業內周知，晶圓製造作為半導體產業鏈的重要環節，是連接上游設計和下游應用的橋樑。目前，半導體行業晶圓製造的模式主要有兩種，一是IDM模式，集IC設計、製造與封測為一體，通過產業鏈工藝的協同優化，有利於充分發掘技術潛力並且能夠實現利潤最大化；二是Fabless+Foundry模式，專注設計無工廠+晶圓代工。該模式下設計與製造各司其責，有利於降低Fabless設計公司的准入門檻，是目前市場的主流模式。
晶圓代工領域競爭格局穩定，8英寸和12英寸是當下主流尺寸
近年來，由於受益於汽車電子、工業控制、AIOT等高增長應用市場對半導體的強勁需求，晶圓製造市場增長強勁。根據IC Insights的資料，2021年晶圓製造市場總銷售額同比增長26%，首次突破1000億美元大關達到1101億美元，並將繼續以年均11.6%的速度持續增長，直至2025年預計總銷售額將達到1706億美元。
資料來源：IC Insights，芯八哥整理
從競爭格局來看，晶圓代工行業格局相對穩定，2021年前十大廠商和2020年相比基本上沒有變化。目前，全球前十大專屬代工廠商主要有台積電、聯電、格芯、中芯國際、華虹集團、力積電、Tower、世界先進、東部高科、穩懋。其中台積電一家獨大，市占率超過60%，連續多年穩居晶圓代工行業第一的寶座。
全球前十大代工廠商晶圓產能情況一覽
資料來源：芯八哥整理
按地域來劃分，前十大專屬晶圓代工公司主要分佈在中國臺灣和中國大陸為主。其中，中國臺灣有台積電、聯電、力積電、世界先進、穩懋五家代工企業，整體市占率為75%；中國大陸有中芯國際和華虹集團兩家廠商，分別佔據了第四和第五的位置，2021年整體市占率為9.51%；美國有格芯一家代工廠，市占率為7.43%；其他以色列的高塔和韓國的東部高科市占率都在2%以下。
營收方面，受益於晶圓代工平均銷售價格上漲11.5％，以及單位出貨量增長18％，2021年全球主要晶圓代工廠商營收大幅增長，其中華虹集團、力積電、世界先進同比增長更是在30%以上。
產能方面，據不完全統計，這十家代工廠商在全球約擁有60座左右晶圓廠。其中台積電在產能方面屬於獨一檔，2021年台積電晶圓出貨量達1420萬片12英寸晶圓約當量，和2020年相比增長14.52%。此外，中芯國際2021年晶圓出貨量為300萬片12英寸晶圓約當量，在國內晶圓廠中產能最大。
晶圓尺寸方面，根據SEMI的資料顯示，自2011年起，在全球不同尺寸晶圓中，12英寸晶圓總出貨量市占率超過50%，且自2014年起穩定在60%以上，而8英寸晶圓僅占總市場規模的25%。值得一提是，隨著4英寸晶圓廠慢慢被淘汰，6英寸晶圓以下的晶圓市占率不斷縮小，目前約占15%左右的份額。
資料來源：SEMI
隨著晶圓代工技術的不斷更新反覆運算，目前8英寸和12英寸晶圓已成為晶圓代工廠的主流配置。其中，8英寸主要用於成熟制程及特種制程。隨著存儲計算、邊緣計算、物聯網等新應用的興起帶動了NOR Flash、指紋識別晶片、電源晶片等產品對8英寸晶圓的需求。此外，近年來新能源汽車的產銷兩旺帶動了MOSFET、IGBT等8英寸功率器件的需求。在下游眾多領域需求的驅動下，8英寸晶圓代工產能目前處於供不應求的狀態。
值得注意的是，在8英寸產能趨緊的情況下，已有部分客戶開始將產品從8英寸轉向12英寸生產。行業人士指出，12 英寸的晶圓直徑為300mm，其面積是8英寸晶圓的2.25倍，晶圓尺寸的擴大使每片晶圓可切割的晶片數量上升。隨著晶圓尺寸的升級以及良率的上升，單位面積晶片的成本將顯著降低，晶圓廠追逐12 英寸大尺寸產線的建設升級是大勢所趨。
下游應用方面，目前晶圓代工下游的主要應用領域為消費電子、工業控制、汽車電子、物聯網等領域。按照晶片種類來劃分的話，邏輯晶片是第一大應用市場，占比超過70%，其次是類比晶片，占比接近10%，第三是分離器件，占比約5%左右。
資料來源：HIS Markit
具體來看，目前8英寸晶圓尺寸主要工藝制程在0.13-90nm，主要應用於指紋識別、MCU、電源管理、顯示驅動、MOSFET、IGBT等領域；12英寸成熟制程主要應用在DSP處理器、射頻、藍牙、GPS導航等領域；12英寸先進制程以20nm為節點，20nm以下主要應用於手機處理器和高性能電腦等對計算要求較高的領域為主，而20nm-32nm則主要應用於FPGA、ASIC、存儲等領域。
不同晶圓尺寸不同工藝制程的下游應用領域
資料來源：芯八哥整理
產能供不應求，漲價與擴產貫穿疫情以來晶圓代工行業始終
2020年的疫情對全球經濟影響十分深遠。疫情造成停工停產讓供應鏈受阻，使得半導體產業鏈供需出現嚴重失衡的情況。為了搶產能，下游客戶漲價搶購已波及到上游的晶圓製造，這導致晶圓廠產能持續緊張，只能漲價應對。另一方面，缺芯和供應鏈安全需求引發了一場創紀錄的晶圓廠投資熱潮，並推動各國政府提供財政激勵以促進晶圓製造當地語系化。縱觀疫情來的晶圓代工領域，“漲價”、“擴產”兩個關鍵字貫穿始終。
資料來源：芯八哥整理
漲價情況方面，2022年初，台積電計畫將部分8英寸和12英寸制程價格上調10%-20%，且12英寸制程漲幅高於8英寸。在這輪調價之後不久，台積電接著繼續發佈第二次漲價計畫，宣佈從2023年1月起全面調漲先進與成熟工藝的代工價格，按客戶、產品與訂單規模不同，漲幅約5%-9%。除了漲價外，台積電已通知客戶，從明年1月起，賬期將由30天縮短為15天。聯電方面，針對營收占比達三成以上的三大客戶，漲幅約為8%至12%，2022年1月起生效。目前，聯電主要客戶以AMD、高通、德州儀器、英偉達等大廠為主；IDM大廠三星方面，在台積電宣佈漲價後不久，三星就緊接著宣佈漲價，計畫將代工價格提高15%-20%,具體漲幅取決於客戶訂單量、晶片種類和合同期限決定。此外，中芯國際聯席CEO趙海軍在2022年Q1季度業績說明會上表示，由於各種原材料都在漲價，中芯國際也在與客戶協商調價。
為了徹底解決缺芯問題，除了漲價之外，各大晶圓廠擴產的動作也自2021年以來始終不曾斷過。根據市場研究機構Gartner的資料，全球晶片製造商今年的資本支出預計合計將達到1460億美元，比疫情暴發前的水準高出約50%，是五年前水準的兩倍。其中，作為全球晶圓代工龍頭，台積電今年的資本支出預估將達400至440億美元，和去年相比大增33%-46.5%。
此外，根據SEMI的資料統計，全球半導體製造商在2021年和2022年將新建29座工廠，以滿足市場對晶片的日益增長的需求。從區域分佈看，中國大陸和臺灣地區將在新的廠房建設中領先，分別為8座；其次是美洲6座；歐洲/中東3座；日本和韓國各2座。這些新建工廠中，300mm(12英寸)廠佔據主力，其中2021年新建15座，2022年新建7座。其餘7個工廠包括100mm(4英寸)，150mm(6英寸)和200mm(8英寸)。這29家工廠全部建成投產後，每月可生產多達260萬片晶圓(等效8英寸)。
全球主要晶圓廠產能擴充情況
資料來源：芯八哥整理
從上表可以看出，晶圓代工龍頭台積電先後啟動了在美國亞利桑那州、中國南京、中國臺灣高雄等地的建廠和擴產計畫。今年的資本支出預計超過400億美元，三年內支出更是高達1000億美元。其中，南京工廠方面，台積電表示將投資28.87億美元擴增28nm產能，在2023年實現28nm晶片月產能4萬片；此外，台積電還計畫在日本九州熊本市興建12英寸晶圓廠，聚焦22納米及28納米制程，產能約達到4.5萬片，初期預估資本支出約70億美元；同時台積電還宣佈將於高雄設立生產7納米及28 納米制程的晶圓廠，預計於2022年開始動工，並於2024年開始量產。
作為中國大陸晶圓代工龍頭，中芯國際2022年資本開支為50億美元。產能擴充方面，中芯國際去年10月宣佈在北京、深圳、上海等地啟動擴產，預計斥資總額超過110億美元，新產能將於2023年陸續開出。其中上海臨港自貿區規劃興建12英寸28納米制程晶圓廠，計畫投資金額為88.7億美元，最高月產能將達到10萬片。此外，中芯國際還計畫於深圳市坪山區興建12 英寸28納米制程晶圓廠，鎖定驅動晶片及電源管理晶片等產品，規劃月產能為4萬片。
除了上述廠商外，全球主要的IDM廠商近年來也大都宣佈了擴產計畫。三星在去年表示，投資額將超過170億美元在美國興建以5納米先進制程為主的12英寸晶圓廠，屆時將增加產能3萬片/月；英特爾表示將斥資200億元在美國擴充12英寸的產能，相關的兩座新工廠將在今年開工建設，預計2025年投產。
值得強調的是，作為類比晶片領域的絕對龍頭，德州儀器2021年其銷售額達到140.50億美元，占全球模擬市場19%的份額。據瞭解，德州儀器大約一半的模擬器件是在300mm（12英寸）晶圓上製造的。2022年2月，德州儀器宣佈了未來幾年的資本支出計畫，到2025年德州儀器每年將支出約 35 億美元用於晶片製造。產能擴充方面，德州儀器將新建4座工廠，主要在謝爾曼進行，該公司計畫今年完成前兩家工廠的建設，預計2025年第一家工廠投產，第三和第四家工廠的建設將在2026年至2030年之間開始。德州儀器表示，經過一些擴產後，屆時公司將擁有八家300mm晶圓廠。
儘管目前各大廠商都在加大資本開支用於產能擴充，但是由於晶圓廠建設資本開支較高、建設標準嚴格、建設週期緩慢，由廠房建設到產能爬坡、良率提升大概需要3年左右的時間，這在一定程度上制約了晶圓廠產能的供給端擴張。因此新建廠商產能的釋放仍然需要時間，並不能緩解當下的產能緊張局面。
據IC Insights的資料統計，目前各大晶圓廠的平均產能利用率在95%的高位附近，部分廠商更是接近100%超負荷運轉。在這種情況下，部分需求較旺的產品交貨期也不斷延長。以車規IGBT為例，由於目前產能的增長速度遠低於下游需求的增長速度。因此，其交貨期在正常8-12周左右的基礎上不斷拉長，甚至一度超過50周以上，尤其以英飛淩、恩智浦等海外車規品大廠缺貨最為明顯。
2016-2022年積體電路晶圓產能趨勢（8英寸約當量）
資料來源：IC Insights
以銷定產，晶圓代工廠商與下游客戶深度綁定
隨著各大晶圓代工廠大舉擴產，部分終端需求開始下滑，市場開始憂慮代工產能是否供過於求。但業內人士指出，大廠都是在確定客戶真正需求後，才一起合作擴產。一方面，客戶可以保證自己晶圓的穩定供應；另一方面，晶圓廠也可以避免產能閒置，最終無人買單的局面出現。
據瞭解，就先進制程來看，代工廠只要有一兩個指標客戶年出貨超過上億個晶片規模就能回本，台積電、三星、中芯國際等都積極建立與客戶長期合作關係，其中台積電先進制程客戶產品線超過百種，投片半年就可回收成本。而二線廠商如聯電，同樣也由客戶以議定價格預先支付訂金的方式，取得該廠區產能。
以台積電為例，作為全球第一大晶圓代工廠，台積電的主要客戶為蘋果、聯發科、AMD、高通、博通、英偉達、索尼等行業巨頭。一直以來，蘋果都是台積電最大的客戶，蘋果公司自研的A系列晶片有很長一段時間均由台積電獨家代工。最近這兩年裡，蘋果又推出了自研PC處理器M系列晶片，同樣也是交給台積電代工。由於蘋果旗下的Mac/iPad電腦和iPhone手機的暢銷，使得蘋果的晶片需求旺盛，因此僅蘋果一家就為台積電貢獻了將近26%的收入，遙遙領先台積電其它客戶。
值得一提是，雖然台積電計畫調漲明年晶圓代工的價格，但據中國臺灣地區供應鏈透露，台積電對第一大客戶蘋果的漲價最低，僅為3%。作為公司的第一大客戶，蘋果獲得了不同于其他客戶的VIP待遇，畢竟台積電未來的營收還得靠蘋果來兜底。
除了蘋果外，台積電的第二大客戶是聯發科，占比為5.8%。從資料上看，聯發科晶片的份額占比雖然顯著提升了，不過貢獻份額也不算高，僅相當於蘋果的零頭而已。再就是AMD排在第三名，近年來借助台積電7nm制程工藝，AMD旗下的處理器取得了巨大的突破，對Intel可謂是步步緊逼，但貢獻的收入占比也不到5%。
資料來源：芯八哥整理
值得強調的是，中芯國際作為中國大陸規模最大、技術最先進晶圓代工廠商，近年來在國產替代的帶動下迎來快速發展。公開資料顯示，中芯國際耕耘晶圓代工22年，公司12英寸及8英寸晶圓產能均為國內第一，技術橫跨0.35um至14nm，國內覆蓋最全的先進及成熟制程。公司近年來快速擴產，2022Q1產能折合8英寸晶圓64.91萬片/月，按現有產能規劃各廠滿產後產能將翻倍。
中芯國際前十大客戶名單
資料來源：芯八哥整理
下游客戶方面，華為海思為中芯國際的第一大客戶，占中芯國際收入比例約20%左右。從產品方面來看，雙方合作的主要代工產品包括低端手機SOC（14nm）、安防、機上盒、數位電視等多媒體晶片以及PMIC晶片等。
值得注意的是，中芯國際的晶片代工能力主要表現在14nm工藝以上，與台積電和三星仍尚有較大的差距。受益于美國對華為出口管制帶來的轉單效應，中芯國際從台積電手上搶下不少華為海思的訂單。但目前雙方的合作主要還是在對工藝要求比較低的晶片上，工藝要求較高的比如5nm工藝的麒麟9000，由於工藝技術限制，中芯國際暫時還是無法生產。
除了華為外，中芯國際的第二大客戶為高通，占比約15%左右，雙方合作的主要產能為低端手機AP/SOC（14nm）、WIFi/藍牙、PMIC等。其他比如博通、格科微、兆易創新、紫光展銳四家公司合計占比約20%左右，覆蓋的產品主要包括CIS、NOR Flash、NAND Flash、WiFI、藍牙晶片等。
寫在最後
進入2022年，半導體行業逐漸從2021年的普漲進入結構性分化行情。雖然目前消費電子的疲軟對整個半導體供應鏈造成了一定的影響，但這也給了產業鏈相關公司調整產能和產品結構的機會。另一方面，儘管目前各大廠商都在加大資本開支用於產能擴充，但是由於晶圓廠建設週期緩慢，由廠房建設到產能爬坡、良率提升大概需要3年左右的時間，這在一定程度上制約了晶圓廠產能的擴張。目前來看，在新建產能還沒有充分釋放的背景下，當下的晶圓代工產能緊張的局面仍然還會持續很長一段時間。