Tăng trưởng và triển vọng của thị trường OSAT trên thế giới

Vai trò OSAT là mắt xích cuối trong chuỗi cung ứng bán dẫn, ngày càng quan trọng trong bối cảnh thiết kế chip ngày càng phức tạp (chiplet, 2.5D, 3D IC…). Các nhà cung cấp OSAT hiện có vai trò cực kỳ quan trọng trong ngành công nghiệp bán dẫn, hơn bao giờ hết, vì họ là cầu nối giữa các nhà máy đúc bán dẫn và người tiêu dùng.

Hình 1 – Cung cấp OSAT theo Ứng dụng và theo Loại Bao bì

OSAT là gì?

OSAT là viết tắt của Outsourced Semiconductor Assembly and Test. Đây là dịch vụ của bên thứ ba mà các nhà cung cấp trên toàn thế giới cung cấp, bao gồm, như tên gọi của nó, lắp ráp bán dẫn, đóng gói và thử nghiệm IC (Mạch tích hợp).

OSAT là nhóm các công ty chuyên cung cấp dịch vụ đóng gói (assembly) và kiểm tra (test) bán dẫn theo yêu cầu của các hãng thiết kế chip (fabless) hoặc hãng có nhà máy sản xuất wafer (IDM).

Vai trò OSAT là mắt xích cuối trong chuỗi cung ứng bán dẫn, ngày càng quan trọng trong bối cảnh thiết kế chip ngày càng phức tạp (chiplet, 2.5D, 3D IC…).

Các nhà cung cấp OSAT hiện có vai trò cực kỳ quan trọng trong ngành công nghiệp bán dẫn, hơn bao giờ hết, vì họ là cầu nối giữa các nhà máy đúc bán dẫn và người tiêu dùng.

Các nhà cung cấp OSAT cung cấp các dịch vụ thử nghiệm như: thử nghiệm wafer và thử nghiệm cuối cùng. Và ngoài ra, dịch vụ lắp ráp như: QFN, BGA, WLCSP và nhiều hơn nữa.

Tính đến năm 2020, thị trường OSAT được định giá ở mức 31,64 tỷ đô la và dự kiến ​​sẽ đạt 49,71 tỷ đô la với CAGR (Tỷ lệ tăng trưởng kép hàng năm) là 7,3% trong năm đến sáu năm tới. Nhu cầu tăng từ ngành ô tô và các thiết bị kết nối IoT (Internet vạn vật) được coi là động lực chính trong giai đoạn có thể thấy trước.

Các công ty OSAT được các công ty thiết kế bán dẫn như Intel, AMD, Nvidia, v.v. ký hợp đồng và thực hiện theo thiết kế của các công ty đó. Ví dụ, Intel vừa là nhà thiết kế chip vừa là nhà đúc (nhà cung cấp wafer) — do thực tế là họ sở hữu và vận hành các nhà máy hoặc xưởng đúc của riêng mình. Intel thuê ngoài việc đóng gói chip cho nhiều OSAT khác nhau để lắp ráp và thử nghiệm — trước khi họ giao chip cho khách hàng.

Tổng quan về nhà cung cấp OSAT

Hình 2 – Nhà cung cấp OSAT – 3 công ty lớn nhất

Thị trường OSAT có tính cạnh tranh cao, với rất nhiều công ty cạnh tranh để giành vị trí hàng đầu. Hiện tại, Trung Quốc là thị trường mới nổi cho các nhà cung cấp OSAT và cũng là thị trường lớn nhất trên toàn cầu. Điều này là do chính quyền địa phương, nhận ra những lợi ích tiềm năng, đưa ra các ưu đãi và hỗ trợ cho các nhà cung cấp OSAT địa phương theo kế hoạch “Sản xuất tại Trung Quốc 2025” của họ.

Sau đây là danh sách không đầy đủ các nhà cung cấp OSAT:

Tập đoàn công nghệ ASE

Công ty TNHH Công nghệ Amkor

Công ty TNHH Công nghệ Powertech

Công ty TNHH Công nghệ Chipmos

Công ty TNHH Điện tử King Yuan

Công ty TNHH Công nghệ tiên tiến Formosa

Công ty TNHH Công nghệ Điện tử Trường Giang Giang Tô

Công ty TNHH UTAC Holdings

Công ty TNHH Công nghiệp chính xác Lingsen

Công ty vi điện tử Tongfu

Công ty Công nghệ Chipbond

Công ty Hana Micron

Công ty TNHH Vi điện tử tích hợp

Công ty TNHH Công nghệ Tianshui Huatian

Tổng quan thị trường OSAT

Hình 3 – Phân bố nhu cầu chất bán dẫn theo mục đích sử dụng cuối cùng trên toàn thế giới năm 2019

Phân khúc điện thoại thông minh là nguồn doanh thu lớn nhất của các nhà cung cấp OSAT, với hơn 1 tỷ lô hàng mỗi năm. Gần đây, thị trường đã trở nên bão hòa và đang suy giảm. Phân khúc này vẫn có vai trò rất quan trọng đối với các công ty OSAT do số lượng đơn đặt hàng điện thoại thông minh hiện tại. Hơn nữa, việc giới thiệu công nghệ 5G sẽ mang lại thêm lợi nhuận cho thị trường.

Một phân khúc lớn khác là lĩnh vực công nghiệp, trong đó kết nối đã trở thành cốt lõi trong những năm gần đây. Do đó, nhu cầu về điện toán biên và thiết bị IoT được dự đoán sẽ tăng theo cấp số nhân trong mười đến hai mươi năm tới.

Về phía AI, do AI và các công nghệ liên quan khác đã được áp dụng rộng rãi nên các công ty nhỏ hơn trên thị trường điện tử đang phát triển các chip mới hơn, vốn thiếu cơ sở hạ tầng để thử nghiệm và đóng gói, phải dựa vào OSAT để sản xuất chip phù hợp với AI.

Các nhà cung cấp chip buộc phải phát hành sản phẩm mới trong một khoảng thời gian ngắn và hạn chế. Các nhà sản xuất chip cũng đang cố gắng tích hợp càng nhiều thành phần càng tốt vào một con chip duy nhất, điều này làm tăng thêm độ phức tạp và thời gian cần thiết để đưa ra các IC. Các nhà thiết kế này phụ thuộc rất nhiều vào các nhà cung cấp OSAT để mở rộng quy mô sản xuất của họ nhằm đáp ứng nhu cầu thị trường hiện tại.

Ngoài ra, do chi phí xây dựng và vận hành các dây chuyền sản xuất lớn hơn rất cao nên các nhà sản xuất ngày càng có xu hướng thuê ngoài hoạt động lắp ráp và thử nghiệm chất bán dẫn cho các nhà cung cấp bên thứ ba để họ có thể tập trung hơn vào các hoạt động cốt lõi là thiết kế và kỹ thuật.

Sự bùng phát của đại dịch COVID-19 đã làm gián đoạn đáng kể chuỗi cung ứng và sản xuất, đặc biệt là ở khu vực Châu Á – Thái Bình Dương, đây là thị trường lớn nhất của các công ty OSAT.

Hầu hết các ngành sản xuất chất bán dẫn đều bị ảnh hưởng bởi thực tế là khu vực Châu Á – Thái Bình Dương đã trở thành trung tâm sản xuất của thế giới trong hai mươi đến ba mươi năm qua. Do tình trạng thiếu hụt lao động, nhiều nhà máy đóng gói và thử nghiệm trong khu vực này đã chậm lại hoặc thậm chí dừng hoạt động, tạo ra tình trạng tắc nghẽn cho các công ty phụ thuộc vào dịch vụ của nhà cung cấp OSAT.

Hình 4 – Tỷ lệ tăng trưởng dự kiến ​​theo khu vực 2020-2025

Trong toàn bộ ngành công nghiệp ô tô, có một sự dịch chuyển liên tục hướng tới nhiều thiết bị điện tử hơn và ngành công nghiệp bán dẫn đã được hưởng lợi nhiều nhất từ ​​điều này.

Số lượng thiết bị điện tử được lắp đặt trong hệ thống ô tô đã tăng lên đáng kể và một trong những thành phần quan trọng của ô tô trong tương lai sẽ là ADAS (Hệ thống hỗ trợ lái xe tiên tiến).

ADAS sẽ có sự thâm nhập sâu rộng hơn nữa do các quy định mới của EU và Hoa Kỳ, theo đó tất cả các phương tiện đều phải được trang bị hệ thống phanh khẩn cấp tự động và hệ thống cảnh báo va chạm phía trước. Ngoài ra, việc thúc đẩy năng lượng tái tạo tạo ra một lĩnh vực có khả năng sinh lời khác cho các nhà cung cấp OSAT, vì xe điện và hệ thống phát điện tái tạo đều sẽ cần nhiều thiết bị điện tử hơn.

Bên cạnh các IC tiêu chuẩn truyền thống, sự quan tâm đến ASIC cũng đang tăng nhanh, vì chúng có thể được tùy chỉnh cho một ứng dụng cụ thể.

Một ví dụ đáng chú ý là sự phát triển của Chip FSD (Tự lái hoàn toàn), trong đó có hai chiếc (để đảm bảo an toàn và dự phòng) trong mỗi chiếc xe do Tesla sản xuất. Nó đã được phát triển như một giải pháp thay thế tốt hơn cho GPU Nvidia mà Tesla đã sử dụng trước đây, vốn không đủ để đạt được FSD trong khung thời gian do Elon Musk, Giám đốc điều hành của Tesla (CEO) áp đặt.

Nhiều công ty bán dẫn vốn trước đây tránh xa ngành ô tô giờ đây đang mạo hiểm bước vào thị trường đang phát triển này và các công ty OSAT như Amkor Technology Inc. đã thành lập các cơ sở chuyên dụng chỉ phục vụ nhu cầu của ngành ô tô.

Trung Quốc đặt mục tiêu thống trị OSAT

Ngành công nghiệp thử nghiệm và đóng gói IC được dự đoán sẽ ghi nhận tiềm năng tăng trưởng tại Trung Quốc trong 5 đến 10 năm tới, với động lực doanh thu chính là sự gia tăng về số lượng linh kiện điện tử mà các thiết bị di động yêu cầu.

Nhu cầu tích cực này cũng đã làm tăng việc triển khai các giải pháp đóng gói tiên tiến cung cấp mức độ tích hợp cao hơn và số lượng kết nối I/O cao hơn, giúp chip vừa nhỏ hơn vừa phức tạp hơn cùng một lúc.

Cộng hòa Nhân dân Trung Hoa là quê hương của ba trong năm công ty điện thoại thông minh lớn nhất toàn cầu, tạo ra cơ hội to lớn cho việc áp dụng chất bán dẫn, đồng thời cũng làm tăng độ tin cậy của thị trường toàn cầu đối với hoạt động sản xuất của Trung Quốc.

Điều này có thể tốt cho lợi nhuận của các công ty phương Tây, nhưng lại gây bất lợi về lâu dài nếu một đại dịch hoặc thảm họa toàn cầu khác xảy ra.

Đài Loan là nơi đặt trụ sở của các công ty như TSMC (Công ty sản xuất chất bán dẫn Đài Loan) và ASE Group, những công ty đã hợp tác với các gã khổng lồ công nghệ như Apple, Qualcomm, NVIDIA và AMD để lắp ráp và thử nghiệm chip của họ.

Thị trường OSAT trong thời kỳ Covid-19

Do đại dịch 2020-2021, các đợt đóng cửa nhà máy trên toàn thế giới sau đó, xu hướng chuyển sang làm việc trực tuyến và làm việc tại nhà trở nên gần như phổ biến, nhu cầu về chất bán dẫn nói chung đã tăng vọt, trong khi nguồn cung lại tụt hậu.

Đầu tiên, động thái chuyển sang chính sách làm việc tại nhà đã tạo ra làn sóng mua sắm đồ điện tử chưa từng có, làm cạn kiệt hàng tồn kho tại chỗ của hầu hết các nhà bán lẻ. Do đó, nhiều thiết bị hơn đã được đặt hàng, về mặt lý thuyết là giải quyết được vấn đề.

Chỉ có một vấn đề:

Thứ nhất, các nhà máy hoặc xưởng đúc, nơi cuối cùng là nguồn cung cấp tất cả các thiết bị điện tử mà chúng ta sử dụng, đã hoạt động gần hết công suất hoặc gặp vấn đề về nhân sự do đại dịch. Vì vậy, nhu cầu tăng gần như theo cấp số nhân trong một thời gian ngắn.

Thứ hai, làm trầm trọng thêm tình trạng thiếu hụt nguồn cung này là làn sóng tăng giá tiền điện tử thứ hai, khi nhu cầu về các loại card đồ họa mới và tốt hơn cũng như/hoặc ASIC được công bố vào năm 2020 tăng cao từ các thợ đào.

Thứ ba, ngành công nghiệp ô tô, sau sự sụt giảm đột ngột doanh số bán ô tô vào tháng 3 năm 2020 và các đợt sa thải lớn vào tháng 3, tháng 4 và tháng 5 năm 2020, đã đặt hàng ít chip điện tử và linh kiện hơn cho ô tô của họ. Sau đó, sự quan tâm đã hồi sinh và doanh số tăng nhanh hơn dự kiến. Vì các xưởng đúc đã đạt công suất tối đa, nên các nhà sản xuất ô tô đôi khi phải dừng dây chuyền lắp ráp do thiếu các thiết bị điện tử, vốn rất quan trọng đối với ô tô (như ECU điều khiển động cơ trong ô tô ICE).

Có nhiều yếu tố khác tác động đến tình trạng thiếu hụt, nhưng ba yếu tố này là nguyên nhân chính gây ra vấn đề. Tất cả những điều này chỉ giúp tăng tầm quan trọng của vai trò của các nhà cung cấp OSAT trong bối cảnh hiện tại và thập kỷ tiếp theo.

Quy mô và tăng trưởng thị trường OSAT (2020–2025)

Tăng trưởng bình quân 2020–2025: ~7.7%

Các công ty OSAT lớn và vị thế hiện tại (2024–2025)

Các công ty OSAT hiện đang tìm cách mở rộng các nhà máy hiện tại và xây dựng các nhà máy mới, nhưng nói thì dễ hơn làm, vì những dự án này tốn rất nhiều tiền, từ hàng chục đến hàng trăm triệu đô la, và mất nhiều thời gian.

Ngoài ra, các OSAT đó cũng cần có IC, cũng cần được sản xuất ở đâu đó, làm trầm trọng thêm vấn đề hiện tại.

Tóm lại, OSAT là mắt xích thiết yếu trong ngành bán dẫn, tăng trưởng đều đặn nhưng đối mặt với sự thay đổi công nghệ nhanh chóng. Giai đoạn 2020–2025 chứng kiến sự chuyển dịch từ đóng gói truyền thống sang đóng gói tiên tiến, đặc biệt là chiplet và tích hợp hệ thống 3D. Xu hướng tương lai sẽ nghiêng mạnh về đóng gói tích hợp thông minh, sử dụng AI trong kiểm thử, và phân bổ lại chuỗi cung ứng theo địa chính trị.