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缺芯怪圈:缺芯需扩产,扩产要设备,设备也缺芯

虽然近期市场杂音频现,或总体代工扩产进展不及预期,或大幅砍单、芯片跌价,但是处于产业链上游的设备厂商并不囿于此。

从中长期趋势看,产能扩建依旧是主旋律。结合全球设备厂商各项数据及业界观点,目前设备已成为半导体产业中业绩确定性最强的细分领域,设备厂商对未来发展预期较为看好,扩产意愿普遍较强。fHresmc

但是,设备厂商也很焦灼。据TrendForce集邦咨询6月下旬表示,半导体设备交期面临延长至18~30个月不等的困境。业界消息显示,如果不能有更多设备的供应,额外新增产能的开出将遥遥无期。由此,“拿下那台设备”成为了当下各大晶圆代工厂在这场芯片产能竞赛中能否取胜的关键。fHresmc

本文在此主要讨论的是以下问题,设备为何供应不上和其可探讨的解决措施,以及中国大陆设备厂商发展的具体情况。fHresmc

设备为何持续供应不上?

半导体设备短缺最早可在2020年看出端倪。业界消息反馈,疫情爆发前,设备交期在3到6个月之间;到了2021年Q1季度,交货周期拉长到了10个月。2021年Q3季度开始,交货周期进一步延长至12~14个月。发展至今,半导体设备交期面临延长至18~30个月不等的困境。fHresmc

设备交期逐步拉长的背后,是设备长期缺芯、缺部件以及超预期的设备需求的多重困境。而追其深层原因,则可以看到复杂的产业链芯片供应及分配问题。fHresmc

缺芯怪圈:缺芯需扩产,扩产要设备,设备也缺芯fHresmc

毫无疑问,当前设备生产的最大掣肘是缺芯。据悉,常见的半导体制造设备如刻蚀机、等离子注入机、CMP等需要搭载少量芯片维持作业。从体量看,设备领域所需芯片在全球半导体市场中占比微乎其微,而只有最先进的设备(如光刻机)需要的芯片数量及种类才会越多。fHresmc

但是据产业链消息反馈,目前设备领域所需的工业MCU、FPGA、嵌入式处理器和其他关键芯片供应紧张,部分芯片已断供许久。今年5月业界消息显示,工业控制芯片短缺可能会持续到2023年底,而相关供应商如意法半导体、英飞凌、恩智浦、瑞萨等在物以稀为贵驱使下,也在今年二季度提高了芯片价格。fHresmc

矛盾现状:零部件短缺,厂商扩产意愿却不高fHresmc

设备除了缺芯外,还十分缺乏零部件。今年上半年,ASML、应用材料、KLA等头部设备厂商已发出警告,部分关键机台需要等待18个月。因为从镜头、阀门和泵到微控制器、工程塑料和电子模块等零件全都缺。fHresmc

但是,许多零部件厂商的扩产意愿却不高。谈及主要原因,一方面是目前下游需求量大,零部件厂商在手订单指向饱和。企业考虑到如若扩产,其所需要承担的设备投资负担过重,而未来还可能需要承担产能过剩风险;另一方面,在缺芯影响下,即便零部件厂商造出了零部件,也无法搭载芯片以成品交付设备厂。综合考虑下,或选择维持现状。fHresmc

现实碰撞:不足的供应与超预期的需求fHresmc

近两年晶圆厂高涨的扩产热情造成了对设备超预期的需求。据SEMI数据,2020年至2024年期间,全球将有86家新晶圆厂或大型晶圆厂扩建项目投产,2022年全球晶圆厂设备总支出将超过800亿美元,全球晶圆厂设备支出有望连续三年创下历史新高。fHresmc

但是,在设备厂商接连翻番的股价,以及亮眼的财报背后隐藏的是甜蜜的烦恼。公开数据显示,全球大部分设备厂商在手订单已接近饱满,产能趋向饱和,望“单”兴叹者众。fHresmc

结合各大设备厂商2021年的财报数据显示,全球营收前五企业为应用材料、ASML、东京电子、泛林集团以及科磊。以上五家设备厂商总营收占据了全球设备市场大半份额,头部效应明显。fHresmc

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△图片来源:全球半导体观察根据公开信息整理fHresmc

今年一季度以来,上述厂家官方消息显示,目前其设备订单均已饱满,新增订单堆积严重,其中ASML积压订单创历史新高。上述厂商均表述,受缺芯、零部件短缺影响较大,企业递延收入大幅增加。据悉,泛林半导体递延收入已超过20亿美元。fHresmc

另外,设备不能按时交付也给设备厂商带来了一系列的成本上升问题。泛林半导体首席执行官Timothy M. Archer称,其面临着物流和运费上涨、镍/铝等大宗商品推动的原材料,以及集成电路成本的增加等问题。应用材料首席财务官Brice Hill也提到其库存和发货成本不断上升,导致了公司毛利率的下降。fHresmc

目前,距离晶圆代工厂产能大规模落地还有一段时间,设备需求仍然持续上升。叠加芯片零部件继续短缺情况,即便代工厂商还想要更多的设备,设备厂商们也有心无力了。fHresmc

试论设备芯片供应的可行举措

对于设备厂商而言,问题的核心关键在于,其所短缺的芯片不仅仅设备领域各同行在争抢,汽车厂商等其他厂商也十分亟需,且他们需要的数量十分巨大。而设备厂商并没有取得芯片的优先权,即便是在当下全球扩产的大势下。fHresmc

所幸,上述问题已经在供应链中显现,近期,业界逐渐出现了“优先满足设备芯片供应”的声音,部分厂商也采取了或自研、或并购零部件供应商等措施解决缺芯问题。fHresmc

首先是设备端厂商的自救。应用材料总裁兼CEO Gary Dickerson在2022财年第二季度财报电话会议上表示,应用材料正在通过和供应商加强联系、跟踪客户需求等方式解决短缺问题,这样不仅和供应商加强合作,还设立了能够克服零部件短缺的方案,将在未来几年加速产品交付效率。fHresmc

东京电子在此问题上的解决方式则有着明显的借鉴意义。近日,东京电子高管在财报会议上表示,东京电子和供应商联系较为紧密,且大多数供应商都在其工厂附近设有办事处。东京电子目前每六个月举行一次生产更新会,向供应商分享长期的市场趋势,并在去年9月成立了企业生产部门,专注于解决零部件短缺问题。fHresmc

此外,包括ASML、应用材料等国际半导体设备大厂尝试通过自身技术攻克,或是并购上游厂商将关键零部件掌握在自己手里。fHresmc

芯片制造端也有所回应。微控制器芯片的制造商Microchip Technology Inc.首席执行官Ganesh Moorthy表示,公司现在将芯片设备供应商视为优先客户,并且如果任何设备制造商发现某个特定的Microchip产品是自己的瓶颈,该产品就会被列入公司的优先名单。fHresmc

短期来看,设备供应紧张问题无法快速解决,但是供应端的调整协商会为行业发展积攒一定的经验,对企业长期发展有所裨益。fHresmc

设备之争焦点:光刻机花落谁家

如果说多数设备的获得对于当下的产能扩建起着先发作用,那么光刻机的争夺则意味着对未来一段时间内技术的掌控程度,因此当下设备之争高度聚焦于光刻机争夺上。fHresmc

据TrendForce集邦咨询表示,设备缺货以DUV光刻机情况最为严重,其次为CVD/PVD沉积及蚀刻等。随着架构从FinFET结构过渡到GAAFET结构技术节点,先进节点之争剧烈,EUV光刻机的争夺也成为焦点。fHresmc

由于ASML在光刻设备上一家独大,其光刻机供货情况牵动着半导体产业链。在当下设备严重缺芯缺零件下,ASML情况也十分胶着。fHresmc

官方消息显示,2021年,ASML共销售光刻机309台,其中EUV光刻机42台。2022年,ASML预计能够生产和交付EUV光刻机55台、DUV光刻机240台。今年,ASML收到的EUV光刻机订单已超过100台,DUV的订单也已经积压了500多台。据ASML预计,公司在2024年才能将积压订单消化完毕。fHresmc

ASML官方表示,ASML的元件中有85%是由公司和供应链共同研发,其应用的材料和产品均是独一无二。目前,ASML拥有700家产品相关供应商,其中200家是关键供应商。因此,ASML能否顺利快速提升产能,还将很大程度上取决于供应链合作伙伴能否持续跟进。fHresmc

今年6月末三星已官宣量产3纳米芯片,而台积电也将在下半年开始量产3纳米。但近日,台积电方暗示4nm、3nm等产能将趋于紧张,原因显示可能是先进制造设备到货延期,这直接指向DUV和EUV光刻机。业界猜测,受到光刻机设备短缺影响,近两年先进工艺产能或面临紧缺。fHresmc

国产设备迎来发展黄金期

据国际半导体产业协会(SEMI)近期发布的最新报告显示,2021年全球半导体制造设备销售额增至1026亿美元的历史新高,年增44%,中国再次成为全球最大的半导体设备市场。fHresmc

中国大陆设备厂商近两年业绩可谓出彩。虽然在营收体量上,大陆设备厂商与全球头部企业存有较大差距。但值得注意的是,中国大陆半导体设备公司2021年及2022年一季度营收同比增长普遍高于国外设备企业。fHresmc

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△图片来源:全球半导体观察根据公开信息整理fHresmc

与国外设备厂商深受缺芯、零部件供应紧缺影响情况不同,大陆厂商受该因素影响较小。其中北方华创和中微公司等企业超额采购保障供给,以及重视本地产业链条搭建、加强国产替代等方法收效较大。fHresmc

以北方华创为例,根据其财报数据显示,2021年其采购总额为176亿元,为该年50亿原材料成本的3倍之多,而今年Q1末,北方华创的存货继续创新高,表明该公司在手订单充沛,下游需求依旧旺盛。fHresmc

此外,顾虑于全球设备供应链的不确定性,大陆半导体企业将更多目光投向本地零部件及设备供应链,大陆厂商借此获得更多的验证机会。fHresmc

据中微公司消息,其在全球共有700余家供应商,活跃的有450余家。其刻蚀机的零部件国产化程度达60%,MOCVD设备国产化情况达80%。官方消息显示,其较高的国产化程度,是中微公司在材料费涨价、运输时间推迟的情况下,至今仍保持100%的产品运出和准时的关键。fHresmc

另外,大陆设备市场的旺盛还体现在了今年上半年设备招标中标数据上,通过对中国国际招标网招标情况进行梳理,可明显发现大陆半导体厂的设备国产化率有所提高。fHresmc

据悉,2022年上半年大陆主要晶圆厂共开标765台工艺设备。按照不同工艺设备开标数量从高到低排列,前五名分别炉管设备(119台)、薄膜沉积设备(142台)、刻蚀设备(90台)、清洗设备(86台)、前道检测设备(64台)。从企业看,上海积塔半导体、华虹半导体、燕东微电子开标数量名列前三。fHresmc

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而结合中标数据看,2022年上半年大陆主要设备厂共中标379台工艺设备。前五名分别为湿法清洗设备(81台)、刻蚀设备(70台)、薄膜沉积设备(47台)、炉管(45台)、涂胶显影设备(35台)。中标较多的前五名大陆厂商为北方华创、中微公司、拓荆科技、芯源微、盛美上海。fHresmc

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综合数据看,大陆设备厂商在薄膜沉积、刻蚀、湿法清洗、涂胶显影等环节上占据优势。其中,在刻蚀设备上,北方华创和中微公司上半年合计中标60余台,远超泛林半导体与东京电子总和。根据中微公司创始人尹志尧预计,在刻蚀设备领域,未来国产率有望达到50%。fHresmc

总体来看,大陆设备厂商在这两年迎来了发展的黄金时期,在薄膜沉积、刻蚀、清洗、涂胶显影、抛光等领域多点开花,国产化率有所上升,并带动了零部件在内的相关产业迅速发展。fHresmc

结语

产业链各细分领域周期起伏早有迹象,当下现象是对此前业界变动的后续反应,机遇挑战均蕴藏其中。如今设备领域持续景气上行,总体来看未来两年仍旧是高速发展期,各国设备厂商仅仅盯着这块大肉,这或可成为我国设备发展长河中的关键转折点,能否迎来关键变局呢?我们拭目以待。fHresmc

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