过去二十年来,全球半导体行业经历了显著的“M型”波动,这主要受到全球GDP增速和技术革新的双重影响。从PC、手机到智能移动设备,再到新能源汽车和人工智能,每一次技术革新都推动了半导体市场的繁荣。1982年,全球半导体行业营收仅90亿美元,然而,根据世界半导体贸易统计组织的预测,到2024年,该行业营收将实现16%的强劲增长。展望未来,2025年全球半导体市场预计将保持10%以上的年复合增长率。
WSTS在6月发布了最新预测,将2024年半导体销售额增长速度从1%上调至16%。预计今年全球半导体市场将触及6,110亿美元,而到2025年,该市场将进一步增长5%,达到6,870亿美元。尽管当前全球经济整体下行,半导体行业也正处于下行周期中,但新兴应用如新能源汽车、AI和卫星通信等已带来一线曙光。过去一年里,全球各大公司纷纷加大对AI数据中心建设的投资,其中受益最大的芯片公司英伟达(Nvidia)股价从40美元飙升至超过200美元。
此外,电动和混合动力汽车的动力总成系统相当复杂,对精确控制和监控有着极高的要求。而半导体器件在提升这些系统的效率和性能方面扮演着核心角色,涵盖电机控制、电池管理以及能量转换等多个领域。展望未来,全球汽车半导体市场预计将从2024年的77亿美元增长至2032年的124亿美元,复合年增长率达9%。
尽管2024年年初至今全球半导体市场整体有所企稳,但复苏步伐仍显缓慢。然而,在AI及汽车芯片的强劲拉动下,半导体产业规模有望在2030年前突破1万亿美元大关。
那么,作为半导体产业链的上游,硅片市场又将如何演变呢?我们接下来探讨这一问题。
沪硅产业常务副总裁李炜(左五)与新傲芯翼副总经理王克睿(左六)近日接受了行业媒体的采访。李炜博士在采访中指出,作为半导体产业链的上游,硅片市场的复苏进度通常会滞后于下游环节。目前,全球硅片市场的整体出货量仍呈现同比下滑的趋势。尽管300mm(12吋)硅片的出货量自今年二季度起已逐渐显现复苏迹象,但200mm(8吋)及以下尺寸的硅片市场需求依然疲软,未见明显回升,产能利用率和出货量恢复尚需时日。
展望未来,随着下游客户库存的进一步消化和半导体市场的持续回暖,半导体硅片的出货量增长和价格回升值得期待。但李炜博士强调,这一复苏过程将是温和且缓慢的,而非突飞猛进。
此外,李炜博士还介绍了沪硅的SOI晶圆产能扩张计划。他提到,除了传统意义上的Silicon Wafer,还有一种称为SOI(Silicon on Insulator,即绝缘体上硅)的硅片。这种硅片具有独特的三层结构,包括顶层的单晶硅薄膜、中间的二氧化硅绝缘层以及底层的硅衬底。这种结构显著提升了电子元件的性能,如减少了寄生电容、降低了漏电流并提高了开关速度等,因而广泛应用于高可靠电源芯片、射频(RF)芯片以及硅光子学等领域。
据李炜博士介绍,沪硅的SOI产品目前主要服务于消费类市场和汽车市场。他透露,未来发展的重点将放在300mm产品上,除了满足传统射频前端的应用需求外,还将进一步拓展消费类和汽车类的终端产品市场。随着5G技术的普及和手机市场的复苏,射频芯片的性能和数量呈现增长趋势,预计到2028年全球手机市场中5G手机的占比将达到82%。这将进一步推动RFSOI的需求增长。
在汽车市场领域,新能源汽车对芯片的需求量是传统燃油车的两倍以上。据GlobalData的预测,到2035年,燃油车在市场上的份额将缩减至仅26%,这将进一步刺激汽车市场对芯片的整体需求,从而带动Power SOI市场的增长。
新傲科技作为沪硅旗下的重要分支,近年来已成功提升了150/200mm SOI的产能,目前年产能已接近60万片。同时,其子公司新傲芯翼也已着手启动300mm SOI的研发工作,并计划建设相应的产线,预计年产能为40万片。展望未来,到2030年,新傲科技预计将根据市场实际需求逐步将产能扩展至100万片/年,以应对射频及功率类IC不断增长的市场需求。
王克睿先生进一步阐释道,当前全球范围内,RFSOI硅片的年需求量大约折合为8吋150万片。新傲科技在8吋产能方面已达到约50万片/年,稳居全球领先地位。展望未来,新傲芯翼计划将12吋产能扩展至40万片/年,并视市场情况进一步增至100万片/年。
在SOI技术发展方面,沪硅集团以新傲科技及Okmetic为出货主力,其产品主要聚焦于RF SOI、Power SOI以及MEMS SOI,广泛应用于射频、功率IC及传感器领域,从而满足手机、汽车、工业和医疗等多个市场的需求。此外,新傲芯翼也在积极投入研发力量,探索边缘计算、物联网等新兴领域,致力于开发FDSOI及硅光SOI,以实现更低功耗和高速光波导连接。
王克睿强调,汽车行业对可靠性的严格要求正是SOI工艺的强项,因此未来公司计划在这些领域持续投入,并充分发挥在8吋产品上的优势,向12吋产品转移。通过改进材料性能,新傲科技将致力于满足市场对高性能SOI器件的迫切需求。
沪硅集团在半导体硅片生产领域掌握了多项核心技术,涵盖300mm、200mm以及小尺寸半导体硅片的多个环节。这些技术包括直拉单晶生长、磁场直拉单晶生长、热场模拟和设计、大直径硅锭线切割、高精度滚圆、高效低应力线切割、化学腐蚀、双面研磨、边缘研磨、双面抛光、单面抛光、边缘抛光、硅片清洗、外延等,以及突破性的SOI制备技术。
新傲芯翼在300mm SOI领域取得了重要进展,成为国内首家具备该制备工艺的高科技企业。自成立以来,团队一直致力于探索300mm SOI制备工艺的机理与关键工艺开发。经过技术迭代与创新,已成功研发出多品类SOI,并正与客户合作进行产品导入工艺验证。
在整合SOI产业链方面,新傲芯翼与新昇等合作伙伴紧密协作。新昇作为沪硅集团旗下的重要供应商,是国内领先的十二寸硅片生产企业。在当前全球供应链紧张和原材料短缺的背景下,新昇已显著提升产能,确保新傲芯翼300mm SOI的原材料供应。
李炜博士表示,新昇在过往的供应链危机中已展现出强大的供应保障能力。通过推进原材料多元化策略,如与国产多晶硅、石英坩埚等核心材料供应商的合作,进一步增强了交付能力。他强调,尽管当前本土半导体行业面临一些供应链挑战,但并非无法克服,国际设备企业在成熟工艺方面也表现出合作意愿。
据悉,沪硅集团已成功实现从300mm到150mm全尺寸半导体硅片产品的覆盖,同时涵盖了抛光片、SOI片以及外延片等各类产品。通过集团内部各子公司间的上下游整合与技术交流,沪硅确保了其供应链的安全与稳定,从而为客户提供全方位、强有力的支持。
在向下游客户供货方面,沪硅集团旗下新傲科技扮演着重要角色。作为全球领先的SOI材料供应商,其200mm SOI产品已稳定供应国内外晶圆厂多年,覆盖功率、射频、传感器、硅光及逻辑等多个应用领域。
展望未来,王克睿期望新傲科技能联合产业链上下游,共同探索SOI技术的创新路径,积极构建生态圈,并推动产业链的进一步整合与优化。
然而,尽管SOI技术在性能和功耗方面均表现出色,但相比CMOS、FinFET等技术,其市场存在感仍有待提升。王克睿指出,SOI技术在汽车和手机等领域已得到广泛应用,例如手机中的射频模块和汽车中的通信芯片都采用了SOI技术。
展望未来,RFSOI将借助全球每年12亿部手机的市场需求,推动硅片尺寸向12吋(300mm)发展;Power SOI因其高可靠性在汽车及工业领域占据不可或缺的地位;FDSOI则凭借其低功耗特性在物联网等领域持续发力;而硅光SOI在新兴市场如人工智能领域的应用增速尤为明显。
总体而言,SOI技术在特定领域将持续展现其独特优势。”王克睿指出。
从国内市场来看,手机市场的射频领域对SOI的需求尤为旺盛,涵盖4G/5G及毫米波等产品,涉及开关、低噪放、天线调谐器等多个应用。同时,汽车领域的电源类产品,如BMS中的AFE芯片以及汽车网络通信中的CAN/LIN接口芯片等,也对SOI技术提出了需求。此外,在人工智能领域的硅光市场,SOI技术同样有着广阔的应用前景。
然而,尽管SOI技术在某些领域已有所应用,但为何未能在更广泛范围内得到推广呢?李炜博士指出,这主要受到生态链和成本两大因素的制约。目前,SOI生态链尚在完善中,但沪硅及芯原通过举办FDSOI及RFSOI的国际会议等活动,正致力于推动生态链的进一步构建。同时,SOI技术的高材料和流片成本也是一大挑战。但沪硅集团正积极与客户和新昇合作,力求在12寸SOI材料上实现成本降低。王克睿补充道:“虽然目前SOI技术仍属于‘奢侈品’范畴,但相信随着生态链的完善和成本的降低,未来SOI技术将逐步得到更广泛的应用。”
接下来,让我们了解一下沪硅集团。沪硅集团作为半导体/集成电路行业的佼佼者,位于产业链上游,拥有多家国内外子公司。其主营业务涵盖半导体硅片及其他材料的研发、生产和销售等多个环节。
其中,上海新昇的300mm大硅片技术在国内处于领先地位,成功实现了“三个全覆盖”,即逻辑工艺与存储工艺产品的全面覆盖及规模化销售、覆盖国内主要客户、以及下游应用逻辑/存储/图像传感器(CIS)芯片的全覆盖。而子公司Okmetic在200mm及以下尺寸的MEMS用抛光片技术方面,不仅技术水平全球领先,其细分市场份额也同样位居前列。此外,新傲科技在200mm及以下尺寸的外延片技术上同样表现出色,技术水平国内领先。值得一提的是,新傲科技和Okmetic还是国际上200mm及以下尺寸SOI硅片的主要供应商之一,其技术全球先进。
此外,新傲芯翼已成功搭建起300mm高端硅基材料的试验线,目前正处于产品研发和客户送样的持续推进阶段。
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