本文來自格隆匯專欄：半導體行業觀察

由於全球晶圓代工產能供給吃緊，業界陸續出現將原本用8英寸晶圓生產的芯片，通過更改制程設計，升級到12英寸晶圓廠生產，以緩解產能吃緊壓力。

本週，8英寸晶圓代工大廠世界先進董事長暨總經理方略表示，目前8英寸晶圓設備愈來愈難取得，若想持續擴充產能，就要考慮向12英寸晶圓廠轉換。

8英寸晶圓代工產能自2018年開始吃緊，至今仍未看到緩解跡象，甚至越來越嚴峻，世界先進、聯電已相繼證實漲價消息，並表示訂單將滿到2022年。過去，8英寸晶圓代工被視爲落後、老舊的產線，現在卻能讓客戶不惜捧着現金加價，也要搶到8 英寸產能。

今年早些時候，業界傳出，有一批0.13微米的8英寸晶圓產能競標，最終以每片1000美元中標，遠超乎市場行情。臺積電8英寸晶圓產能報價大約600~800美元，世界先進約爲400~600美元。這波缺貨主要是以車用半導體、MCU、電源管理IC、面板驅動IC爲主。

爲何8英寸市場如此緊俏？

全球8英寸晶圓廠數量在2007年達到高峯，之後許多廠房陸續關閉或轉型成12英寸廠。據集邦科技（TrendForce）統計，以目前全球前十大晶圓代工廠來看，8英寸晶圓廠共有40座，有33座在亞洲，其中，中國臺灣15座，中國大陸7座，就廠商來看，聯電數量最多，在兩岸佈局了8座8英寸晶圓廠。

2018年的8英寸晶圓漲價潮，有一大部分原因在於IDM廠擴大分立器件訂單，以及應對硅片漲價。而2020年以來的這波漲價，主要是由“宅經濟”、5G，以及貿易戰下廠商積極備料引發的。

例如，5G手機所需要的半導體含量較4G高出許多，部分芯片用量更是倍增，例如電源管理IC在4G時代只需要1-2顆，而5G用量增至3~4顆；此外，多鏡頭潮流、指紋辨識傳感器被大量導入手機，激發出更多需求，而這些芯片主要採用8英寸晶圓生產。

另外，大部分模擬、分立器件市場由IDM大廠把持，如英飛凌、德州儀器（TI）等，但因產能有限，這些IDM通常會將訂單外包給晶圓代工廠代工，同時，在從6英寸轉向8英寸過程中，部分IDM的主要產能專注於12英寸線，沒有額外增添8英寸線，這樣就不得不將8英寸產品外包。因此，大部分IDM擴產幅度比需求增長幅度低，外包的比例會越來越高，這樣就加劇了晶圓代工廠訂單供不應求的局面。

儘管許多芯片仍需要採用8英寸晶圓生產，以達到最適的成本效益，但是，12英寸仍是現今主流的晶圓尺寸，目前，不少設備商皆已停止生產8英寸晶圓加工設備，這也是8英寸廠難以擴充產能的原因之一。

近些年，越來越多的廠商表態不會自建新的8英寸廠，主要原因在於投資一座8英寸廠約需要10億美金，而其他競爭對手的8英寸廠多已折舊完畢，現在蓋新廠並不具成本優勢，多通過併購、購買二手設備、提高生產效率等方式擴產。

二手設備也是一大難題，近幾年，全球二手8英寸晶圓設備需求旺盛，開價也很高，不過，因爲8英寸設備多已老舊，符合採購條件的數量較少。對晶圓代工廠來說，合適的二手設備可遇不可求，因此更常見的作法是在現有設備上增添新應用技術，以優化製程，或通過生產管理來提升效率與產能。

併購方面，除臺積電已明確指出不會買8英寸廠外，聯電、世界皆表態會努力尋廠、伺機併購。以世界先進爲例，近些年，該公司陸續買下兩座8英寸晶圓廠，分別是2014年入手南亞科在桃園的8英寸晶圓廠，2020年初又以2.36億美元併購格芯位於新加坡的3E 8英寸廠。

向12英寸晶圓過渡

2008到2016年期間，總共有15座晶圓廠從8英寸轉型爲12英寸的。與8英寸晶圓相比，12英寸的體現出了明顯優勢。

兩種尺寸的晶圓表面積的大小不同，以相同的良率標準做假設，一片12英寸晶圓可以生產約200多顆IC，是8英寸的兩倍，在生產成本不需大幅提高的情況下，比較符合成本效益。但也因爲一片12英寸晶圓產出的IC數量比較多，對應到終端需求，要有足夠的量支撐，這也是很多廠商會停留在8英寸的原因，特別是中小規模IC設計廠商，需要的芯片數量有限，12英寸晶圓不經濟。

按芯片類型劃分，電源管理IC、驅動IC、指紋辨識IC、CMOS圖像傳感器（CIS）、MOSFET、功率器件等主要採用8英寸晶圓，而12英寸生產的多爲90nm製程以下，需要高效能、高速運算的芯片，如CPU、GPU、手機AP及網通芯片。

早些年，大部分6英寸硅晶圓生產線都已經轉向了8英寸的，然而，受制於成本和性能等因素，8英寸線轉向12英寸產線較爲困難，主要體現在：12英寸晶圓廠進入門檻高，參與廠家數量較少，根據中芯國際新建上海12英寸晶圓廠投資金額數量可知，12英寸廠對代工企業廠房潔淨室清潔度及設備的精密度要求很高，初期投資及後續研發投入巨大，要達到百億美元級別才能具備市場競爭力。因此，儘管12英寸晶圓市場高速增長，但直接參與競爭的企業數量依然是少數。

另外，代表先進製程的12英寸晶圓廠生產的產品主要是精密製程的芯片，留給65nm及以上製程的空間並不多，12英寸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製程產品所不希望看到的。同時，製程尺寸的微縮，會導致漏電的增加，因此，電池供電類應用通常會選擇8英寸產線，另外，MEMS傳感器、LED等產品，採用8英寸晶圓更具優勢。

也正是因爲如此，8英寸晶圓廠具有相當長的生命週期。特別是由於市場對PMIC、顯示驅動IC，CIS，MCU，MEMS和其它特徵尺寸>90nm製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，物聯網爲8英寸晶圓廠注入了新的活力。

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

來自IC Insights的統計和預測顯示，2018-2021年間，全球範圍內可量產的12英寸晶圓廠每年都會增加，到2021年，將達到123家，而這一數字在2016年爲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英寸晶圓貢獻了全球IC晶圓廠產能的63.6%，預計到2021年底這一數字將達到71.2%。

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英寸產線轉移，典型代表就是德州儀器（TI）和ADI。

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

不過，鑑於當下8英寸晶圓產能的短缺，8英寸向12英寸轉移的腳步可能再次放緩。

結語

總體來看，8英寸晶圓代工供需不平衡的狀況短期內難以緩解，產能吃緊的狀況將延續到2022年。不過，仍有一些變數需要關注，包括終端需求、重複下單(overbooking)與國際政經局勢變化等。因此，雖然8英寸晶圓向12英寸轉換的大方向逐漸明朗，但前進的腳步和節奏將受到多種因素的制約和影響，恐怕會緩慢前行。