格芯12吋厂并未引进FD-SOI的22nm制程,只能做40nm制程
2019-03-08 10:55

2019年无疑是半导体产业转折的一年,过去讲求效能与功耗的先进制程因为智能手机处理器、绘图显示卡的爆发式成长,成为各家晶圆代工厂的主要客户需求,但随着消费市场转缓,先是苹果财报揭露iPhone销售衰退15%、资料中心的建设减缓以及全球电子产品消费市场冷却,都使得先进制程的成长光环渐失,迫使半导体厂商重新拟定发展策略。

今年才刚开始,全球半导体产业已经动作频频,各家厂商都在重新布局2019年的营运策略,其中又以格芯(Global Foundry, GF)最为积极。

世界第二大的晶圆代工厂格芯(Global Foundry, GF)于2019年1月31日宣布将新加坡的8吋Fab-3E晶圆厂以2.36亿美元的价格售予世界先进后,2月中旬又传出格芯与成都市政府在高新区的12吋厂投资计划停摆,此已是格芯先前投资重庆喊卡后,投资中国大陆再次失利。

事实上,如果清楚格芯的营运现况,便会发现这样的举动丝毫不令人意外,要了解整件事情的来龙去脉,必须要先掌握格芯的策略转变以及成都厂的兴建背景。

格芯12吋厂并未引进FD-SOI的22nm制程,只能做40nm制程

事实上, 2017年格芯洽谈进入中国的时候,这座12吋厂计划分为两期的工程进行,第一期是建立12吋晶圆的生产线,并转移格芯新加坡厂的技术,预计于2018年底投产;第二期则规划导入德国厂所研发的22nm SOI制造工艺,计划2019年开始进行试产。

目前这座12吋厂只有进行到第一期工程结束,厂内都是使用从新加坡厂转移过来的技术跟设备,该新加坡厂是2010年收购的特许半导体旗下的晶圆厂,留下的都是一些老旧、甚至已经淘汰的二手设备。

受制于这些设备与技术,这座12吋厂事实上只能作到40nm的制程,而且产线人员也才刚送到新加坡进行培训结束── 该晶圆厂根本尚未开始、也无法进行量产。

对于渴求半导体产业快速发展的中国而言, 40nm的工艺并不重要,中芯国际14nm工艺已几近量产,关键是当初格芯承诺转移22nm FD-SOI制造工艺到中国,但2018年格芯却爆发大幅亏损事件,使得第二期工程迟迟没有开始,并取消一系列的技术转移。

FD-SOI (Fully-Depleted Silicon-On Insulator)制程与主流的FinFET (Fin Field-Effect Transistor)制程都是半导体产业中可量产的技术,其中FinFET主要用于高性能器件,像是GPUCPU,例如台积电的主流制程均采用FinFET。

FD-SOI在市占率虽然不如FinFET,但优势是功耗较低, 22nm制程的器件可拥有勘比14/16 nm FinFET电晶体的功耗,而且理论上可以做到10nm以下,值得一提的是格芯已经掌握12nm FD-SOI的技术,由于低功耗的优势,该技术普遍被认为在传感器、通讯芯片以及物联网应用上颇具潜力。

但这项技术却有个致命缺点: SOI晶圆成本非常昂贵

目前全球只有三家供应商能提供合规的SOI晶圆,分别是法国的Soitec、日本信越半导体以及美国的SunEdison,由于供应量少,导致SOI晶圆的价格远高于主流的硅晶圆,价差可以贵上数倍。

那为什么成都仍想要引进FD-SOI制程?背后真正的目标是为了规避台积电的FinFET专利,还有不再仰赖中国台湾地区半导体产业的支援以达到自主研发,使得中国对于发展FD-SOI制程很有兴趣。

中国国家集成电路大基金、上海嘉定工业区还有其他机构共同出资成立的上海硅产业投资有限公司,已经投资了SOI晶圆的创始公司── 法国Soitec公司14.5%的股权来确保SOI晶圆的供应,代表中国发展自主半导体产业的野心。

但这次显然踢到了铁板,中国原先计划藉由格芯转移22nm的FD-SOI制程来扶植自有的半导体产业,但好巧不巧遇到格芯在2018年宣布策略变动、 2019年初开始收紧阵线,从中国撤退──这桩技术转移的生意可能已经宣告破局。

2018年格芯的策略被迫改变,趋于保守与紧缩

格芯过去10年一直处于亏损的状态,而且随着时间推进,亏损金额逐步扩大,使得经营体质日渐虚弱,母公司对于营运的信心也受到冲击,对注资自然趋于保守── 晶圆代工产业是个高度资本密集的竞赛。

到了2018年, 7nm制程转为需要重新投资的EUV制程,资金门槛一口气提高许多,迫使格芯不得不放弃7nm的先进制程,专攻成熟且客制化的制程,并宣布接下来一系列的裁员与营运紧缩政策。

转变方向后的格芯,不像过去与台积电、三星一同竞争手机的SoC芯片订单、处理器与游戏绘图卡订单、也不在先进制程上烧钱竞争,目前格芯的产品策略都转作客制化程度高的物联网芯片,企图将主力产品转型成两项服务组合:

第一项是CMOS制造服务,代工产品涵盖处理器、类比芯片、微控制器与嵌入式记忆体,属于主流芯片制造的服务;另一项产品线是射频(Radio Frequency, RF)制程,提供无线通讯芯片的制造服务,主要产品为车联网芯片、 5G通讯以及Wi-FI、 LTE芯片。

旗下晶圆厂据点过于分散,避免过度投资以降低营运成本

目前格芯原先有十间晶圆厂,但可量产的仅剩八间,原先分别有五间8吋厂及五间12吋厂,地理地点分散于美国佛蒙特州、纽约州、新加坡(Fab 3E已出售)、德国以及中国大陆(已经停工)。

格芯各厂区太过分散,要互相整合资源或是援助都很困难,供应商也不可能每一间都就近服务,衍生的人力、交通与物料成本都太过昂贵,必须就近服务才符合效益。

这并不是格芯的决策错误所造成,而是因为格芯大部分的晶圆厂都是靠收购取得,举例来说, 2010年收购了新加坡特许半导体、 2014年收购IBM的晶圆厂(还获得15亿美金补偿)、但研发中心却位于德国,才使得各厂区分散在全球各地,更清楚的分布状况可以参考下图:

GF_Location

这次成都厂的停工裁员是很清楚的一个信号:格芯已经承受不住亏损,加上外部市场趋缓,必须采取了一连串的措施来改善营运体质,第一步就是减少企业开支、裁员并整顿厂区,很遗憾地,中国四川厂区成为第一个弃守的据点。

为何弃守中国? 缺乏半导体聚落与贸易风险是关键因素

由于半导体产业是一项资本、劳力以及技术都高度密集的产业,一间晶圆代工厂需要一个完整的供应链就近服务,才能顺利向客户提供量产服务。

举例来说,三星跟台积电,大部分的厂房都集中在单一地点的工业区,各厂房之间的距离也不会太远,为的就是要形成产业聚落,例如新竹科学园区、台南科学园区等等的工业区。

为什么半导体产业需要聚落?除了晶圆代工厂本身的厂商,上游的供应商也会跟着进驻该工业区,方便就近服务客户,并进行销售、服务以及维护,形成一整个产业聚落,降低彼此之间的沟通与合作成本。

四川成都现有的产业聚落还不完整,虽然中国积极引进,以合资的方式导入半导体供应链,但还需要数年的时间发展,周遭的产业链还尚未完整,进驻的厂商必须高度仰赖外援才有办法运作。

唯一例外的是台积电南京厂,当一家台积电宣布要前往中国南京设厂以就近服务中国客户,就有办法带着全部的供应商跟着过去,短时间内形成产业聚落,不久就能顺利量产─ ─ 格芯可没有这种程度的号召力。

除了供应链不到位之外,国际贸易风险因素也是重要的考量要点 。。。

格芯改采紧缩政策以降低成本的背景下、成都的厂房尚未开始量产、先进制程尚未导入、人员训练不完善、供应链不到位,同时国际贸易风险又高,位于中国成都的Fab 11厂自然优先被放弃。

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