美中「脫鉤」?智慧型手機晶片露端倪

作者 : Junko Yoshida,EE Times特約記者

美中貿易戰衍生出兩大經濟強權是否可能徹底分道揚鑣的討論…究竟兩國之間的「脫鉤」是否為「現在進行式」?

持續延燒的美中貿易戰衍生出「脫鉤」(decoupling)這個流行語,用以描述兩大經濟強權之間徹底分道揚鑣的可能性…而究竟兩國之間的「脫鉤」是否真是「現在進行式」?也許並非是宏觀經濟層面,而從全球電子產業供應鏈角度來看更為明顯?世界各國政府準備投入數十億美元的資金進行全球供應鏈的重新配置,上述問題的答案也將成為相關行動的指引。

法國拆解分析研究機構System Plus Consulting最新發表的「智慧型手機設計案觀測」(Smartphone Design Win Monitor)報告,提供了一些具啟發性的資料點;該報告每一季分析8款智慧型手機,一年總共32款產品,如該機構執行長Romain Fraux所言,提供了「對市場的充分表述。」

System Plus報告除了按照供應商名稱細分智慧型手機零組件,也標示了這些供應商的國籍。此外該報告確認了每一款手機中佔據最高比例(根據晶片面積尺寸)的「半導體內容」供應商,深入研究了其晶片製程節點、晶圓片尺寸,也揭露了不同智慧型手機供應商的技術選擇(包括處理器、CMOS影像感測器、NAND與DRAM等等)。

最新的System Plus觀測報告是即時性的,正好在全球電子產業數個月以來遭遇晶片缺貨窘境的此刻發表,提供了一些目前智慧型手機需要多少片晶圓,以及這些晶圓中有多少是由先進技術所驅動。而美國與歐洲都在積極投資尖端製程晶圓廠,該分析報告也能為這些投資是否必要的相關爭議提供新觀點。

從智慧型手機零件透露的訊息…

System Plus報告中列出的手機是根據母公司Yole Développement的智慧型手機出貨資料;Fraux解釋,如果一家智慧型手機供應商的市佔率為20%,該機構每一季的分析報告中就會有20%是來自那家供應商的手機。下表是過去一年System Plus分析的32款手機。

 

 

System Plus Consulting最新「智慧型手機設計案觀測」(Smartphone Design Win Monitor)報告在過去一年分析的32款手機。

(圖片來源:System Plus Consulting)

 

Fraux強調,他們發表智慧型手機設計案觀測報告與美中貿易戰無關,該報告的價值所在是深入探索了智慧型手機供應鏈,以及技術創新趨勢。其中值得一提的發現是,System Plus報告顯示蘋果(Apple)與華為(Huawei)這兩家智慧型手機大廠的零組件供應生態鏈差異性非常大。

以蘋果的iPhone 12 5G機型為例,其中65%的零組件(以單位數量計)來自於美國公司;而華為的nova 7 SE 5G Youth則有34%的零件來自中國,20%來自台灣,11%來自德國(參考下表)。

 

iPhone 12 5G與nova 7 SE 5G Youth零組件供應商國別比較。

(圖片來源:System Plus Consulting)

 

Fraux指出,上述兩款手機的功能幾乎相同,「可以通話、可以玩遊戲、可以拍照…不過兩家智慧型手機的零組件選擇相當不同;」顯然華為採用更多中國本地的零組件,「這並不是秘密,這一直是華為的夢想。」不過在被問到華為是否在美中貿易戰爆發後積極採用更多中國零組件時,Fraux婉拒評論;他僅表示,華為對中國供應商的依賴「從很早以前就開始了。」

System Plus的智慧型手機設計案觀測報告還為兩個常被問到的問題提供了答案:一是在美國將華為列入黑名單,並禁止美國公司供應零組件給這家中國手機大廠後,華為的替代選項是什麼?還有,該公司是否轉向歐洲、本或其他地方的供應商?如下表所示,System Plus的分析顯示了華為的智慧型手機是找了哪些供應商的零組件做為替代。

 

iPhone 12 5G與nova 7 SE 5G Youth零組件供應商比較。

(圖片來源:System Plus Consulting)

 

深入分析手機半導體內容還可看出…

值得注意的是,System Plus報告將「零組件」與「半導體內容」做了區別,前者指的包括在單一封裝中內含數顆裸晶的電子零件,但若深入探索個別裸晶,可以進一步顯示那些半導體供應商分別在蘋果與華為的智慧型手機中佔據最大面積。

在iPhone 12,佔據最多裸晶面積的分別為高通(Qualcomm,總裸晶面積207 mm2)、美光(Micron, 165 mm2)、蘋果自有晶片(145 mm2)、鎧俠(Kioxia,110 mm2)以及Sony (92 mm2);在華為nova 7SE,則是以三星(Samsung,513 mm2)、海思(HiSilicon,267 mm2)與Sony (53 mm2)佔據最多裸晶面積,詳細列表如下。

 

iPhone 12 5G與nova 7 SE 5G Youth零組件供應商裸晶面積比較。

(圖片來源:System Plus Consulting)

 

相同的資料以晶片供應商的國別(總部所在地,非晶片製造地)來比較(參考下表),System Plus報告顯示蘋果手機的半導體「成份」主要來自美國供應商,華為手機內部半導體則主要仰賴韓國(三星)、中國(海思)。

 

iPhone 12 5G與nova 7 SE 5G Youth零組件供應商裸晶面積比較,以供應商國別區分。

(圖片來源:System Plus Consulting)

 

從兩款手機的半導體內容分析更可以看出美國對華為祭出禁令的後果,對此Fraux的觀察是:「因為華為無法利用台積電(TSMC)的先進技術生產半導體,該公司要找替代零件會更複雜。不知道華為的下一款手機是什麼情況,一旦上市我們立刻就會進行分析;」他補充:「據我們所知,華為已經掉了不少市佔率…現在我們想看看他們能完成怎樣的零組件整合。」

從華為的手機半導體供應鏈分析也可看出中國的弱點。「就算華為採用了像海思等中國晶片業者的半導體元件,所佔據的裸晶面積也比三星少很多;」Fraux指出,這是因為三星提供的主要是記憶體,佔據了很大部份的裸晶面積,而「中國還沒有出現像是三星那樣先進的大型記憶體供應商。」

在另一方面,Fraux表示,從iPhone 12的裸晶面積分布情況「可以看到眾多晶片業者的參與;」而一個有趣的例子是佔據面積最大的高通,該公司過去甚至不在蘋果的供應鏈中,但其地位在iPhone 12的美國市場版本上市後逆轉──與在其他市場販售的iPhone 12不同,美國版支援5G毫米波,而高通正是該技術市場上的領導者。

蘋果vs.華為:迥異的進化軌跡

System Plus報告也顯示,蘋果與華為在不同手機機型上的半導體內容進化軌跡迥異。舉例來說,該報告觀測的蘋果手機機型包括iPhone X、iPhone XR、iPhone 11、iPhone 11 pro、max與iPhone 12,以供應商國別來分析裸晶面積,可看出不同機型之間的波動,「但主要與記憶體有關。」

根據Fraux的觀察,iPhone採用更多來自鎧俠──前身為東芝記憶體(Toshiba Memory)──或美光的NAND快閃記憶體;iPhone的半導體內容演進,反映了美國與日本之間的記憶體之爭,而結果是美國的晶片業者還是佔據了iPhone的大部份裸晶面積。

 

蘋果與華為手機演進過程中的各國「半導體勢力」消長。

(圖片來源:System Plus Consulting)

 

分析華為的手機演進方向,則呈現鮮明對比。System Plus觀測的華為機型涵蓋Mate 10、P20、P30,以及Mate 30 pro、P40 pro;Fraux指出:「可以明顯看到華為開始移除大多數的美國技術──從P20 pro與Mate 2開始,大約2年或3年前。」

上圖顯示,在iPhone演進軌跡中有一家瑞士公司一直在蘋果手機的半導體內容中佔據一席之地,即意法半導體(ST,總部位於日內瓦)。這家法國-義大利混血半導體公司穩定為iPhone供應飛行時間(ToF)感測器、近紅外線攝影機、OLED顯示器電源管理晶片(PMIC),以及配備泛光照明器(flood illuminator)的近接感測器。

智慧型手機半導體內容的技術創新

System Plus的報告當然不只關注蘋果與華為手機之間的比較,還顯示了智慧型手機在技術創新以及供應商技術選擇上的市場趨勢。下表顯示了iPhone 11 pro max與iPhone 12 pro max的半導體內容,後者選擇容納更多的DRAM,有6GB的記憶體,前者則只有4GB。Fraux表示,蘋果增加了20%的半導體用量,這意味著蘋果為記憶體供應商提供了更多機會。

 

iPhone的半導體內容演進。

(圖片來源:System Plus Consulting)

 

iPhone半導體內容更大的改變在於RF領域。美國版iPhone 12 pro max採用5G毫米波技術,因此蘋果增加了75%的RF半導體內容;Fraux表示:「這為特別是高通這樣的業者來說,帶來了非常非常大的市場商機。」

另一個特別值得注意的是iPhone應用處理器,從7奈米製程節點演進至5奈米節點,將晶片面積縮小了18%,卻容納了更多電晶體,也提升了處理器性能。Fraux指出,「蘋果每一款新iPhone機型都在處理器性能上有所提升,添加了更多功能;而就算在處理器內容納了更多電晶體,晶片的尺寸都維持相同(或縮小)。」

iPhone的外觀尺寸發展趨勢也是這樣,他指出:「蘋果維持了每一代的iPhone尺寸大小,」儘管添加了像光達、臉部辨識、5G技術或更多記憶體。

智慧型手機消耗多少半導體晶圓?

有鑑於最近幾個月市場上醞釀的晶片缺貨憂慮,業界會想知道智慧型手機生產需要消耗多少晶圓片,以及有多少晶圓片是採用尖端製程節點。在System Plus的智慧型手機設計案觀測報告中,就根據裸晶面積分析了不同智慧型手機晶片消耗的晶圓片數量。

以該機構在2021年第一季分析的智慧型手機為基礎,其結論是,先進製程節點(14奈米到5奈米節點)佔據了30%的裸晶面積,主要是DRAM與應用處理器。而透過裸晶面積計算,結合Yole對2021年第一季智慧型手機出貨量為3.533億支的估計,System Plus推斷整個智慧型手機市場在2021年第一季的需求量為:

  • 14奈米至5奈米製程節點晶圓220萬片;
  • 28奈米至15奈米製程節點晶圓180萬片;
  • 90奈米至32奈米製程節點晶圓100萬片。

而因為目前產業界對於美國與歐洲是否應該要興建新晶圓廠有諸多爭議,System Plus根據以上的資料製作了一張圖表如下:

 

(圖片來源:System Plus Consulting)

 

「當然,尖端製程很重要;」但Fraux指出,從一支手機消耗的裸晶面積來看,「只有27%的裸晶面積需要先進製程。因此,以晶圓片數量來看,還是會需要其他舊製程節點──佔據裸晶面積達73%。」

但目前看來,幾乎每一座準備新建的晶圓廠都是先進製程,那誰來支援那些舊節點?Fraux表示:「這是個好問題,事實上,有一些廠商已經開始擔心這件事。」以ST為例,該公司獲得iPhone採用的元件(都不需要採用先進製程節點),或許可以部份解釋為何該公司對於加入可能成形的歐洲半導體聯盟態度猶豫。

根據《路透社》(Reuters)的一篇報導指出,ST執行長Jean-Marc Chéry雖支持歐盟委員會對於籌組半導體聯盟的提議,卻表示ST沒有興趣參與。Fraux表示:「ST專注於自家表現良好的業務,該公司生產很多舊製程節點晶片,像是電源管理等元件。」

編譯:Judith Cheng

(參考原文:Apple vs. Huawei: Decoupled Economies, Tech & Supply Chains,by Junko Yoshida)

 

 

 

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