2021年新冠疫情告一段落,，半導(dǎo)體行業(yè)開始陷入衰退。
NHK新聞報道稱，豐田、電裝,、索尼集團(tuán)、NTT,、NEC,、軟銀、鎧俠,、三菱日聯(lián)銀行等八家公司成立了一家新的半導(dǎo)體公司“Rapidus”,。據(jù)報道， 2027年,，將在2nm工藝節(jié)點(diǎn)量產(chǎn)先進(jìn)邏輯半導(dǎo)體,。
筆者聽到這個消息后退縮了，心想這已經(jīng)不是什么令人憤慨的事了,。因為這是一個“不可能完成的任務(wù)”,。
第一，2nm邏輯半導(dǎo)體誰設(shè)計,，誰開發(fā)工藝,，誰量產(chǎn),？投資公司中有兩家半導(dǎo)體制造商,。但是，生產(chǎn) CMOS 圖像傳感器的索尼將要附加到傳感器的邏輯半導(dǎo)體的生產(chǎn)外包給臺積電,。此外,，生產(chǎn)NAND閃存的鎧俠將SSD存儲設(shè)備所必需的控制器的設(shè)計和生產(chǎn)外包。它仍然由臺積電生產(chǎn),。
也就是說,，聚集在Rapidus的8家公司中，并不包括有能力設(shè)計,、開發(fā)和生產(chǎn)邏輯半導(dǎo)體的半導(dǎo)體廠商,。而在日本，九代以前只有40nm級別的工程師,。Rapidus 打算在哪里以及如何聚集工程師來開發(fā) 2nm,？
01
難以部署和處理 EUV
決定性的問題在于，2nm邏輯半導(dǎo)體量產(chǎn)所必需的尖端EUV（極紫外）曝光設(shè)備（以下簡稱EUV）無法立即獲得,，即使獲得也非常困難,。很難處理,。EUV 只能由荷蘭的 ASML 生產(chǎn)，尖端半導(dǎo)體制造商的需求量很大,，聽說目前有 100 臺的等待名單,。Rapidus 還表示，EUV 將在兩年后,，即 2024 年底上市,。
此外，掌握EUV相當(dāng)困難,。目前領(lǐng)先的臺積電在2018年實踐了100萬張EUV曝光,，2019年首次量產(chǎn)7nm＋孔EUV。之后,，2020年推出了將EUV應(yīng)用于布線的5nm,，但目前3nm的推出舉步維艱。
三星電子因為晶圓代工廠規(guī)模小,，所以租下了龐大的DRAM廠的一部分來練習(xí)EUV曝光30萬到40萬張,，但似乎還不夠，7nm和5nm的良率也很低,。更糟糕的是,，它傳聞3nm這邊的尖端已經(jīng)無藥可救了，他們正在為2nm修煉,。
2021年推出EUV的Intel,，聽說計劃在2022年首次應(yīng)用EUV的技術(shù)節(jié)點(diǎn)“Intel 4”生產(chǎn)的處理器“Meteor Lake”開局不佳，出貨量2023年也比較可疑,。（此事與本文主題直接相關(guān),。）
就這樣，領(lǐng)先的半導(dǎo)體制造商都在努力推出使用 EUV 的尖端半導(dǎo)體,。在這種情況下,，無論怎么想，對于只有40nm水平能力的日本來說,，跨過32nm,、28nm、22nm,、16／14nm,、10nm、7nm,、5nm,、3nm并開始大量研制都是不合適的。
02
關(guān)于Rapidus筆者想說的很多（比如2nm是干什么用的？）,，但是這篇文章的主題不是Rapidus,。這不是一個夢幻般的故事，而是要應(yīng)對擺在面前迫在眉睫的半導(dǎo)體衰退,。
事實上,，筆者淡淡地想到了最近半導(dǎo)體需求的下降，說：“關(guān)于經(jīng)濟(jì)衰退,，經(jīng)濟(jì)衰退有很多大驚小怪,，但無論如何不會有什么大不了的，筆者相信它會很快恢復(fù),?！?然而，當(dāng)筆者分析 2022 年 11 月上旬到達(dá)的世界半導(dǎo)體市場統(tǒng)計數(shù)據(jù) （WSTS） 的數(shù)據(jù)時,，筆者的臉色變得蒼白,。當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)衰退有可能與雷曼兄弟沖擊一樣嚴(yán)重，甚至更糟,。在這篇文章中,，筆者想討論細(xì)節(jié)。
03
全球半導(dǎo)體出貨量和出貨量
圖2顯示了世界半導(dǎo)體的季度出貨值和出貨數(shù)量,，出貨金額和出貨數(shù)量將在2021年下半年達(dá)到峰值,。
圖2：世界半導(dǎo)體季度出貨值和出貨量（至2022年Q3）
來源：作者根據(jù)WSTS數(shù)據(jù)制作
從2015年開始的擴(kuò)張來看，可以看到出貨量將在2021年第三季度（Q3）達(dá)到峰值,，出貨量將在同年第四季度達(dá)到峰值（圖3）,。但此后的下跌似乎并沒有那么糟糕。
圖3：世界半導(dǎo)體季度出貨額和出貨量（2015－2022 Q3）
來源：作者根據(jù)WSTS數(shù)據(jù)制作
看圖4所示的3個月移動平均同比增長率,，確實2022年9月的出貨數(shù)量為－5．8％,，出貨金額為－2．8％，較之前有所下降年,。它沒有像當(dāng)時那樣下跌超過負(fù) 30％,。筆者認(rèn)為這沒什么大不了的,。
05
按類型分列的半導(dǎo)體季度出貨量
當(dāng)筆者繪制按類型劃分的半導(dǎo)體季度出貨值圖表時,，筆者感到非常驚訝（圖 5）。包括DRAM和NAND在內(nèi)的Mos Memory大跌,。就Mos Memory而言,，跌幅比雷曼沖擊還要慘。也可能比存儲器泡沫破滅時更糟糕,。
回顧2015年之后的這段時間,，內(nèi)存泡沫也被稱為“超級周期”，從2016年Q2開始，2018年Q3見頂,，2019年Q1觸底（圖6）,。不過，觸底的2019年Q1的Mos Memory出貨值并未跌至2016年Q2的水平,。如紅色波浪線所示,，Mos Memory有一定的增長潛力，恰好落在了增長潛力的延伸上,。
在需求崩潰的情況下并非如此,。由于新冠特殊需求，增長從2020年Q4開始,，2021年Q3見頂,，2022年Q2－Q3急劇回落。2022 年第三季度的出貨量下降到與新冠特殊需求開始時的 2020 年第四季度幾乎相同的水平,。就像內(nèi)存泡沫破滅的時候,，不是在某個增長率的延伸上，而是已經(jīng)跌破那個了,。而在 2022 年第四季度之后,，它可能會進(jìn)一步下降。
在 Mos Memory 之外,，Mos Micro 分別在 2021 年第四季度和 Logic 在 2022 年第二季度達(dá)到頂峰,。畢竟，在 2022 年第三季度,，Analog 是唯一一家增長的公司,。
06
按類型分列的半導(dǎo)體季度出貨量
接下來，按類型查看半導(dǎo)體的季度出貨,。雖然沒有出貨量那么多,，但Mos Memory的跌幅似乎是最嚴(yán)重的。另外,，Logic和Mos Micro都已經(jīng)見頂,，和出貨量一樣，只有Analog在增長,。
看2015年以后的擴(kuò)張,，Mos Memory在2021年Q3見頂，Mos Micro在同年Q4見頂,，Logic在2022年Q2見頂,，只有Analog在階梯式增長。
據(jù)報道,，許多半導(dǎo)體的短缺問題已經(jīng)得到解決,，導(dǎo)致供過于求,，但只有車載半導(dǎo)體的短缺問題沒有得到解決。缺失的車載半導(dǎo)體似乎是Analog,，唯一繼續(xù)增長的,。該模擬包括傳感器和功率半導(dǎo)體。這些仍然短缺,，人們認(rèn)為汽車的產(chǎn)量正在持續(xù)下降,。
下面重點(diǎn)關(guān)注Mos Memory中的DRAM和NAND，出貨量和出貨數(shù)量都出現(xiàn)了暴跌,。
圖 9 顯示了 DRAM 出貨價值和出貨量的季度趨勢,。這張圖讓筆者思考。2022 年第三季度出貨量的急劇下降是可以理解的,。但是,，沒想到連出貨量都降得這么厲害。
DRAM的出貨量有以下歷史背景,。首先,，它從 1991 年到 2003 年左右略有增加。然而,，從2003年到2011年,，出貨量增長迅速。這是因為中國等被稱為金磚四國的發(fā)展中國家實現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)發(fā)展,，PC,、手機(jī)和各種電子產(chǎn)品對DRAM的需求迅速擴(kuò)大。
不過,，從2011年到2018年,，每季度DRAM出貨量穩(wěn)定在40億顆左右。這是因為很多現(xiàn)有的DRAM廠商已經(jīng)被淘汰,，而自從爾必達(dá)內(nèi)存在2012年破產(chǎn)被美國美光科技收購后,，DRAM廠商基本上就是三星、SK海力士和美光了,。相信這是由于合并公司,。筆者推測，這3家公司在合并的基礎(chǔ)上進(jìn)行了生產(chǎn)調(diào)整,，導(dǎo)致DRAM出貨數(shù)量趨于平穩(wěn),。
不過，自2019年以來,，DRAM出貨量逐年上升,，達(dá)到約55億顆,。直到 2014 年左右,，DRAM 的主要用途是用于 PC,。2015年后，手機(jī)（即智能手機(jī)）成為DRAM的主角,。預(yù)計2022年后,，服務(wù)器用DRAM將取代移動設(shè)備，成為DRAM的主戰(zhàn)場,。
事實上,，根據(jù) Business Korea 于 2022 年11 月 2 日發(fā)布的“服務(wù)器 DRAM 成為三星電子和 SK 海力士的搖錢樹”，到 2022 年服務(wù)器 DRAM將達(dá)到 684．86 億千兆比特,，而移動 DRAM 將達(dá)到 662．72 億千兆比特,。據(jù)報道，已超出使用范圍,。
隨著DRAM的主戰(zhàn)場轉(zhuǎn)向服務(wù)器用,，三星、SK海力士,、美光放棄“暗中勾結(jié)”,，開始爭奪服務(wù)器用量霸主地位。因此,，人們認(rèn)為2019年后DRAM的出貨量會有所增加,。
作為這一點(diǎn)的證據(jù)，如圖 11所示,，在內(nèi)存衰退期間或新冠風(fēng)暴期間,，DRAM 出貨量并未顯著減少。但是,，從2022年第二季度（53．35億件）到第三季度（44．84億件）,，在新冠特殊需求崩潰后，將減少8．51億件,。這讓筆者很吃驚,。正因為如此，筆者開始認(rèn)為當(dāng)前半導(dǎo)體行業(yè)的衰退可能與雷曼兄弟沖擊一樣嚴(yán)重,，甚至更糟,。
08
NAND 季度出貨量和單位
顯示了季度 NAND 出貨價值和出貨量。與 DRAM 一樣,，2022 年 Q2 到 Q3 出貨量和出貨量都將大幅下降,。然而，與 DRAM 不同的是,，NAND 出貨量在 2021 年第三季度見頂,，目前已經(jīng)開始大幅下滑。
來看看從 1991 年第一季度到 2022 年第三季度的 NAND 出貨量,。從 2003 年左右到 2016 年左右,，NAND 出貨量幾乎呈線性增長,。這是因為NAND這種非易失性存儲器相繼開辟了新的市場，如數(shù)碼相機(jī),、手機(jī),、音樂播放器“iPod”、PC用SSD等,。
自2016年以來,，NAND出貨量增長停滯在30億片左右。筆者認(rèn)為這是因為 NAND 從這個時候開始就已經(jīng)變成了 3D,。2016年之前,，二維微型化提高了存儲單元的集成度，縮小了NAND的芯片面積,，增加了單晶圓可獲得的NAND數(shù)量,。
不過，從2016年開始,，提高存儲單元集成度的方法已經(jīng)從二維小型化轉(zhuǎn)變?yōu)槿S堆疊,。NAND層數(shù)因此增加到48、64,、96（92）,、128（112）、176（162）層,，但NAND芯片面積變化不大,。因此，自 2016 年以來,，NAND 的出貨量并沒有太大的增長,。
細(xì)看2015年Q1至2022年Q3期間，NAND出貨量在2016年Q2至2018年Q3波動中逐漸增加,，隨著內(nèi)存衰退的到來將大幅減少,。內(nèi)存衰退恢復(fù)期間，有新冠動蕩,，又會下降,。這些下降的行為似乎比 DRAM 的波動幅度更大。
2021年Q3,，新冠特殊需求結(jié)束,，NAND出貨量將見頂，從2022年Q2（30．18億顆）到Q3（23．04億顆）減少7．14億顆,。
到目前為止,，已經(jīng)分析了由于疫情導(dǎo)致的特殊需求結(jié)束后 DRAM 和 NAND 的行為，特別關(guān)注出貨量,。對于這兩種內(nèi)存,，2022 年 Q2 到 Q3 的出貨價值和出貨數(shù)量都在直線下降,。那么 DRAM 和 NAND 的價格如何變化？
圖14顯示了各種類型DRAM的合同價格變化,。DDR4＿16G 的價格從 2021 年 9 月開始出現(xiàn)在 DRAM 大宗交易價格數(shù)據(jù)中,，2022 年 10 月從 8．45 美元暴跌至 4．55 美元,。另外,，2021年12月開始貼牌的DDR5＿16G價格從10．24美元暴跌至5．06美元，跌幅不到一半,。
DDR是Double－Data－Rate的縮寫,，DDR4的傳輸速度是DDR3的兩倍，最新的DDR5的傳輸速度是DDR4的兩倍,。
當(dāng)存儲器泡沫破滅時,，那肯定是可怕的。當(dāng)時作為指標(biāo)的DDR4＿8G（1G x 8）合同價從2018年8月的8．19美元跌至2019年10月的2．81美元,。當(dāng)前新冠特殊需求結(jié)束時DRAM價格的下跌可能比內(nèi)存泡沫破滅時“好”一些,，但仍然很糟糕。
10
NAND價格
圖 15A顯示了筆者可用的所有 NAND 的合同價格,。在NAND合約價中,，SLC的32G、16G不知何故高于MLC（Multi Level Cell）的128G,、64G,、32G。當(dāng)內(nèi)存泡沫破滅時,，其 SLC 從 2017 年 11 月的 17．78 美元跌至 2019 年 5 月的 9．4 美元,。在這次新冠特殊需求結(jié)束時，它從 2022 年 5 月的 13．15 美元跌至 2022 年 10 月的 11．83 美元,。如此看來,，新冠特殊需求的下降似乎沒有存儲器泡沫那么嚴(yán)重。不過目前NAND的主流并不是SLC,。
因此,，在圖 15B 中，筆者們排除了合同價格較高的 SLC＿32G 和 SLC＿16G,。其中,，MLC＿128G常用作NAND價格指標(biāo)。當(dāng)內(nèi)存泡沫破滅時,，MLC＿128G 價格從 2018 年 5 月的 5．6 美元跌至 2019 年 6 月的 3．93 美元,。另一方面，當(dāng)新冠特殊需求結(jié)束時,，它從 2022 年 5 月的 4．81 美元跌至 2022 年 10 月的 4．14 美元,。合同價格肯定會下降,，但不會像崩盤那么糟糕。
不過目前NAND的主流是3D NAND的TLC（Triple Level Cell）,，而不是MLC＿128G,。不幸的是，筆者不知道與 DRAMeXchange 有合同的白銀會員級別的 3D NAND 的 TLC 合同價格（每年仍然是 300,，000 日元）,。但是，以筆者的排名,，筆者可以知道 3D NAND TLC （1 Terabit） 的 Spot 價格,。
3D NAND 的 TLC （1Tb） 的現(xiàn)貨價格變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn),，2022 年 6 月 23 日為 19．4 美元的現(xiàn)貨價格在 2022 年 9 月 13 日暴跌至 12．83 美元,。或許3D NAND的TLC（1Tb）合約價也這么崩,？
11
是什么導(dǎo)致存儲器需求下降,？
迄今為止，Mos Memory的跌幅尤為嚴(yán)重,，其主力內(nèi)存DRAM和NAND的出貨金額和出貨數(shù)量都出現(xiàn)了暴跌,，而且這兩種內(nèi)存的價格也很可能出現(xiàn)暴跌。解釋說（雖然它可能不充分,，因為沒有 3D NAND 的合同價格數(shù)據(jù)）,。
那么，為什么新冠特殊需求結(jié)束了,，卻陷入了可怕的存儲器衰退,？在世界范圍內(nèi)，對個人電腦,、智能手機(jī),、數(shù)字家電和游戲機(jī)等消費(fèi)產(chǎn)品的需求迅速下降被認(rèn)為是原因。但是,，筆者相信還有其他原因,。那就是英特爾的低迷，其主要業(yè)務(wù)是用于 PC 和服務(wù)器的 MPU,。不禁覺得類似2019年內(nèi)存衰退的現(xiàn)象還在發(fā)生,。
12 顯示了MPU、DRAM 和 NAND 的季度出貨量,。英特爾在 2016 年未能推出 10nm MPU,。因此，決定延長14nm的壽命。另一家 MPU 廠商 AMD 從 2018 年開始將生產(chǎn)外包給臺積電,，并開始使用臺積電的尖端工藝生產(chǎn) MPU,。為了解決這個問題，英特爾試圖通過增加處理器核心數(shù)量來提高性能,，同時小型化保持在 14nm,。但是，增加內(nèi)核數(shù)量會增加芯片尺寸,。隨著芯片尺寸的增大,，良率必然下降，單片晶圓可獲得的MPU數(shù)量也會減少,。
受此影響,，全球MPU出貨量在2016年Q3達(dá)到峰值1．36億片,，隨后震蕩下降,，2019年Q1達(dá)到8800萬片，比峰值減少4800萬片,。這導(dǎo)致了全球 MPU 短缺,。尤其是數(shù)據(jù)中心服務(wù)器用MPU嚴(yán)重短缺，市場上充斥著服務(wù)器用DRAM和NAND,，導(dǎo)致價格暴跌,。
這就是造成 2018－2019 年內(nèi)存衰退的原因。換句話說,，英特爾自2016年以來一直未能量產(chǎn)10nm MPU,，導(dǎo)致了內(nèi)存衰退。
新冠特需結(jié)束后,，現(xiàn)在不是同樣的事情發(fā)生了嗎,？事實上，MPU 出貨量在 2021 年第四季度創(chuàng)下 1．4 億個的歷史新高,，到 2022 年第三季度將降至 1．04 億個,。這僅僅是因為 PC 需求萎縮嗎？
筆者懷疑英特爾的低迷可能是其背后的原因,，盡管目前還沒有顯現(xiàn)出來,。那是因為云制造商仍然希望構(gòu)建數(shù)據(jù)中心，這需要大量高性能服務(wù)器,，而這需要英特爾的高級 MPU,。供應(yīng)不足難道不是當(dāng)前內(nèi)存衰退的原因之一嗎？
13
英特爾能夠量產(chǎn)10nm和Intel 7嗎,？
去年 2021 年 1 月接任英特爾第八任首席執(zhí)行官的 Pat Gelsinger 宣布了英特爾的新路線圖,。近日聽說Intel首次量產(chǎn)EUV工藝節(jié)點(diǎn)“Intel 4”生產(chǎn)的MPU（如“Meteor Lake”），原計劃下半年出貨2022年，看來已經(jīng)無望了,，2023年出貨也變得可疑,。或許Intel認(rèn)為EUV還沒有掌握,。
圖 18：英特爾的新工藝節(jié)點(diǎn)路線圖
來源：Ben Sell（英特爾）
“10nm”,、“10nm SuperFin”和“Intel 4”之前的“Intel 7”是否可以量產(chǎn)？所有這些基本上都是之前英特爾路線圖中的“10nm”,。如果說這三代“10nm”量產(chǎn)有問題,，全球MPU出貨量下降也就情有可原了。
考慮到首次應(yīng)用EUV的“Intel 4”出貨陷入絕境,，全球MPU出貨量下滑,，這可能是當(dāng)前內(nèi)存衰退的一個因素。
這次的存儲器衰退可能與雷曼兄弟沖擊一樣嚴(yán)重,，甚至更糟,。為了讓經(jīng)濟(jì)衰退不那么嚴(yán)重，只能讓英特爾全力以赴,。這是另一個 MPU 制造商 AMD 無法涵蓋的規(guī)模,。如果沒有足夠的 MPU 出貨，內(nèi)存價格將進(jìn)一步暴跌,。DRAM 和 NAND 內(nèi)存制造商的情況可能會變得更糟,。
筆者不得不說，“加油吧,，英特爾,。”
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