本文來自格隆匯專欄：半導體行業觀察，作者：龔佳佳

2019年，在冬奧會、冬殘奧會的加持下，人們對於2022年充滿了無限期盼，那時候的人們應該不會想到，美好的2022年會變成恐慌的“20餓餓年”。顯然，當前的我們處在了一個瞬息萬變的時代，除了不斷反覆的疫情，貿易衝突、全球變暖、數字化轉型以及戰爭的陰影，都讓未來充斥着巨大的不確定性。

2024年會變成怎麼樣，我們無法預測，但是不管人類社會的未來如何“神祕莫測”，科技卻依舊在按部就班的發展。2024年，在這個摩爾定律被提出的第59年，全球芯片產業又將呈現怎樣的局面？即將邁入“花甲之年”的摩爾定律能否“枯木逢春”？全球是否依舊在“芯荒”？

納米的終結，埃米的開始？

對於芯片產業來説，最受關注的當屬未來先進製程應該如何發展，是向着埃米時代邁進，還是會有一匹黑馬半路殺出，如同光刻機的“濕刻法”一樣，扭轉關鍵局面。當然是否會有黑馬殺出，筆者沒有預知能力，故而無法吿知，不過可以説一説2024年芯片產業以及行業巨頭們在先進製程領域可能的進展。

先説芯片產業整體的情況，到了2024年，全球半導體產業或許正在為進入埃米時代馬不停蹄得研發相關材料、設備。從比利時微電子研究中心（IMEC）去年公佈的未來十年技術藍圖可以看到，他們預測2025年後，晶體管微縮化進入埃米尺度，2025年A14、2027年為A10、2029年為A7（注意，這裏的A代表的是Ångstrom，1納米等於10埃米）。

換句話説，2025年後先進製程將進入埃米時代，那麼2024年或許就會成為芯片工藝製程史上至關重要的轉折年，在那一年，納米時代也許即將邁入終結，而那時候的巨頭們是否早已“萬事俱備，只欠東風”？

ASML

無論先進製程如何發展，光刻機總是至關重要的關鍵一環。埃米時代的到來意味着光刻機也要升級下一代的高NA（數值孔徑）標準，現在的0.33NA已無法滿足，0.55NA才是3nm之後的工藝必備的條件。

從目前的消息來看，2024年ASML兩款0.55NA光刻機都有望實現交付。根據ASML的路線圖，用於工藝研發的TWINSCAN EXE:5000在今年下半年就可以出貨，每小時可生產185片晶圓。而用於量產的第二代High－NA光刻機TWINSCAN EXE：5200則會在2024年底出貨，每小時可生產超過220片晶圓。

圖片來源：ASML

與前最先進的0.33NA平台相比，下一代EUV 0.55 NA平台具有更高數值孔徑的新型光學設計，允許將芯片縮小1.7倍，分辨率從13nm升級到8nm，可以更快更好地曝光更復雜的集成電路圖案，同時密度增加2.9倍，全面支持3nm以下乃至埃米級工藝節點。

英特爾

筆者這裏先聊英特爾，一方面，上述提到的ASML最新款光刻機，英特爾是新一代NA 0.55首台光刻機的用户；另一方面，去年7月，英特爾在公佈了最新的製程工藝和封裝技術路線圖的同時，明確表示，計劃於2024年發佈“20A”工藝，正式進入埃米時代。

當時消息顯示，英特爾計劃，於2024年上半年發佈採用RibbonFET全新晶體架構的英特爾20A，2025年則會量產採用PowerVia技術的18A工藝。不過，近期英特爾提前了第二代“埃”節點的時間，預計2024年下半年就可以開始製造英特爾18A節點。

據英特爾稱，18A開發進展順利，研發業務現在處於或領先於所有開發里程碑，有信心在2024年底而不是2025 年開始製造基於工藝節點的產品按照最初的計劃。

這意味着，在2024年一年時間中，英特爾將發佈Intel 20A和Intel 18A兩款先進工藝。此外，英特爾還表示，2024年的Intel 3工藝節點將正式超越台積電，成為晶圓代工技術最好的公司。

可以説，英特爾在先進製程方面雄心勃勃，2024年或許也將成為其重回半導體龍頭寶座的關鍵一年。

台積電

在先進半導體工藝上，台積電目前是無可爭議的老大，雖然此前傳出其在3nm工藝良率方面存在困難，但是從最新消息來看，台積電決定如期在2022年推動3納米芯片量產。

3nm成功量產後，目光自然將聚焦在2nm上。在2020年的時候，媒體大多報道台積電2nm預計2023中下旬試產，2024年就能步入量產階段。但隨着時間的推移，2nm的量產時間也開始變得“飄忽不定”，台積電首席執行官魏哲家在去年10月回答有關台積電2nm工藝的問題時曾表示，他仍然有信心該公司的2nm製程將於2025年進入量產。

圖片來源：經濟日報

總的來説，無論台積電的2nm是2024年還是2025年量產，可以肯定的是，在2024年的時候離量產應該只差“臨門一腳”了。

三星

三星是目前唯一一家可以和台積電在先進工藝上一教高下的企業。根據三星此前的計劃，3nm工藝分為兩個版本，其中3GAE（低功耗版）將在2022年年初投入量產，3GAP（高性能版）則會在2023年年初批量生產。而2nm工藝，三星高管曾表示會在2025年量產。

不過從近期的消息來看，三星3nm製程的進展並不順利，前有相關專利缺乏，後有製造技術泄密。外媒semianalysis在去年6月表示，儘管三星圍繞3nm節點進行了大量營銷和炒作，但它看起來越來越嚴峻，因為對於商業代工合作伙伴來説，3nm節點現在看起來像是推遲到2024年。

從目前來看，2024年，三星是迎來3nm的量產，還是2nm的試產還是未知數。

晶圓廠“遍地開花”

近兩年芯片短缺之苦，想必已無需多言，相機離譜般的漲價，筆記本漫長的交期，新能源汽車的減產等都與缺芯息息相關。為了儘快走出產能不足窘境，全球半導體產業都卯足了勁，紛紛加入擴產行業。

根據Ajit Manocha的統計，在2020年到2024年間，總計將有25座8英寸與60座12英寸晶圓廠建成，投入晶圓製造。換句話説，到了2024年，全球將新增85座新建晶圓廠。筆者在此統計了將在2022年-2024年期間投片、量產的晶圓代工廠。

2022年-2024年間投片、量產的晶圓廠/產線

粗略統計，2022年-2024年期間將有12座晶圓廠，1條台積電南京新產線投片、量產。從工藝製程方面來看，成熟製程的晶圓廠最多，有8座，其中又屬28nm製程的晶圓廠數量最多；5nm及以下的晶圓廠有5座。

從地區上來看，亞洲地區以成熟工藝為主，主要集中在中國大陸和中國台灣，此外台積電在日本也有一座新建晶圓廠。台積電熊本晶圓廠涉及的工藝製程較多，從剛開始宣佈的22/28nm，到後續增加了12/16nm FinFET工藝技術。而先進工藝則集中在美國，除了台積電Fab 20晶圓廠在中國台灣竹科寶山外，其餘4座都位於美國。

美國這幾年對芯片製造產業的心思屬於“司馬昭之心，路人皆知”。為了緩解半導體制造焦慮，美國正式通過了520億美元的芯片法案，並積極邀請企業在美建廠，除了表格中提到的外，格芯在去年7月宣佈將投資10億美元在美國紐約州馬耳他市附近建造第二家工廠。德州儀器也曾宣佈計劃於2022年在美國德克薩斯州北部謝爾曼開始建造新的12英寸半導體晶圓製造廠，並有可能建設多達四個晶圓製造廠。

從企業來看，台積電的數量最多，有4座新建晶圓廠以及南京的新建產線，其中Fab20工廠將分為4期廠房逐步動工，前2期廠房預估會在2023年下半年完工並展開裝機作業，2024年下半年可望進入量產階段，2nm工藝4期廠房全部完工量產要到2025～2026年，總月產能將逾10萬片規模；

中芯國際其次，有3座新建的晶圓廠，都為成熟製程，雖然上海晶圓廠未公佈投片時間，但是從開工時間來看（2022年初上海臨港項目已破土動工），在2024年之前投片概率很大，所以筆者將其列入其中；

英特爾則有2座，其在德國馬德堡新建的兩個新工廠預計2023年上半年開工，2027年量產，所以筆者並未統計進去；三星、聯電、力積電各一座，其中三星在美國的工廠雖然是5nm製程，但此前也有消息傳出，三星規劃要在2026年將3nm GAA製程引入美國廠，打造全美國最先進的晶圓廠，雖然是否會引入3nm製程還未確定，但有英特爾兩座2nm工廠在，“打造全美國最先進的晶圓廠”這個願望應該是無法實現了。

供不應求or供過於求？

從2020年“缺芯風波”來襲，業界對於芯荒何時能解就做出了很多的猜想，在去年年底，筆者曾在《缺芯何時緩解？產業鏈是這樣看的》一文中，整理了產業鏈上企業對於缺芯的看法，從這篇文章可以看出，當時大部分企業認為芯片危機持續到2022年。但到了2022年，反覆的疫情、俄烏戰爭的陰影、地震、晶圓廠污染等各種意料之外的天災人禍，以及不斷拉長的交付週期，讓這場芯片危機看起來“遙遙無期”。

那麼，到了2024年，全球的芯片產業又將呈現怎麼樣的局面？是持續供不應求，還是在晶圓廠陸續擴建後，開始供過於求？芯片價格又會不會在此影響下開始大幅降價？

其實從去年巨頭們瘋狂砸錢擴建開始，人們對產能過剩的擔憂就未曾停止過。而近期綠到發光的半導體股票以及接連不斷地上市當日就破發的半導體新股，更是讓人不禁懷疑，芯片產業是否即將入冬。

ICinsights預測，半導體世界持續強勁的銷售增長可能會在2024年碰壁。2024年將是市場的下一個週期性低迷期，2025-2026年將恢復增長。此外，其還表示，半導體領域已經出現裂痕，隨着新工廠的上線，28nm製造節點明年可能面臨供過於求的局面。

從上文的圖表中也可以看出，廠商們在成熟製程方面資本支出較大，擴產較多，以台積電為例，台積電在成熟製程領域的資本支出高達20%或約90億美元。隨着亞洲產量增加，芯片短缺將在2022年略有緩解，成熟製程的芯片供應將大幅增加，但高端芯片將依舊短缺。

大眾汽車CFO Arno Antlitz 近日在接受德國日報Boersen-Zeitung採訪時表示，半導體芯片供應雖然瓶頸可能會在今年年底開始緩解，明年產量將恢復到2019年的水平，但這不足以滿足對芯片的日益增長的需求，結構性供應不足可能要到2024年才會自行解決。

由此可見，從目前的趨勢來看，到2024年，大部分芯片供應應該已恢復正常，但是先進製程領域的芯片或許仍然供不應求。至於會不會引起芯片價格大幅下降，第三方調研機構Knometa Research最新發布的《2022年全球晶圓產能報吿》則預測，儘管近期半導體晶圓工廠在大幅提升產能，並可能在2024年導致一部分半導體產品降價，但不會導致整個市場的大幅降價產生。

圖片來源：Knometa Research

寫在最後

未來的世界仍然存在許多不確定性，這是我們當下唯一可以確定的。誰也無法保證，2024年是芯片產業的“春天”還是“冬天”，面對越來越多的黑天鵝事件，唯有擁抱長期主義，以不變應萬變，才是這個多變時代的生存指南。

而對於中國大陸來説，或許如何保持強勁的發展勢頭才是關鍵。SIA曾分析，如果中國大陸在未來三年保持30% 的複合年增長率，並假設其他國家/地區的產業增長率保持不變，到2024年，中國大陸半導體產業的年收入可能達1160億美元，超過17.4%的全球市場份額，僅次於美國和韓國。但顯然，在美國不斷加大的芯片制裁力度下，中國大陸半導體企業身上的擔子也將愈發沉重。