其12吋晶圓模擬芯片產量占其整體模擬芯片產量的40％，而到了2018年，這一比例提升到了50％左右。考慮到5G，IoT、汽車和云計算等應用的成熟和大規模擴展，會推動相關模擬芯片需求的增長，因此，該公司有充分的理由進行12吋晶圓廠擴展，以保持并進一步提升其高利潤率。

遙遠的18吋時代

在未來15-20年內，12吋晶圓廠在半導體制造業內將保持主流地位，因此，12吋硅片在未來至少25年內將保持樂觀的發展態勢。與此同時，近些年，業界也在關注更大尺寸的18吋晶圓，不過，由于其成本過于高昂，從投入產出比或成本效率方面來講，不如12吋劃算。因此，18吋晶圓廠數量在未來15年內可能會有小幅增長，但總體數量有限，也有預測到2030年，將有超過35座18吋晶圓廠。目前來看，同12吋相似，18吋晶圓主要用來制造ASIC和存儲芯片。

第三代半導體進軍8吋晶圓

以上談的都是以硅為主要材料載體的晶圓，12吋是主力。

而在另一個化合物半導體世界里，特別是第三代半導體，目前仍以6吋及4吋晶圓為主。然而，隨著應用需求的增長，對相應芯片的需求日益增多，特別是以碳化硅和氮化鎵為代表的第三代半導體的啟航，以前的“小眾”產品和市場，一點點地走到了舞臺的中央，在這樣的背景下，同硅片一樣，就需要考慮投入產出比或成本效率了。因此，近兩年，一些專注于第三代半導體的IDM或晶圓代工廠開始向8吋晶圓轉移，法國的SOITEC就是其中一家，該公司在碳化硅晶圓方面就在向8吋轉移。不過，就目前來看，第三代半導體在相當長的一段時間內，仍將以6吋及4吋晶圓為主，8吋則代表著未來。
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