始于2020年的缺芯潮在2021年会如何演变，很多媒体和机构都曾给出预测。比如，路透社在2020年12月17日的报道中指出，受到8英寸晶圆产能不足以及其他一些因素的影响，未来全球手机、电脑等电子消费类产品和汽车的出货量将不及预期。

8英寸晶圆的主要应用是电源管理、CIS、功率器件，以及RF开关，MCU和显示驱动器IC，当然还有MEMS传感器。

有机构曾作出分析，从供给面来看，近年8英寸晶圆的产能增长有限，然而CIS、电源管理芯片等需求量却与日俱增，2021年供需状况会进一步失衡。

汽车行业为什么会成为重灾区，就是因为汽车芯片对8寸晶圆的依赖性太强。根据相关统计数据，8寸晶圆需求占到了汽车半导体需求中的79%，12寸晶圆需求仅占比12%。

如果从汽车各类半导体器件的用量来看，根据 Gartner的数据，ASIC/ASSP是用量最大的部分，占比33%；其次是MCU和分立器件，分别占比17%和15%；光电子、传感器、模拟芯片分别占比10%、10%和7%；逻辑芯片和存储芯片占比最小，分别为5%和2%。这其中的绝大部分产品都来自8寸线。

热门产品电源管理芯片也大部分出自8寸晶圆。进入5G时代，随着快充、无线充电功能的加入，手机的电源管理芯片数量也从平均4-5颗增加到了7-8颗。如果按照2023年全球5G手机出货量10亿部来计算，全球范围仅5G手机对8寸晶圆的需求就在1500万片以上。

在CIS方面，低像素(2M/5M 及以下)CIS芯片主要在8寸晶圆上生产。根据 Frost&Sullivan 的预测，200 万及以下像素手机 CIS 芯片出货量预计将从2020年的16.4亿颗增长至2021 年的17.6亿颗，并在之后3年中整体维持年均17.5亿颗左右的旺盛需求。

SEMI近日就指出，目前晶圆代工几乎所有制程都逼近满载，预估今、明年8寸产能吃紧情况，可能都不会缓解。

根据集邦科技统计，全球共有8寸晶圆厂40座，33座在亚洲。台湾地区以15座夺冠，其次为中国大陆的7座。就台湾地区来看，则以联电数量最多，旗下有7座8寸厂，8寸厂的产能每个月约有30万片，仅低于台积电的50万片，高于第3名世界先进的24万片。中芯国际的8寸产能排名第四。目前，所有8寸晶圆厂的产能都已经接近满载。

而且，8寸晶圆的生命力非常顽强，目前仅不足1/3模拟和混合信号半导体元器件将从8寸晶圆向12寸晶圆转移，且进程缓慢，多以消费和无线通信为代表，而工业和汽车领域的应用则依然坚守8寸。

虽然有疫情、中美贸易战等原因，8寸晶圆短缺的种子其实早已种下

图 主要8寸晶圆代工厂产能利用率（截止2020Q3，源自东方证券）

有业内人士指出，相比于12寸晶圆，8寸晶圆更容易受到季节性短缺或微小波折，当12英寸市场需要更多产能时，只需平衡新增产能和需求的关系，这在8英寸晶圆上是做不到的。加之8寸新产能增速不如12寸，供需平衡很难在短期改善。

为何8英寸市场如此紧俏？

虽然有疫情、中美贸易战等原因，8寸晶圆短缺的种子其实早已种下。

2008年开始，随着更多厂商投身到了12英寸晶圆厂产能之中，导致全球8英寸晶圆厂数目及产能快速收缩。数据统计，从2008到2016年，至少超过30座8寸晶圆厂关闭，同时有超过10座厂从8寸转换为12寸，2015——2017年全球8英寸晶圆厂产能增长速度仅约7%。

另外，在2010——2016年间，约超过20座6寸晶圆厂关闭，如分立器件、功率器件、MEMS、模拟芯片等产品需求切换至8寸晶圆，额外的加重了8寸产能的负担。

但是，在2015年却开始了8寸晶圆的需求大爆发。当年，随着物联网进入成熟的发展阶段，人工智能装置的数量飙升，从而带动了指纹识别产品、电源芯片、智能设备MCU等的需求。这些芯片可以在较旧的8寸晶圆厂中生产，但因为没有对8寸晶圆厂的持续投资，芯片制造商的产能已经不能满足需求。于是，从2016年到2018年，8英寸晶圆厂产能已售罄。

设备厂商对这种现象最为敏感。KLA旗下公司SPTS Technologies的执行副总裁兼总经理David Butler曾表示：“在我们自己的统计数据中，较小晶圆市场的强劲表现非常明显。从2010年到2015年，8寸或更小尺寸产品的销售额占比有所下降，与12英寸产品占比接近对半开。然而过去5年发生了逆转，8寸及更小尺寸设备的销售占比再次回到2010年的水平。”

这波反弹一直延续到2020年上半年，让晶圆厂的8英寸线满负荷运转。例如，联电在2020年第一季度的8英寸晶圆厂利用率就维持在90％的水平。

联电业务发展副总裁Walter Ng指出，8英寸产能的需求曾经是周期性的，但在过去几年里发生了变化，8英寸的需求一直处于高位。8英寸上生产的许多芯片都是生命周期很长的产品，也将在很长时间内继续使用成熟制程。同时还有许多新产品被开发出来，也希望能利用8英寸节点的技术和成本优势。这将催生8寸晶圆的新范式，在可预见的未来，供不应求的状态将持续存在。

扩产艰难

近日，世界先进开启了扩产计划，通过购入的友达L3B厂来实现每月约4万片的8英寸晶圆产能，以因应客户不断增加的中长期产能需求。

中芯国际联合CEO赵海军也在2020年第四季度电话财报会议上透露，公司在2021年将扩充4.5万片的8英寸月产能，另外12英寸也将扩充1万片/月。

在汹涌的产能缺口面前，这些扩产计划都有些杯水车薪的意味。

近年来，除了台积电宣布在南科六厂旁新建一座8英寸厂，全球几乎不再有新的8寸纯晶圆代工厂出现。

原因也很简单，买不到设备。

由于设备大厂早已停止生产8英寸设备，市场上8英寸设备一机难求。因此，一种选择是直接通过Fab设备供应商或OEM，其中许多都设有销售新的和翻新工具的部门。OEM在开发具有最新功能的8英寸设备，但价格不菲。另一个选择就是二手设备。

目前 8 寸设备主要来自二手市场，多来来自从8英寸向12英寸升级的内存厂商，如三星和海力士，目前旧设备市场资源逐渐枯竭，因此2014年后8寸晶圆设备较为紧缺，其中蚀刻机、光刻机、测量设备最难获得。

韩国最二手芯片设备经销商Surplus Global Inc.的首席执行官Bruce Kim说：“二手设备需求旺盛，但我们的所拥有的设备不足以应付需求。”

据他介绍，二手设备价格在过去6个月中上涨了多达20％，而翻新工具的库存从十年前的7000到8000下降到了1000。

一家大型芯片制造设备租赁公司的消息人士透漏，“二手机器价格每年都在涨，过去这一年，价格平均涨20%，关键的光刻机等设备，价格涨到原本的300%。”

此外，8寸设备的工艺分界线原来在90nm，现阶段已经上移至65nm等，导致8寸生产线的投资金额大幅上升。

况且近期新增产能成本已和本世纪初相差不大，但是8寸晶圆价格相比本世纪初却有大幅的下降，且建设的8寸晶圆厂预期使用年限更短，成本收益权衡下难有厂商继续通过新建和扩建的方式大幅增加产能。未来产能仅有可能通过技改和新增设备的方式，但受限于有限的 洁净室空间，潜在增量有限。

设备行业人士就指出，国际半导体设备厂多已停止或减少8英寸厂设备生产，二手设备也无法真正凑齐完整的8英寸晶圆生产线，因此要扩充产能只能靠着提高晶圆厂生产效率。

据此判断，今年半导体市场上真正可量产的8寸晶圆厂产能增幅将十分有限。但是，来自半导体行业下游的需求却有增无减，产能缺口恐还有扩大之势。

向12英寸晶圆过渡

2008到2016年期间，总共有15座晶圆厂从8英寸转型为12英寸的。与8英寸晶圆相比，12英寸的体现出了明显优势。

两种尺寸的晶圆表面积的大小不同，以相同的良率标准做假设，一片12英寸晶圆可以生产约200多颗IC，是8英寸的两倍，在生产成本不需大幅提高的情况下，比较符合成本效益。但也因为一片12英寸晶圆产出的IC数量比较多，对应到终端需求，要有足够的量支撑，这也是很多厂商会停留在8英寸的原因，特别是中小规模IC设计厂商，需要的芯片数量有限，12英寸晶圆不经济。

按芯片类型划分，电源管理IC、驱动IC、指纹辨识IC、CMOS图像传感器（CIS）、MOSFET、功率器件等主要采用8英寸晶圆，而12英寸生产的多为90nm制程以下，需要高效能、高速运算的芯片，如CPU、GPU、手机AP及网通芯片。

早些年，大部分6英寸硅晶圆生产线都已经转向了8英寸的，然而，受制于成本和性能等因素，8英寸线转向12英寸产线较为困难，主要体现在：12英寸晶圆厂进入门槛高，参与厂家数量较少，根据中芯国际新建上海12英寸晶圆厂投资金额数量可知，12英寸厂对代工企业厂房洁净室清洁度及设备的精密度要求很高，初期投资及后续研发投入巨大，要达到百亿美元级别才能具备市场竞争力。因此，尽管12英寸晶圆市场高速增长，但直接参与竞争的企业数量依然是少数。

另外，代表先进制程的12英寸晶圆厂生产的产品主要是精密制程的芯片，留给65nm及以上制程的空间并不多，12英寸厂的投资金额巨大也导致代工费用高昂，而这是对价格敏感的成熟制程产品所不希望看到的。同时，制程尺寸的微缩，会导致漏电的增加，因此，电池供电类应用通常会选择8英寸产线，另外，MEMS传感器、LED等产品，采用8英寸晶圆更具优势。

也正是因为如此，8英寸晶圆厂具有相当长的生命周期。特别是由于市场对PMIC、显示驱动IC，CIS，MCU，MEMS和其它特征尺寸>90nm制程工艺技术的器件的强劲需求，晶圆代工厂从中受益颇多。这些器件是许多物联网应用的关键组件，物联网为8英寸晶圆厂注入了新的活力。

不过，近些年，随着市场对存储和逻辑芯片需求的增加，特别是14nm及更先进制程的普及，市场对12英寸晶圆的需求日益迫切，这方面的成本效率越发突出。因此，8英寸向12英寸晶圆转型的速度开始加快。

来自IC Insights的统计和预测显示，2018-2021年间，全球范围内可量产的12英寸晶圆厂每年都会增加，到2021年，将达到123家，而这一数字在2016年为98家，基本上所有新建设的晶圆厂都将用来生产目前急缺的DRAM、闪存，或者增强现有的代工能力。截至2016年底，12英寸晶圆贡献了全球IC晶圆厂产能的63.6%，预计到2021年底这一数字将达到71.2%。

不只是在存储和逻辑芯片方面，模拟和模数混合芯片厂商也越来越多地向12英寸产线转移，典型代表就是德州仪器（TI）和ADI。

近些年，TI一直在稳步提升其12英寸晶圆模拟芯片的产量，以削减成本并提高生产效率。TI表示，12英寸晶圆厂的产量比竞争对手使用的8英寸工艺生产的芯片便宜40％。此外，对于模拟用途，12英寸晶圆厂的投资回报率可能更高，因为它可以使用20到30年。

不过，鉴于当下8英寸晶圆产能的短缺，8英寸向12英寸转移的脚步可能再次放缓。

结语

总体来看，8英寸晶圆代工供需不平衡的状况短期内难以缓解，产能吃紧的状况将延续到2022年。不过，仍有一些变数需要关注，包括终端需求、重复下单(overbooking)与国际政经局势变化等。因此，虽然8英寸晶圆向12英寸转换的大方向逐渐明朗，但前进的脚步和节奏将受到多种因素的制约和影响，恐怕会缓慢前行。

文章来源： 半导体投资联盟， 半导体行业观察