หากจะพูดอย่างระมัดระวัง สถานการณ์ห่วงโซ่อุปทานปัจจุบันสำหรับเวเฟอร์ขนาด 8 นิ้ว (200 มม.) นั้นค่อนข้างวิกฤต!

อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ใช่ปัญหาใหม่แต่อย่างใด บริษัทวิจัยตลาด TrendForce ในไต้หวัน ได้ออกข่าวประชาสัมพันธ์เมื่อเดือนพฤศจิกายน 2020 โดยระบุว่า "ในแง่ของกำลังการผลิตเวเฟอร์ขนาด 8 นิ้ว มีปัญหาการขาดแคลนอุปทานอย่างรุนแรงมาตั้งแต่ครึ่งหลังของปี 2019"

นอกจากนี้ เพื่อให้สถานการณ์เลวร้ายลงไปอีก ยังเกิดเหตุไฟไหม้ที่โรงงาน Renesas Electronics Naka ในเดือนมีนาคม 2021 ปัญหาดังกล่าวทวีความรุนแรงขึ้นเนื่องจากโรงงานของ Renesas ที่นี่เป็นผู้จัดหาชิ้นส่วนให้กับหลายรุ่น

จากข้อมูลข้างต้น ปัจจัยหลายอย่าง "เกี่ยวพันกัน" แต่ปฏิเสธไม่ได้เลยว่าสาเหตุหลักคือโควิด-19 เนื่องจากสถานการณ์การระบาดของโควิด-19 ทำให้ความต้องการสินค้าอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ เช่น หูฟัง คอมพิวเตอร์ โทรทัศน์ จอแสดงผล และโทรศัพท์มือถือ เพิ่มสูงขึ้นอย่างมาก

แม้ว่ารถยนต์จะจัดอยู่ในประเภทข้างต้นเช่นกัน แต่ผู้คนก็ยังหวังว่าตลาดรถยนต์จะฟื้นตัวจากผลกระทบของการระบาดของโรคโควิด-19 ในปี 2021 ปัจจุบัน ผลิตภัณฑ์ต่างๆ กำลังส่งเสริมโมเดล SoC (System on Chip) ซึ่งรวมฟังก์ชันหลายอย่างไว้ในชิปเดียว ดังนั้น ผลิตภัณฑ์จำนวนมากจึงจำเป็นต้องติดตั้ง IC หลายตัวที่มีสัญญาณผสมดิจิทัล-อนาล็อก (Mixed Signal Chip) การใช้งานหลักของผลิตภัณฑ์ข้างต้นมีดังนี้: PMIC (Power Management IC), เซ็นเซอร์ภาพ CMOS, เซ็นเซอร์สแกนลายนิ้วมือ, การควบคุมเครื่องยนต์/แชสซีรถยนต์, IC ไดรเวอร์จอแสดงผล, ชิปสื่อสารไร้สาย Sub Giga Hertz เป็นต้น ภายใต้สถานการณ์ปกติ ผลิตภัณฑ์ข้างต้นเหมาะสำหรับกระบวนการผลิต 180 นาโนเมตรและ 350 นาโนเมตร และผลิตบนเวเฟอร์ขนาด 8 นิ้ว

กล่าวคือ ความต้องการที่เพิ่มขึ้นของผลิตภัณฑ์ที่ใช้ในชิปสัญญาณผสม (Mixed Signal Chip) และเซมิคอนดักเตอร์กำลังไฟฟ้าประเภทนี้ ส่งผลให้กำลังการผลิตเวเฟอร์ขนาด 8 นิ้วไม่เพียงพอ

เนื่องจากได้รับผลกระทบจากข้อจำกัดด้านอุปทานของเวเฟอร์ขนาด 8 นิ้ว โรงงานผลิตชิปจึงมีแนวโน้มที่จะขยายกำลังการผลิต โดยอาจเข้าซื้ออุปกรณ์และสายการผลิตเวเฟอร์ขนาด 8 นิ้วจากผู้ผลิตแบบครบวงจร (IDM: Integrated Device Manufacturer) ตัวอย่างเช่น รายงานล่าสุดระบุว่า UMC ในไต้หวันกำลังเจรจาเพื่อเข้าซื้อสายการผลิตเวเฟอร์ขนาด 8 นิ้วของ Japan Semiconductor (เดิมคือบริษัทผลิตเซมิคอนดักเตอร์ของ Toshiba)

ไม่มีข้อมูลจากผู้ผลิต
รายงานของ Trend Force ชี้ให้เห็นว่า สาเหตุของการขาดแคลนอุปทานเซมิคอนดักเตอร์อย่างรุนแรงที่เริ่มต้นในช่วงครึ่งหลังของปี 2019 คือ แทบไม่มีผู้ผลิตรายใดสามารถผลิตอุปกรณ์สำหรับผลิตเวเฟอร์ขนาด 8 นิ้วได้ แม้กระทั่งในปัจจุบัน ส่งผลให้ราคาอุปกรณ์การผลิตเซมิคอนดักเตอร์ยังคงสูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง    

TSMC ใช้กระบวนการผลิตเวเฟอร์ขนาด 8 นิ้วและ 12 นิ้ว (ภาพจาก: eetimes)นอกจากนี้ ราคาของเวเฟอร์ขนาด 8 นิ้วยังต่ำกว่าเวเฟอร์ขนาด 12 นิ้วมาก ดังนั้น โรงงานผลิตชิปส่วนใหญ่จึงเชื่อว่าการขยายกำลังการผลิตเวเฟอร์ขนาด 8 นิ้วนั้นไม่คุ้มค่า ส่งผลให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ขึ้น ตัวอย่างเช่น บางโรงงานจึงขึ้นราคาเวเฟอร์ขนาด 8 นิ้วให้กับลูกค้า  
กล่าวอีกนัยหนึ่ง สำหรับสถานการณ์ของเวเฟอร์ขนาด 8 นิ้วนั้น ควรกล่าวว่าเป็น "ผู้ผลิตผลิตไม่เพียงพอ" มากกว่า "ความปั่นป่วนในห่วงโซ่อุปทาน" ส่วนเวเฟอร์ขนาด 12 นิ้วบางส่วน "ถูกโยกย้าย"
สำหรับโรงงานผลิตเวเฟอร์ขนาด 12 นิ้ว (300 มม.) บริษัทต่างๆ เช่น TSMC และ GLOBALFOUNDRIES กำลังลงทุนอย่างกระตือรือร้นเพื่อขยายกำลังการผลิต อย่างไรก็ตาม ยังไม่พบความคืบหน้าใดๆ สำหรับเวเฟอร์ขนาด 8 นิ้ว  
เนื่องจากไม่มีการพัฒนาใดๆ ในด้านกำลังการผลิตเวเฟอร์ขนาด 8 นิ้ว ผู้ผลิตบางรายจึงเปลี่ยนจากสายการผลิตเวเฟอร์ขนาด 8 นิ้ว 180 นาโนเมตรและ 350 นาโนเมตรที่มีอยู่เดิม ไปใช้เวเฟอร์ขนาด 12 นิ้วแทน นอกจากนี้ โรงงานผลิตหลายแห่งยังสามารถให้บริการกระบวนการผลิต 130 นาโนเมตรบนเวเฟอร์ขนาด 12 นิ้วได้ จึงสามารถใช้เป็นแหล่งจัดหาหลักหรือรองได้ ดังนั้นจึงช่วยเพิ่มความหลากหลายทางภูมิศาสตร์ของห่วงโซ่อุปทาน คุณลักษณะของเทคโนโลยีการผลิต 180 นาโนเมตรและ 130 นาโนเมตร
แม้ว่ากระบวนการผลิต 180 นาโนเมตรและ 130 นาโนเมตรจะมีความคล้ายคลึงกัน แต่ก็มีความแตกต่างกันอยู่ สาเหตุหลักมาจากแรงดันเกณฑ์ของทรานซิสเตอร์ลดลงในระดับที่แตกต่างกัน แรงดันไฟเลี้ยงหลักอยู่ที่ 1.8 โวลต์ถึง 1.5 โวลต์ หรือต่ำสุดที่ 1.2 โวลต์ นอกจากนี้ยังมีตัวเลือกเทคโนโลยีการผลิตที่หลากหลายเพื่อรองรับแรงดันไฟเข้า/ออก 5 โวลต์/3.3 โวลต์ และลักษณะเฉพาะของกระบวนการเหล่านี้มีความคล้ายคลึงกันมากสำหรับชิ้นส่วนแบบพาสซีฟซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการออกแบบอนาล็อก/RF    

ตารางเปรียบเทียบเทคโนโลยีโหนดหลักที่ใช้ในวงจร ASIC แบบผสมสัญญาณและผลิตภัณฑ์อื่นๆ (ภาพจาก: eetimes)

เทคโนโลยีเวเฟอร์ขนาด 12 นิ้วมีข้อดีหลายประการ เนื่องจากสามารถใช้ทองแดงแทนอะลูมิเนียมในเทคโนโลยีรุ่นเก่าได้ ทำให้ความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าที่อนุญาตสูงขึ้น และความต้านทานต่อการเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนก็ดีเยี่ยม นอกจากนี้ยังมีชั้นโลหะมากขึ้นและขนาดของทรานซิสเตอร์เล็กลง ดังนั้น การเพิ่มความหนาแน่นของทรานซิสเตอร์และความหนาแน่นของสายไฟจะช่วยลดขนาดของชิปและปรับปรุงประสิทธิภาพได้  
นอกจากนี้ เทคโนโลยีการผลิต 180 นาโนเมตรส่วนใหญ่ และเทคโนโลยีการผลิต BCD (Bipolar-CMOS-DMOS) 130 นาโนเมตรส่วนใหญ่ สามารถรองรับฟังก์ชันต่างๆ เช่น STI (Shallow Trench Isolation) ได้ ดังนั้น เมื่อเปรียบเทียบกับฉนวน LOCOS (Local Oxidation of Silicon) ที่ใช้ในเทคโนโลยี 350 นาโนเมตรส่วนใหญ่ จะสามารถได้ความหนาแน่นที่สูงกว่า ฟังก์ชันป้องกันการลัดวงจร ฯลฯ ส่งผลให้ประสิทธิภาพและความเสถียรของสายส่งดีขึ้น  
ปัจจุบัน กระบวนการผลิต 130nm BCD ค่อนข้างสมบูรณ์แล้ว จึงสามารถนำมาใช้เป็นทางเลือกสำหรับเทคโนโลยีการผลิตต่างๆ ได้ เช่น ทรานซิสเตอร์แรงดันสูงระดับต่างๆ สารกึ่งตัวนำสำหรับเก็บข้อมูลแบบไม่ลบเลือน ตัวเก็บประจุ MIM (โลหะ-ฟิล์มฉนวน-โลหะ) ไดโอดซีเนอร์/ไดโอดชอตต์กี เป็นต้น ดังนั้น ไม่เพียงแต่จะสามารถบูรณาการฟังก์ชันอนาล็อก/RF ที่ซับซ้อนเข้ากับโซลูชัน SoC ได้เท่านั้น แต่ยังให้ประโยชน์อื่นๆ อีกด้วย เวเฟอร์ขนาด 8 นิ้วก็มีข้อดีหลายประการเช่นกัน
เวเฟอร์ขนาด 8 นิ้วยังมีข้อดีหลายประการ ตัวอย่างเช่น ข้อได้เปรียบด้านราคาของเวเฟอร์ขนาด 8 นิ้วที่ผลิตด้วยความละเอียด 350 นาโนเมตร  
เหตุผลมีดังนี้: อุปกรณ์การผลิตเสื่อมสภาพแล้ว และกระบวนการผลิตค่อนข้างง่าย (มีชั้นน้อยกว่า) นอกจากนี้ วงจรอนาล็อกบางวงจรอาจไม่สามารถย่อขนาดได้สำเร็จในกระบวนการผลิตใหม่ ดังนั้นราคาของชิปเซมิคอนดักเตอร์ในระดับเดียวกับ 130 นาโนเมตรอาจสูงกว่า 350 นาโนเมตร อย่างไรก็ตาม เมื่อผลิตภัณฑ์ไม่สามารถผลิตได้เนื่องจากขาดแคลนชิ้นส่วน ในกรณีส่วนใหญ่จะเกิดสถานการณ์ที่ร้ายแรงมาก มากกว่าแค่ความแตกต่างของต้นทุนชิปเซมิคอนดักเตอร์ธรรมดา  
นอกจากนี้ สิ่งที่ผู้คนให้ความสนใจในขณะนี้คือ แม้ว่าโรงงานผลิตชิปหลายแห่งจะเปลี่ยนจากขนาด 8 นิ้วเป็น 12 นิ้ว แต่ก็ยังไม่มีผู้ผลิตรายใดออกมาแถลงการณ์ใดๆ ถึงแม้ว่าผู้ผลิตที่มีความเชี่ยวชาญด้าน ASIC แบบผสมสัญญาณจะทำงานอย่างหนัก แต่พวกเขาก็ควรเริ่มต้นด้วยการพิจารณาพอร์ตของวงจรและเอกสารข้อมูลของ IC ก่อน  
ในแง่ของการลงทุนที่จำเป็นในการออกแบบ ASIC ใหม่ ผลิตภัณฑ์อื่นๆ ควรได้รับการประสานงานเพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาเดียวกันกับที่เกิดขึ้นในห่วงโซ่อุปทานขนาด 8 นิ้ว  
ขนาดของชิป 130 นาโนเมตรนั้นเล็กกว่า จึงสามารถรวมเข้ากับแกนประมวลผลตระกูล "Arm Cortex-M" ได้โดยไม่เพิ่มต้นทุน พื้นที่ชิปที่จำเป็นสำหรับซีพียูระดับล่างมีเพียงไม่กี่ตารางมิลลิเมตร และสามารถรวมเข้ากับ SRAM ขนาด 64kbit/128kbit ได้อย่างมีประสิทธิภาพสูง  
จากข้อมูลจำเพาะในปัจจุบัน กำหนดการตั้งแต่การออกแบบ ASIC การผลิตจำนวนมาก และการขอรับการรับรอง จะใช้เวลา 14 ถึง 24 เดือน (ขึ้นอยู่กับความซับซ้อน) การผลิต Proto Type Silicon ครั้งแรกควรจะแล้วเสร็จภายในหนึ่งปี หากเป็นผลิตภัณฑ์สำหรับยานยนต์ จะใช้เวลาประมาณ 24 ถึง 36 เดือน (ขึ้นอยู่กับความซับซ้อน) ตั้งแต่การจัดทำข้อกำหนดไปจนถึง PPAP (Production Part Approval Process) งบประมาณโดยทั่วไปสำหรับ ASIC ขนาด 130 นาโนเมตร เริ่มต้นที่ 600,000 ดอลลาร์สหรัฐ (ขึ้นอยู่กับความซับซ้อนและเนื้อหา IP จริง) หากอิงตามมาตรฐาน AEC-Q100 ต้นทุนจะอยู่ที่ประมาณ 4 ล้านดอลลาร์สหรัฐ ปัจจุบัน ต้นทุนของ Mask Tool สำหรับกระบวนการ 130 นาโนเมตร (เวเฟอร์ขนาด 12 นิ้ว) น้อยกว่า 200,000 ดอลลาร์สหรัฐ ซึ่งคิดเป็นสัดส่วนเล็กน้อยของต้นทุนโดยรวม  
อุปกรณ์ Mixed Signal จำนวนมากผลิตจากเวเฟอร์ขนาด 8 นิ้ว ซึ่งมีปริมาณจำกัด เนื่องจากการลงทุนในสายการผลิตเวเฟอร์ขนาด 8 นิ้วไม่เพียงพอ (เพราะผลตอบแทนจากการลงทุนต่ำ) ปัญหาด้านห่วงโซ่อุปทานจึงจะยังคงมีอยู่ต่อไปในอนาคต  
 

การขาดแคลนชิ้นส่วนเซมิคอนดักเตอร์นี้ถือเป็น "สัญญาณเตือน" ในระดับหนึ่ง บริษัทที่ใช้เวเฟอร์ขนาด 8 นิ้วอยู่ในปัจจุบันควรพิจารณาถึงความต้องการในอนาคตเป็นอันดับแรก นอกจากนี้ ไม่ว่าจะเป็นฐานการผลิตหลักหรือซัพพลายเออร์รายที่สอง (แหล่งผลิตสำรอง) ก็จำเป็นต้องเผื่อเวลาให้เพียงพอก่อนที่กระบวนการทั้งหมดจะเสร็จสมบูรณ์

ข้อสงวนสิทธิ์: บทความนี้คัดลอกมาจาก "การสังเกตการณ์อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์" บทความนี้เป็นเพียงความคิดเห็นส่วนตัวของผู้เขียนเท่านั้น และไม่ได้แสดงถึงความคิดเห็นของบริษัท Sacco Micro และอุตสาหกรรมโดยรวม การคัดลอกและแบ่งปันนี้มีจุดประสงค์เพื่อสนับสนุนการคุ้มครองสิทธิ์ในทรัพย์สินทางปัญญา โปรดระบุแหล่งที่มาและผู้เขียนต้นฉบับเมื่อนำไปคัดลอก หากมีการละเมิดลิขสิทธิ์ โปรดติดต่อเราเพื่อลบออก

หมายเลขโทรศัพท์ของบริษัท: +86-0755-83044319
โทรสาร: +86-0755-83975897
อีเมล์: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 ผู้จัดการหลี่

QQ: 332496225 ผู้จัดการชิว

ที่อยู่: ห้อง 809 อาคาร C อาคารเทคโนโลยีจ้านเทา เลขที่ 1079 ถนนหมินจือ เขตหลงหัวใหม่ เมืองเซินเจิ้น