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作者 |??ZeR0，編輯?|??漠影
美國發(fā)展本土先進封裝生態(tài)系統(tǒng)的初步商業(yè)成果正在顯現(xiàn)。
芯東西5月15日報道，美國半導體行業(yè)協(xié)會與波士頓咨詢合作發(fā)布了一份38頁全球芯片產(chǎn)業(yè)報告《半導體供應鏈的彈性正在顯現(xiàn)》。
▲按主要地區(qū)劃分的政府激勵措施（從左到右按GOP規(guī)模排列）
根據(jù)報告，半導體行業(yè)已經(jīng)變得易受地理集中的影響，在整個供應鏈中，至少有50個點上，一個地區(qū)占據(jù)了全球65%以上的市場份額。
報告預計2024-2032年，私營部門對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。預計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，美國的份額預計將下降到全球容量的8%。該報告還預測到2032年，頂尖晶圓制造能力將從臺灣和韓國擴展到美國、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)長達數(shù)十年的下滑趨勢，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%。
本報告提供了當前政策對全球半導體供應鏈未來投資的影響及其對彈性的影響的最新觀點，從廣義上將彈性定義為供應鏈地理多樣化的改善，并分析預測了相關(guān)產(chǎn)業(yè)趨勢對未來十年可能產(chǎn)生的影響，?預測晶圓制造分布和ATP容量的變化，還考慮了供應鏈其他部分的地理多樣化，包括芯片設(shè)計、核心IP、EDA、設(shè)備和材料。全球半導體供應鏈呈現(xiàn)高度專業(yè)化，不同地區(qū)在不同領(lǐng)域具有優(yōu)勢。
比如，總部在美國的公司在芯片設(shè)計、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、中國臺灣、韓國在半導體材料方面領(lǐng)先；韓國、中國臺灣企業(yè)在先進芯片制造領(lǐng)域領(lǐng)先；組裝、測試和封裝 （ATP）主要集中在中國大陸和臺灣。供應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)公司都能進入全球市場。但地理集中也造成了脆弱性，預計未來將呈現(xiàn)顯著的地域多元化，主要從晶圓制造和封測兩個領(lǐng)域開始。報告認為考慮到成本壓力，封測組裝企業(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封裝設(shè)施。中國臺灣企業(yè)已經(jīng)宣布計劃在島上新建7座晶圓廠。臺灣芯片制造龍頭臺積電還與索尼、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的2nm芯片生產(chǎn)線。韓國宣布了一項投資471億美元的計劃，在京畿道的一個大型芯片集群建造16座新晶圓廠。從2020年到2023年底，僅是在美國就宣布了80個新的半導體制造項目，預計將創(chuàng)造5萬個直接新增就業(yè)崗位。歐洲在新產(chǎn)能方面進行了大量投資，自2020年以來宣布了7項重大晶圓廠投資。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，以及臺積電與歐洲領(lǐng)先半導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。波蘭也準備設(shè)立一家新的英特爾先進封裝工廠。報告預計從現(xiàn)在到2032年，各地區(qū)之間將有大量投資流動。
大力投資于前沿技術(shù)可以使一個地區(qū)在創(chuàng)新的前沿競爭，但不會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，允許一個地區(qū)在短期內(nèi)實現(xiàn)更多的金錢和就業(yè)價值，風險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，中國臺灣和韓國公司在美國、歐洲和日本的投資明顯增加。先進的邏輯產(chǎn)量將從2022年幾乎100%分布在韓國和臺灣，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。當計劃中的晶圓廠投入使用時，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，動態(tài)隨機存取存儲器（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提高。到2032年，韓國的市場份額預計將從30%上升到42%，日本和韓國合計將占到約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)的參與份額將達到5%或更高。公司采取這些具體的、戰(zhàn)略性的、有針對性的舉措的最終結(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%。
報告預計在未來十年，每個主要地區(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毫米當量）而言，這意味著從2022年的1121千瓦時（每月數(shù)千片晶圓）增加到2032年的3393千瓦時（增長203%）。
目前，中國大陸有3000多家無晶圓廠設(shè)計公司，年收入以兩位數(shù)的速度增長。中國大陸的本土芯片設(shè)計主要集中在消費電子產(chǎn)品、工業(yè)控制系統(tǒng)和智能設(shè)備芯片上，但在先進的CPU、GPU和FPGA以及相應的高端服務器和計算機電源管理方面競爭力較弱。
美國在EDA中的領(lǐng)導地位不應被視為理所當然。在2018年至2023年期間，中國大陸領(lǐng)先的EDA軟件供應商華大九天實現(xiàn)了6倍的收入增長。價值1100億美元的半導體設(shè)備市場涵蓋了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細分市場占據(jù)了70%的市場份額，每個細分市場都由少數(shù)幾家主要供應商主導。
一家歐洲公司占據(jù)了光刻市場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%的市場份額。排名前15位的設(shè)備供應商在總共17個國家擁有生產(chǎn)設(shè)施。這些措施還包括建立新的培訓中心，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)報道，至少有5家中國生產(chǎn)商正在進行批量生產(chǎn)；中小企業(yè)創(chuàng)建了光刻示范設(shè)備；北方華創(chuàng)和中微半導體已進入更大節(jié)點的蝕刻市場。價值640億美元的半導體材料市場包括用于供應鏈前端（400億美元）和后端（ATP，240億美元）的化學品和材料。
硅晶片和光抗蝕劑占前端材料總市場的一半左右（195億美元），但其他子類別，如氣體、濕化學品、CMP漿料和濺射靶，對制造過程的各個步驟也至關(guān)重要。同樣，基板和引線框架約占后端市場的一半（128億美元）。大多數(shù)領(lǐng)先的半導體材料公司總部設(shè)在日本、美國和歐盟。在前端和后端材料市場的多個細分市場中，日本至少有三家領(lǐng)先的供應商。美國商務部工業(yè)和安全局2023年12月發(fā)布的一項調(diào)查發(fā)現(xiàn)，行業(yè)受訪者“對三種材料的國內(nèi)來源表示嚴重擔憂：裸晶圓、氣體和濕化學品”。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，價值950億美元的ATP市場主要集中在東北亞。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ATP設(shè)施中，預計將有25個在中國大陸和臺灣。
從長期來看，在持續(xù)的政策支持和海外投資下，報告預計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)達地區(qū)。東南亞已經(jīng)是ATP活動的中心，占全球總量的20%左右。在占ATP市場不到一半的先進封裝領(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20億美元的工廠，用于封裝臺積電為蘋果生產(chǎn)的芯片；英特爾將在新墨西哥州里奧蘭喬的工廠投資35億美元用于先進封裝；SK海力士計劃投資約40億美元，在美國印第安納州建設(shè)先進封裝工廠；三星還計劃在德克薩斯州建設(shè)一個先進封裝工廠。一個潛在的關(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)動的晶圓廠經(jīng)濟可能會導致降低晶圓價格的巨大壓力，這可能會導致無晶圓廠公司重新考慮工藝技術(shù)選擇決策。
未來十年，半導體將在全球經(jīng)濟中發(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)的供應鏈和生態(tài)系統(tǒng)如此復雜，而且在全球范圍內(nèi)相互交織。然而，從地緣政治緊張局勢和更復雜的監(jiān)管環(huán)境到勞動力短缺和成本上升，許多因素都強調(diào)了供應鏈多樣化和投資以提高彈性的必要性。同樣，各國政府也認識到半導體的戰(zhàn)略重要性，并尋求通過吸引和激勵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。
