13張圖穿透全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈，美國砸錢力扶芯片制造起效果了？

作者 |??ZeR0，編輯?|??漠影

美國發(fā)展本土先進(jìn)封裝生態(tài)系統(tǒng)的初步商業(yè)成果正在顯現(xiàn)。

芯東西5月15日?qǐng)?bào)道，美國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)與波士頓咨詢合作發(fā)布了一份38頁全球芯片產(chǎn)業(yè)報(bào)告《半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的彈性正在顯現(xiàn)》。

▲按主要地區(qū)劃分的政府激勵(lì)措施（從左到右按GOP規(guī)模排列）

根據(jù)報(bào)告，半導(dǎo)體行業(yè)已經(jīng)變得易受地理集中的影響，在整個(gè)供應(yīng)鏈中，至少有50個(gè)點(diǎn)上，一個(gè)地區(qū)占據(jù)了全球65%以上的市場(chǎng)份額。

報(bào)告預(yù)計(jì)2024-2032年，私營部門對(duì)晶圓制造的投資約為2.3萬億美元，而在美國《芯片法案》頒布前的10年（2013-2022年），這一數(shù)字為7200億美元。預(yù)計(jì)美國將占這些資本支出的28%，而在《芯片法案》之前，美國的投資速度將僅占全球資本支出的9%。而如果沒有《芯片法案》，到2032年，美國的份額預(yù)計(jì)將下降到全球容量的8%。該報(bào)告還預(yù)測(cè)到2032年，頂尖晶圓制造能力將從臺(tái)灣和韓國擴(kuò)展到美國、歐洲和日本；2022年至2032年間，美國的晶圓廠產(chǎn)能將增加203%，成全球增幅最大的國家；到2032年，美國將扭轉(zhuǎn)長達(dá)數(shù)十年的下滑趨勢(shì)，將其在全球晶圓廠總產(chǎn)能中的份額從目前的10%提高到14%。

本報(bào)告提供了當(dāng)前政策對(duì)全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈未來投資的影響及其對(duì)彈性的影響的最新觀點(diǎn)，從廣義上將彈性定義為供應(yīng)鏈地理多樣化的改善，并分析預(yù)測(cè)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)對(duì)未來十年可能產(chǎn)生的影響，?預(yù)測(cè)晶圓制造分布和ATP容量的變化，還考慮了供應(yīng)鏈其他部分的地理多樣化，包括芯片設(shè)計(jì)、核心IP、EDA、設(shè)備和材料。全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈呈現(xiàn)高度專業(yè)化，不同地區(qū)在不同領(lǐng)域具有優(yōu)勢(shì)。

比如，總部在美國的公司在芯片設(shè)計(jì)、核心IP、EDA方面處于領(lǐng)先地位；美歐日企業(yè)在設(shè)備領(lǐng)域領(lǐng)先；中國大陸、日本、中國臺(tái)灣、韓國在半導(dǎo)體材料方面領(lǐng)先；韓國、中國臺(tái)灣企業(yè)在先進(jìn)芯片制造領(lǐng)域領(lǐng)先；組裝、測(cè)試和封裝 （ATP）主要集中在中國大陸和臺(tái)灣。供應(yīng)鏈的全球整合特性使區(qū)域?qū)I(yè)化成為可能，使每家專業(yè)公司都能進(jìn)入全球市場(chǎng)。但地理集中也造成了脆弱性，預(yù)計(jì)未來將呈現(xiàn)顯著的地域多元化，主要從晶圓制造和封測(cè)兩個(gè)領(lǐng)域開始。報(bào)告認(rèn)為考慮到成本壓力，封測(cè)組裝企業(yè)不太可能將總部設(shè)在美國，除非是在新晶圓廠附近的一些先進(jìn)封裝設(shè)施。中國臺(tái)灣企業(yè)已經(jīng)宣布計(jì)劃在島上新建7座晶圓廠。臺(tái)灣芯片制造龍頭臺(tái)積電還與索尼、電裝、豐田合作，提高日本熊本工廠的制造能力。中國大陸正在深圳、天津和上海進(jìn)行新的晶圓廠投資。日本芯片制造創(chuàng)企Rapidus在北海道的新工廠建立了先進(jìn)的2nm芯片生產(chǎn)線。韓國宣布了一項(xiàng)投資471億美元的計(jì)劃，在京畿道的一個(gè)大型芯片集群建造16座新晶圓廠。從2020年到2023年底，僅是在美國就宣布了80個(gè)新的半導(dǎo)體制造項(xiàng)目，預(yù)計(jì)將創(chuàng)造5萬個(gè)直接新增就業(yè)崗位。歐洲在新產(chǎn)能方面進(jìn)行了大量投資，自2020年以來宣布了7項(xiàng)重大晶圓廠投資。產(chǎn)能的大部分正在德國東部建設(shè)，包括英特爾在馬格德堡的投資，以及臺(tái)積電與歐洲領(lǐng)先半導(dǎo)體制造商在德累斯頓共同投資建設(shè)新工廠。在法國南部，格芯已經(jīng)與意法半導(dǎo)體合作，在克羅萊投資31億美元建造了一家晶圓廠。波蘭也準(zhǔn)備設(shè)立一家新的英特爾先進(jìn)封裝工廠。報(bào)告預(yù)計(jì)從現(xiàn)在到2032年，各地區(qū)之間將有大量投資流動(dòng)。

大力投資于前沿技術(shù)可以使一個(gè)地區(qū)在創(chuàng)新的前沿競(jìng)爭(zhēng)，但不會(huì)完全反映在每月的晶圓開工量上；另一方面，投資于成熟制程，允許一個(gè)地區(qū)在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)更多的金錢和就業(yè)價(jià)值，風(fēng)險(xiǎn)是在需求可能固定或減弱的部分創(chuàng)造過剩的產(chǎn)能。先進(jìn)邏輯的投資模式已經(jīng)在全球范圍內(nèi)變得更加分散，中國臺(tái)灣和韓國公司在美國、歐洲和日本的投資明顯增加。先進(jìn)的邏輯產(chǎn)量將從2022年幾乎100%分布在韓國和臺(tái)灣，到2032年將超過40%分布在這些地區(qū)以外。2022年，美國沒有生產(chǎn)任何先進(jìn)的邏輯芯片。到2032年，美國將生產(chǎn)近30%的工藝小于10nm的邏輯芯片。當(dāng)計(jì)劃中的晶圓廠投入使用時(shí)，歐洲和日本也將生產(chǎn)約12%的10nm以上的芯片。在10至22nm范圍內(nèi)的邏輯工藝方面，日本將從頭開始發(fā)展5%的市場(chǎng)份額，而中國大陸的份額將從6%增加到19%。大于或等于28nm的邏輯將保持良好的分布，大多數(shù)區(qū)域的份額變化很小。中國大陸的份額增幅最大，從2022年的33%上升到2032年的37%。

在其他制程技術(shù)中，動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（DRAM）仍將高度集中在韓國，但美國的份額將從3%增加到9%，增長了3倍。NAND內(nèi)存的地理集中度將會(huì)提高。到2032年，韓國的市場(chǎng)份額預(yù)計(jì)將從30%上升到42%，日本和韓國合計(jì)將占到約75%的容量。離散、模擬和光電子芯片（DAO）將保持良好的分布，所有主要地區(qū)的參與份額將達(dá)到5%或更高。公司采取這些具體的、戰(zhàn)略性的、有針對(duì)性的舉措的最終結(jié)果是，提高了該行業(yè)在按地區(qū)劃分的更“平均”的全球產(chǎn)能份額上的彈性。美國將把其在全球產(chǎn)能中的份額從10%提高到14%。

報(bào)告預(yù)計(jì)在未來十年，每個(gè)主要地區(qū)的產(chǎn)能都將增長80%以上。美國的產(chǎn)能增長速度為203%，將比其他地區(qū)更快，比前十年快得多。就每月數(shù)千片晶圓（300毫米當(dāng)量）而言，這意味著從2022年的1121千瓦時(shí)（每月數(shù)千片晶圓）增加到2032年的3393千瓦時(shí)（增長203%）。

目前，中國大陸有3000多家無晶圓廠設(shè)計(jì)公司，年收入以兩位數(shù)的速度增長。中國大陸的本土芯片設(shè)計(jì)主要集中在消費(fèi)電子產(chǎn)品、工業(yè)控制系統(tǒng)和智能設(shè)備芯片上，但在先進(jìn)的CPU、GPU和FPGA以及相應(yīng)的高端服務(wù)器和計(jì)算機(jī)電源管理方面競(jìng)爭(zhēng)力較弱。

美國在EDA中的領(lǐng)導(dǎo)地位不應(yīng)被視為理所當(dāng)然。在2018年至2023年期間，中國大陸領(lǐng)先的EDA軟件供應(yīng)商華大九天實(shí)現(xiàn)了6倍的收入增長。價(jià)值1100億美元的半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)涵蓋了50多種專業(yè)設(shè)備，但在某些領(lǐng)域的集中度很高。光刻、沉積、材料去除和清洗這三個(gè)細(xì)分市場(chǎng)占據(jù)了70%的市場(chǎng)份額，每個(gè)細(xì)分市場(chǎng)都由少數(shù)幾家主要供應(yīng)商主導(dǎo)。

一家歐洲公司占據(jù)了光刻市場(chǎng)87%的份額。在沉積、材料去除和清洗方面，3家公司（2家位于美國，1家位于日本）占據(jù)了70%-80%的市場(chǎng)份額。排名前15位的設(shè)備供應(yīng)商在總共17個(gè)國家擁有生產(chǎn)設(shè)施。這些措施還包括建立新的培訓(xùn)中心，以增加其所在地區(qū)以外的人才庫。中國大陸目前占全球設(shè)備支出的20%，占全球設(shè)備進(jìn)口的18%。美國、日本和荷蘭的出口管制提高了開發(fā)國內(nèi)替代品的緊迫性。據(jù)報(bào)道，至少有5家中國生產(chǎn)商正在進(jìn)行批量生產(chǎn)；中小企業(yè)創(chuàng)建了光刻示范設(shè)備；北方華創(chuàng)和中微半導(dǎo)體已進(jìn)入更大節(jié)點(diǎn)的蝕刻市場(chǎng)。價(jià)值640億美元的半導(dǎo)體材料市場(chǎng)包括用于供應(yīng)鏈前端（400億美元）和后端（ATP，240億美元）的化學(xué)品和材料。

硅晶片和光抗蝕劑占前端材料總市場(chǎng)的一半左右（195億美元），但其他子類別，如氣體、濕化學(xué)品、CMP漿料和濺射靶，對(duì)制造過程的各個(gè)步驟也至關(guān)重要。同樣，基板和引線框架約占后端市場(chǎng)的一半（128億美元）。大多數(shù)領(lǐng)先的半導(dǎo)體材料公司總部設(shè)在日本、美國和歐盟。在前端和后端材料市場(chǎng)的多個(gè)細(xì)分市場(chǎng)中，日本至少有三家領(lǐng)先的供應(yīng)商。美國商務(wù)部工業(yè)和安全局2023年12月發(fā)布的一項(xiàng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，行業(yè)受訪者“對(duì)三種材料的國內(nèi)來源表示嚴(yán)重?fù)?dān)憂：裸晶圓、氣體和濕化學(xué)品”。后疫情芯片短缺也凸顯了與封裝基板相關(guān)的采購挑戰(zhàn)，封裝基板將芯片連接到電路板。此外，某些原材料，包括鎵、稀土和許多其他關(guān)鍵礦物，仍然主要來自單一地區(qū)。有些人通過回收舊設(shè)備來獲取這些關(guān)鍵材料，絕大多數(shù)這些材料的開采和提煉都是在中國大陸完成的。目前，價(jià)值950億美元的ATP市場(chǎng)主要集中在東北亞。韓國擁有與現(xiàn)有晶圓廠相近的重要后端產(chǎn)能。中國大陸和臺(tái)灣總共擁有全球近60%的ATP產(chǎn)能。在自2020年以來宣布的36個(gè)ATP設(shè)施中，預(yù)計(jì)將有25個(gè)在中國大陸和臺(tái)灣。

從長期來看，在持續(xù)的政策支持和海外投資下，報(bào)告預(yù)計(jì)ATP產(chǎn)能將向其他地區(qū)轉(zhuǎn)移，包括拉丁美洲、歐洲和東南亞欠發(fā)達(dá)地區(qū)。東南亞已經(jīng)是ATP活動(dòng)的中心，占全球總量的20%左右。在占ATP市場(chǎng)不到一半的先進(jìn)封裝領(lǐng)域，技術(shù)突破可能為美國等高成本地區(qū)在ATP領(lǐng)域發(fā)揮更大作用打開大門。一個(gè)關(guān)鍵的創(chuàng)新是chiplets異構(gòu)集成。美國《芯片法案》發(fā)展美國本土先進(jìn)封裝生態(tài)系統(tǒng)的初步商業(yè)成果正在顯現(xiàn)：Amkor宣布將在亞利桑那州皮奧里亞建立一個(gè)20億美元的工廠，用于封裝臺(tái)積電為蘋果生產(chǎn)的芯片；英特爾將在新墨西哥州里奧蘭喬的工廠投資35億美元用于先進(jìn)封裝；SK海力士計(jì)劃投資約40億美元，在美國印第安納州建設(shè)先進(jìn)封裝工廠；三星還計(jì)劃在德克薩斯州建設(shè)一個(gè)先進(jìn)封裝工廠。一個(gè)潛在的關(guān)注領(lǐng)域是≥28nm的邏輯。目前晶圓廠的建設(shè)軌跡使其產(chǎn)能大大超過未來的需求，其中大部分產(chǎn)能位于中國大陸的大型晶圓廠。如果軌跡沒有改變，高利用率驅(qū)動(dòng)的晶圓廠經(jīng)濟(jì)可能會(huì)導(dǎo)致降低晶圓價(jià)格的巨大壓力，這可能會(huì)導(dǎo)致無晶圓廠公司重新考慮工藝技術(shù)選擇決策。

未來十年，半導(dǎo)體將在全球經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，從日常產(chǎn)品到國防和人工智能的前沿。很少有行業(yè)的供應(yīng)鏈和生態(tài)系統(tǒng)如此復(fù)雜，而且在全球范圍內(nèi)相互交織。然而，從地緣政治緊張局勢(shì)和更復(fù)雜的監(jiān)管環(huán)境到勞動(dòng)力短缺和成本上升，許多因素都強(qiáng)調(diào)了供應(yīng)鏈多樣化和投資以提高彈性的必要性。同樣，各國政府也認(rèn)識(shí)到半導(dǎo)體的戰(zhàn)略重要性，并尋求通過吸引和激勵(lì)新的本土或鄰近投資來減少戰(zhàn)略依賴。但彈性并不等同于自給自足，自給自足的成本將是驚人的。