文｜芯世相
從供給端看，受缺”芯“潮影響，各國的半導體企業進入創世紀的晶圓廠擴產潮，而在需求端，疫情致使眾多終端裝置如智能手機、服務器、PC 至利基型消費性電子產品零組件供應受阻，間接導致采購端對于相對長料的存儲器拉貨意愿下滑，不禁讓人擔憂：“內存衰退周期要來了嗎？”
日前，日本半導體行業研究專家湯之上隆對這一問題作了分析。
看著2021年半導體廠商瘋狂的資金投入，以及各個國家和地區超常補貼投入的趨勢，筆者嚇得脊背發涼。僅去年一年，全球就至少投資了 12 萬億日元，開工建設了 29 家工廠（圖 1）。
我不得不認為，如果我們以這樣的速度建設半導體工廠，最終會變得供過于求，導致價格暴跌和半導體衰退。盡管上述 29 家工廠尚未開工，但除 MOS memory（半導體存儲，即內存）外，各種半導體的出貨量均創歷史新高（圖 2）。
而令人擔憂的是，自 2020 年后新冠時代以來，各類半導體的出貨量都以不同的斜率增長。如果把 2021 年開工建設的 29 家工廠的半導體加入其中，會發生什么？
我不禁特別好奇 MOS memory的擴產行為。原因是其中包含的DRAM的供需平衡容易被打破，接著經歷價格暴跌，這種影響往往會到擴產的廠家自己頭上。
例如 DRAM 價格在 1995 年因 Windows 95 的銷售預期而飆升，然后在 1996 年暴跌。當時筆者在日立制作所工作，受此影響，從中央研究所被趕到了DRAM工廠。IT 泡沫在 2000 年也達到頂峰，并在 2001 年破滅。日立建議所有40歲以上及科長以上的員工提前退休，而曾借調到前爾必達存儲器（elpida memory）和半導體尖端技術公司 Selete的筆者被迫退休。接著，在創辦芯片回收利用風險企業的2008年，雷曼沖擊波爆發后，出資的公司開始傾斜，風險企業也隨之破產，而筆者則淪落為無業、無薪，去了Hello Work（“公共職業安定所”，日本政府專門免費幫人找工作的機構）。
2018年存儲器泡沫破滅之際，筆者奇跡般地平安無事。但存儲器蕭條在2019年觸底，此后出貨量再次增長，傾斜度與 2016-2018 年內存泡沫期間相同或更大。或許出貨價值將再次見頂，內存衰退將在未來到來。當我這么想的時候，我感到無法用語言表達的焦慮。
但如果只是一味地害怕，那也無濟于事。筆者徹底分析了世界半導體市場統計（WSTS）的數據。由此，我們得出“內存衰退暫時不會到來”的結論。因此在本文中，我想解釋一下分析結果。但對于這一結論，也存在一些令人擔憂的問題：一是英特爾能否推出應用EUV（極紫外）光刻技術的工藝，二是能否確保封裝基板充足，如何影響？
正如我開頭所寫，Mos Memory中DRAM的供需平衡很容易被打破，導致過去多次價格暴跌。因此，甚至出現了"硅周期"的說法。
我們來看看1991年到2021年DRAM出貨量和出貨量的變化（圖3）。可見，受價格影響，出貨價值波動較大。運輸價值的這種變化極大地改變了筆者的生活（這很乏味）。
在這里，我們重點看出貨量，大致可以分為四個時期。
（1）1991-2003年：出貨量適度增加的時期
據了解，這主要是受日本、美國和歐洲等發達國家對個人電腦和電器產品需求的推動。
（2）2003-2011年：出貨量急劇增加的時期
進入21世紀，以中國為首的金磚四國（巴西、俄羅斯、印度、中國）等發展中國家經濟發展迅速。其原因是，由于這些新興國家的人們購買了手機、電腦、各種電器產品，所以對搭載在這些產品上的DRAM絕對數量的需求增大。
（3）2011-2018年：出貨量每年約150億顆，幾乎保持不變的時期
DRAM制造商逐漸被淘汰。尤其是2012年爾必達破產并被美光科技收購后，全球DRAM廠商實際上集中到三星電子、SK海力士、美光這三家公司。這三家公司壟斷了DRAM市場，為了防止供過于求導致價格暴跌，它們進行了隱性談判，各家公司都調整了產量。因此，估計出貨量已經趨于平穩。
（4）2018年后：當DRAM出貨量再次開始暴增時
筆者認為原因如下。DRAM的主戰場正從 PC經由移動而轉移到數據中心的服務器（圖 4）。于是，三大DRAM廠商又開始爭奪服務器的DRAM霸主地位。隨著數據中心投資變得更加活躍，人們產生了增加 DRAM 絕對數量的需求。據估計，由于這些因素，出貨量正在迅速增加。
元宇宙加速了存儲器需求的增長
此外，在當今世界，"metabase"（元宇宙）已成為流行語。起初我不確定它是什么，但它似乎意味著在線構建的 3D 虛擬空間。我還沒有研究過它是如何工作的，但我知道我比以往任何時候都更需要一個數據中心。因此，不難想象，數據中心需要大量的服務器，這些服務器對DRAM的需求將迅速增加。而這樣的需求擴張不僅應該擴展到DRAM，還應該擴展到NAND閃存和處理器（MPU）。下面我們來定量的看一下。
圖 5 顯示了 NAND 出貨價值和出貨數量的變化。與 DRAM 一樣，如果關注出貨量，這可以分為三個時期。
（1）2000-2016：出貨量線性增長時
隨著 NAND 市場擴展到 iPod、數碼相機和手機等音樂播放器，對 NAND 的需求增加，出貨量似乎有所增加。
（2）2016-2018：出貨量穩定在每年約110億臺時
大約在 2016 年左右，NAND 的結構從 2D 轉變為 3D。在 3D NAND 中，存儲單元垂直堆疊以增加存儲容量。在 2D 下，存儲單元做得更精細，因此芯片尺寸變得更小，從一個晶圓上獲得的芯片數量增加了，因此出貨的芯片數量也增加了。但是，在 3D 中，芯片尺寸基本沒有變化。因此，雖然出貨位增加了，但估計出貨個數并沒有增加。
（3）2018年后：當NAND出貨量再次開始增加時
這被認為與DRAM出貨量同時增加的原因相同。也就是說，隨著對數據中心的需求擴大，對服務器的需求也急劇增加，對安裝在服務器中的SSD的需求也增加了，結果作為核心部件的3D NAND出貨量也隨之增加。SSD的數量開始增加......
綜上所述，DRAM和NAND出貨量自2018年以來大幅增長。可以推斷，這是因為數據中心對服務器的需求越來越大。那么作為服務器的大腦的MPU的出貨趨勢如何呢？
從2016年到2018年，我們進入了全面的大數據時代，亞馬遜、微軟、谷歌等云廠商都開始建設數據中心。數據中心需要配備最先進的服務器。
但是，如前所述，英特爾未能成功批量生產10nm MPU，這個狀態持續了5年以上，第7任CEO Bob Swan 甚至表示："2020年，英特爾有可能成為Fabless。"
不久前，IBM出身的Lisa Su就任AMD CEO，將MPU的生產委托方從Global Foundries（格羅方德）變更為TSMC（臺積電），以最先進的微型化工藝開始推出高性能MPU。（詳見報道《這是處理器市場的衰落嗎？讓 AMD 在追趕英特爾的過程中實現飛躍的兩個關鍵參與者》 /2020 年 5 月 15 日）
為了解決這個問題，英特爾已采取措施增加 MPU 內核的數量，同時延長 14nm 工藝的壽命，以提高 MPU 的性能。然而，核心數量的增加減少了可以從一個晶圓獲得的芯片數量，并降低了良率。
由于英特爾的不景氣，2016 年出貨量為 5.18 億臺的 MPU 下降到 2019 年的 3.83 億臺，減少了 1.35 億臺，導致全球 MPU 短缺。結果，用于數據中心服務器的量產 DRAM 和 NAND 充斥市場，導致價格暴跌。事實上，作為典型DRAM的DDR4的8Gbit產品從8.2美元跌至2.8美元。此外，作為典型NAND的MLC的128Gbit產品，從5.6美元跌至3.9美元（圖7）。
換言之，2019年的存儲器衰退可以說是因為英特爾未能量產10nm MPU（詳見拙著文章《Intel 10nm工藝的推遲引起的存儲器衰退》/2018年12月7日）。那么，這種存儲器衰退今后有沒有可能發生危險？
圖 8 顯示了 MPU、DRAM 和 NAND 出貨量的變化。MPU 出貨量在 2019 年下降到 3.83 億顆，但隨后有所回升，2021 年出貨量為 4.99 億顆，接近 1900 萬顆，直到 2016 年的峰值。
MPU出貨量增加，可以舉出英特爾的10nm勉強啟動、以及向TSMC委托生產的AMD的MPU的出廠數增大等原因。如果 MPU 繼續增長，我認為不會出現存儲器衰退（我真的希望如此）。
然而，也有擔憂。就像我開篇寫的，一個是英特爾的EUV推出，一個是封裝基板不足。
英特爾能掌握 EUV 嗎？
英特爾公布了 2021 年 1 月成為第 8 任 CEO 的 Pat Gelsinger 的新路線圖（相關文章：《英特爾重命名工藝，遠離“nm”》/2021 年 8 月 03 日）。在這個路線圖中，我寫了開始量產年份和臺積電技術節點的比較（圖 9）。
英特爾將于 2021 年開始量產“英特爾 7”，并于 2022 年出貨。這與 2016 年量產啟動失敗的 10 nm 同代(結構、材料、工藝可能已經改變 )，并且與 TSMC 的 N7(ArF 液浸版 )相同。而且，隨著該量產的發展，估計全球出貨的 MPU 數量正在增加。然而，除此之外還有許多棘手的問題。
首先，當我們比較英特爾和臺積電時，認為“英特爾4”對應臺積電5nm，“英特爾3”對應臺積電3nm，“英特爾20A”對應臺積電2nm。假設這種對比是正確的，英特爾將不得不在 2022 年底量產“英特爾 4”，它有大約 15 層 EUV。
不過英特爾只有大約3個EUV，推測不是量產的NXE3400而是研發機NEX3300。在這種狀態下，臺積電的 5nm 等效“Intel 4”在 2022 年下半年推出的可能性很小。說到這一點，2023年下半年推出“英特爾3”和2024年推出“英特爾20A”似乎是無望的。
如果英特爾無法掌握 EUV，“英特爾 4”和“英特爾 3”的量產不啟動，可能會再次導致 MPU 短缺。為了不造成這樣的MPU短缺，期待英特爾將"英特爾 4"和"英特爾 3"完全委托給臺積電生產，以及 AMD將填補英特爾漏洞規模的 MPU給臺積電生產等。
那么，英特爾會怎么做？會不固執地依靠臺積電嗎？
服務器封裝板不足
另一個擔憂是，即使英特爾和 AMD 可以通過外包給臺積電來生產 MPU，搭載該 MPU的 FCBGA（Flip Chip-Ball Grid Array：浮動柵極陣列）基板也不足。
該FCBGA基板是日本Ibiden（伊維登）和Shinko Denki（新光電子）的獨家舞臺（合著的《半導體制造裝置和材料，日本的占有率為何高？2021年12月14日，"日本人特有的氣質"產生的競爭力），但由于世界性的服務器需求增加，FCBGA基板嚴重不足（圖10）。
根據前英特爾合著者 Tadashi Kamewada 的說法，FCBGA 板的短缺預計將持續到 2024 年。如果板子持續不足，可能會成為瓶頸，導致MPU for Server（服務器）不足。這是英特爾和 AMD 都無法解決的問題，所以 Ibiden 和 Shinko Denki 只能盡力而為。