行動處理器邁向2x奈米　半導體產業波瀾再起

2x奈米製程將加速半導體產業整併(Consolidation)趨勢。由於28奈米、20奈米，以及更前瞻的16/14奈米先進製程的資本密集度與技術難度增加，晶片量產的不確定性也隨之攀升。舉例來說，新一代高解析度微影製程設備和3D封裝技術皆須耗費比過去每一代製程演進高數倍的資金開發；此一現象導致只有大廠有能力部署下世代先進製程產線，逐漸墊高整個半導體業界的技術和資金進入門檻，因而也擠壓中小型半導體設備、晶圓代工和IC設計公司的生存空間。

事實上，自2011年半導體產業邁入28奈米世代後，可提供相關製程服務的晶圓廠相較於40奈米世代時已大幅減少，而2013～2014年產業持續朝22和20奈米前進，預料能負擔如此巨額成本的廠商更將屈指可數，可能僅剩五家。

隨著28奈米、20奈米陸續導入量產，半導體產業也將揭開全新局面，尤其今年中國大陸IC設計業者紛紛加入28奈米製程的發展行列，將為一線處理器業者帶來技術競爭壓力，而加速挺進20奈米以下製程世代，進而推進整個半導體產業技術循環的時程。

中低價手機成長迅猛　28奈米製程營收續飆高

圖1　台積電董事長張忠謀提到，台積電2014年資本支出將維持與2013年相同水準，約投入95～100億美元。

中低價手機出貨成長力道強勁，激勵處理器業者加快導入28奈米製程，以打造高整合度且更具經濟效益的系統單晶片(SoC)解決方案，可望在2014～2015年掀動另一波28奈米製程商機，包括台積電、聯電和三星(Samsung)等晶圓代工廠皆不斷擴充產能，甚至推出新一代低成本28奈米製程服務，積極卡位市場。

台積電董事長張忠謀(圖1)表示，2014年行動裝置需求將持續翻揚，整體手機出貨量可望比2013年成長25%，上看十二億四千六百萬支。其中，尤以低價機種成長力道最強，出貨量將較去年提升45%，達到約四億七千兩百萬支，而中階機種亦將提高22%；至於高階手機出貨表現則相對黯淡，僅有8%的成長空間，足見整個行動裝置市場已開始朝向中低價產品設計模式發展。

然而，中低價手機對系統成本極其敏感，相關製造商勢將更積極尋求高整合、價格親民的半導體元件，特別是占總體成本結構數一數二的處理器更是其首要更新的目標，將牽動IC設計業者產品研發策略轉變。

張忠謀強調，在中低價手機設計風潮帶動下，處理器業者將加速導入28奈米高介電係數金屬閘極(HKMG)製程技術，從而提高晶片整合度、效能，同時降低成本，將促進該製程服務業績在未來2年的表現一路長紅。

台積電總經理暨共同執行長魏哲家進一步指出，以台積電為例，2013年旗下28奈米製程營收貢獻已較2012年翻漲三倍，預估2014年將再成長20%，主要驅動力除來自一線大廠的28奈米產品陣容持續推陳出新外，中國大陸其他處理器業者也將陸續跨入28奈米世代，掀動新一波先進製程導入需求。

看好28奈米商機，台積電正全速推進新一代基於HKMG技術的28奈米HPM製程上線時程，可再提升30%晶片效能；同時也將因應中低價手機設計需求，另闢低價版28奈米HPC製程服務，以更優異的製程控制協助處理器廠商降低成本。魏哲家更透露，就目前與晶片商合作的腳步來看，該公司新的28奈米製程今年可望突破六十個IC設計客戶，並將完成上百件設計定案(Tape-out)。

除台積電外，聯電日前也加強與安謀國際(ARM)在28奈米IP技術上的合作，為旗下28奈米高效能低功耗製程導入量產預做準備，而三星則瞄準中國大陸處理器業者從40奈米演進至28奈米設計的殷切需求，大舉擴充產能，在在有助刺激整體28奈米製程營收規模持續擴大。 張忠謀也認為，晶片商相繼導入28奈米，甚至20奈米製程，再加上新的64位元處理器架構和多頻多模長程演進計畫(LTE)晶片研發需求湧現，可望讓2014年全球半導體產業營收成長5%，其中，IC設計和晶圓代工業的個別成長幅度，將分別達到8%和10%，略高於整體水準。

高階手機處理器挺進20奈米

由於中國大陸處理器業者將在2014年大舉導入28奈米製程，助長中低價手機市場攻勢，因此也驅動美系和台灣處理器大廠加快20奈米研發腳步，以進一步提高晶片處理時脈和功能整合度，協助手機品牌廠開發下世代高階旗艦機種。

其中，高通(Qualcomm)已率先在2014年國際消費性電子展(CES)中展出新一代採用20奈米製程的LTE基頻處理器，並同步以20奈米方案展開整合應用處理器和基頻處理器的系統單晶片(SoC)設計，瞄準高階手機市場。

與此同時，聯發科總經理謝清江亦在今年第一季法說會中強調，該公司除將推出八核心LTE SoC方案外，亦將在今年下半年揭櫫20奈米處理器雛型，以補強高階產品陣容，吸引更多一線手機品牌廠青睞。

除此之外，蘋果(Apple)亦緊鑼密鼓開發下一代A8處理器，並傳出將以台積電20奈米製程投片，以顯著提升晶片效能。

顯而易見，在市場競爭壓力下，一線IC設計業者已紛紛投入20奈米製程研發，進一步突顯處理器功能區隔。不過，隨著手機晶片快速邁向20奈米以下先進製程，整體半導體產業的投資金額將明顯攀高，在龐大研發和產線建置成本壓力下，大者恆大的態勢將日益明顯，並將引發新一波產業整併潮。

先進製程驅動　半導體業整併潮加劇

圖2　應用材料副總裁暨台灣區總裁余定陸指出，未來具備16/14奈米以下製程相關技術的廠商將愈來愈少。

應用材料(Applied Materials)副總裁暨台灣區總裁余定陸(圖2)表示，由於20奈米以下先進製程的技術複雜度、設備資本支出(CAPEX)大增，將對中小型半導體設備、晶圓代工和IC設計業者形成極高的進入門檻，使產業集中整併的趨勢擴大發酵。

舉例來說，2012年全球前五大半導體業者的採購金額已達到整體產業的63%，而2013～2014年此數字更將持續上升。面對產業資本集中化的現象，應用材料與東京威力科創(Tokyo Electron Limited, TEL)遂於2013年底宣布合併，以統合資源因應未來16/14奈米製程，甚至是10奈米以下製程的龐大投資，並加速半導體材料、設備和生產技術的創新，協助業界持續延伸摩爾定律(Moore's Law)。

余定陸分析，半導體製造業在2x奈米時代，資本密集度已明顯倍增，以IC產業為例，從6x奈米演進至2x奈米，總投資金額成長達四倍之多；而未來5年內，整個半導體產業更將走向1x奈米世代，包括極紫外光(EUV)微影、3D矽穿孔(TSV)都是不可或缺的關鍵新技術，將迫使設備業者須不斷加碼投資。

然而，次世代技術研發非常昂貴、風險又高，甚至在進入IC設計階段後，總體成本和量產的不確定性也將增加數倍(圖3)。

圖3　半導體指標性大廠在技術研發投入上，面臨更大的資金需求與風險

以EUV設備為例，自2007～2008年相關技術研究單位和主要的設備供應商艾斯摩爾ASML投入至今，仍未達到量產所需的各項指標，將延宕晶圓廠發展1x奈米製程的時程。因此，余定陸斷言，未來幾年內，半導體產業各段供應鏈廠商因應市場風險，勢將持續展開水平整併，進而取得足夠資本推展各種新技術。