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2022-03-03 17:19
谁正在赢下芯片产能竞赛?

本文来自微信公众号:半导体行业观察 (ID:icbank),作者:L晨光,头图来自:视觉中国


近年来,半导体行业处于风口浪尖,疫情、自然灾害等黑天鹅事件制约供给侧产能释放,全球芯片短缺扰乱产业供应链条,国际间贸易摩擦加剧使行业由分工合作向掌握自主权迈进,芯片制造作为关键环节成为全球电子产业焦点,晶圆代工产能受到了全球前所未有的重视。


数十年来,全球芯片制造产能持续向亚洲转移。国际半导体产业协会数据显示,截至2020年,亚洲占全球芯片产能的79%,其中中国台湾排全球第一,比例达到了22%,之后是韩国,达到了21%,而中国大陆与日本均为15%,美国仅为12%,欧洲9%。


芯片荒给芯片产业发展提出了更高的制造需求,进而引发芯片竞争焦点的转变:从过去的设计领域转向制造领域,业界都致力于加大资金投入,集中资源推动半导体产业供应链的本土化。


在这场“芯片产能之争”中,全球都在加快步伐。


一、席卷全球的“芯片产能竞赛”


2020年以来,美国、欧盟、日韩等纷纷提出新的半导体投资计划和发展目标。近日,美欧日等国家和地区纷纷出台法案,加大对其芯片产业的扶持力度。2月4日,美国众议院通过《2022年美国竞争法案》,其中重点强调对半导体芯片产业领域的支持和补贴,包括投向半导体行业约520亿美元拨款和补贴。此外,该法案还提出未来六年内投入450亿美元,缓解供应链短缺加剧的问题;


伴随着美国一系列振兴半导体制造的政策出台,欧洲也感受到了危机感。2月8日,欧盟委员会公布《芯片法案》,将投入超过430亿欧元公共和私有资金,用于支持芯片生产、试点项目和初创企业,以提高欧盟全球芯片产能份额,化解全球供应链危机。另有消息称,日本政府为吸引更多外部半导体企业在本地建设芯片厂,2022年1月初,日本“芯片补贴法案”通过,预计3月就会生效,该法案补贴给芯片制造商的资金达52亿美元。


此次各国的扶持政策重点多集中在半导体制造,尤其是先进工艺方面。从方式上来看,则是采取巨额补贴的方式,刺激本土半导体产能的扩张。欧盟的《芯片法案》将投入超过430亿欧元资金主要目标是吸引“大型芯片项目”投资。欧盟希望将该地区的芯片产能从目前占全球的10%提高到2030年的20%。美国的520亿美元也主要是针对美国先进制造业的回流,确保美国本土供应链安全。


对此,Gartner研究副总裁盛陵海指出,以前欧美公司对半导体产业链中的制造环节并不够重视。由于制造业需要重资产、高投入,制造企业的资产总量虽大,与轻资产的IC设计公司相比利润率却并不高。但是随着缺芯等问题的出现,这些企业开始意识到在全球半导体产业中占据一定比例的晶圆制造产能是十分必要的。这是各国将半导体制造作为支持重点的主要原因。至于将先进工艺列为重中之重,是因为欧洲缺乏先进工艺的产能,美国在先进工艺上也被台积电、三星所超越,欧美各国希望把这块短板补上。


美国


美国公司占世界芯片销售额的48%,但位于美国的芯片工厂产能只占世界半导体制造业的12%,远低于1990年的37%。由于美国人力成本高昂,高端制程芯片工艺不过关,像高通、苹果、英特尔等公司的高端芯片都交给了韩国的三星、中国台湾的台积电来完成。


现在为了完善自己的产业链,美国想方设法在芯片生产领域发展,不仅让格芯回到本土发展,而且还花费重金邀请台积电、三星前往美国建立芯片工厂。


近两年,美国一直在争取先进制程晶圆厂在本土落地,目标企业涵盖当今三大厂商台积电、三星和英特尔。此举一方面反映了美国对失去芯片制程技术主控优势的焦虑;另一方面也透视出未来芯片产能或将成为国家之间较量的重要武器之一。


欧洲


20世纪90年代,欧盟曾占据全球芯片市场40%以上份额。到21世纪初,这一数字已下降至24%,如今已下降到10%左右。这种落后和趋势尤其令人心焦。


除了前不久欧盟委员会公布的筹划已久的《芯片法案》,近年来欧盟在本地区大规模兴建先进制程晶圆厂方面投入了大量精力,以改变其在全球各地区晶圆产能占比严重落后的局面。2021年4月,欧洲开始效仿美国,计划拿出数百亿欧元补贴邀请台积电、三星、英特尔等企业赴欧建厂。同时,欧盟还考虑建立欧洲半导体联盟的计划,邀请包括ASML、恩智浦、ST和英飞凌等在内的欧洲半导体企业加入,捆绑欧洲本土企业的利益,旨在全球供应链紧缩的情况下,减少对国外芯片制造商的依赖。


日本


2021年6月,日本经济产业省宣布,该国已完成对半导体、数字基础设施及数字产业战略的研究汇总工作,确立了“半导体数字产业战略”,将加强与海外的合作,联合开发尖端半导体制造技术并确保生产能力。


2021年底,日本在批准的预算修正案中,“半导体产业基盘紧急强化一揽子方案”共计获得7740亿日元的预算,其中计划拨出6170亿日元用于强化半导体生产体系。据日媒报道,其中大约4000亿日元用于资助台积电在日本熊本县建立一家新工厂,剩下的2000多亿日元用于其他半导体公司的项目。


韩国


2021年5月,韩国也公布一项长达十年、令人瞩目的芯片投资计划——“K-半导体战略”,政府和企业将斥资4500亿美元在京畿道和忠清道规划半导体产业集群,集半导体设计、原材料、生产、零部件、尖端设备等为一体,旨在主导全球半导体供应链。为了实现这个宏伟目标,韩国政府将为新芯片技术研发项目的投资提供40%至50%的税收抵免,为新工厂的支出提供10%至20%的税收抵免。


中国大陆


据IC Insights和中国海关2020年的数据显示,中国大陆所有芯片制造企业(包括外资厂)能够供给的产能价值为227亿美元,自给率为15.9%。如果剔除外资芯片厂,纯中国大陆芯片制造工厂的产能价值约83亿美元,自给率只有5.9%。


芯片短缺、大幅涨价以及持续已久的贸易摩擦让很多企业意识到,供应环节不能过度依赖外部,应该在国内寻找合适的芯片供应商,或者自主研发芯片。中国的芯片自给需要的是全盘谋划,全面破局,离不开国家顶层战略的指导和配套政策的大力支持,这样才能尽可能减轻相关企业在半导体赛道上的发展困难。


除了上述地区的布局外,2021年末印度也批准了政策和经济的激励计划,用于在印度设计和制造半导体芯片,以寻求成为电子制造中心。相关内容可见笔者此前文章《亚洲半导体风云再起》。


可以看到,美国、欧洲、日韩、中国及印度等都意识到自身半导体产业过于依赖外部地区供应商的问题,需要加强本土的供应链建设。


二、谁正在赢下本轮竞赛?


另一边,面对全球缺芯以及各地吸引产能的现象,各大晶圆代工厂近年来也是动作不断。


受芯片市场需求高涨等因素影响,台积电、联电、格芯、中芯国际等晶圆代工厂商2021年均交出了漂亮答卷。近期,多家晶圆代工厂商陆续公布了2022年资本支出与扩产计划,缺芯大环境下,晶圆代工厂商资本支出持续增加,扩产动作频繁,产业依旧保持火热发展态势。


据市场研究机构Gartner数据,全球芯片制造商2021年的资本支出预计合计达到1460亿美元,比疫情暴发前的水平高出约50%,是五年前水平的两倍。其中,台积电、三星电子以及英特尔占据了2021年半导体产业资本支出的60%


台积电:全球代工先锋大力出击


台积电作为全球代工先锋,多重因素交织之下近年以极为罕见的扩张行动展开全球布局。


为了应对市场需求,台积电正在四处建厂扩大产能,由于其芯片制造技术的先进性,很多国家都主动邀请台积电建厂。今年初,台积电宣布将在2022年投资440亿美元创造新产能,这比2021年的300亿美元增加了三分之一以上,其中约有70%至80%将用于为最新和即将推出的节点(包括N2、N3、N5和N7)建造新晶圆厂和扩大产能,接下来的三年内总计划投资将超过1000亿美元。


据悉,2022年台积电还将建设6座工厂,其中两座海外工厂,分别是美国亚利桑那州 Fab 21工厂和日本熊本的Fab工厂。美国亚利那桑那州厂已动土兴建,采用5nm工艺,计划投资120亿美元,预计2024年投产;目前也正在与索尼一起在日本熊本建立22nm和28nm代工厂,主要生产用于图像传感器、车用芯片和其他产品的2X nm制程芯片,预估该厂将在2022年开始兴建,2024年开始进入量产;同时考虑在德国建立另一家代工厂。


除了新建晶圆厂,台积电也针对既有的产能进行扩产的动作。其中,在中国南京厂的部分,目前已逐步扩产达到16 nm制程月产能2.5万片的规模。另外,去年4月,台积电宣布为满足结构性需求的增加,并应对从车用芯片短缺开始扩及整个全球芯片供应的挑战,将投入28.87亿美元资本支出在南京厂扩充28nm成熟制程,预计于2022年下半年开始量产,2023年年中实现满产,达到4万片/月。


与此同时,有消息表示,“台积电还正在调整其在中国台湾的工艺和生产能力,在新竹、台中、台南和高雄均有建厂规划。”其中,台积电将斥资近1万亿新台币在中科园区附近的高尔夫球场兴建2nm晶圆厂,并为后续1nm工厂预留用地。这也是继竹科宝山之后,台积电规划的第二个2nm晶圆厂。


从台积电投资和新建工厂情况来看,其工厂主要还是集中在中国台湾地区,虽然也在海外建厂,但规模相对较小,也并非最先进的芯片。


欧洲方面,尽管欧盟已经不止一次流露出邀请台积电赴欧建厂的意思,但台积电曾表示,在经济上欧洲扩大半导体晶圆厂产能的计划是不现实的,因为扩产是满足需求的。台积电财报显示,其主要盈利来源在美国和亚洲,而欧洲和中东地区仅占该公司营收不足10%。无论是从市场需求以及生产成本来说,都难以支撑起台积电远赴欧洲建厂的理由。然而,此次德国作为台积电下一个海外布局地点,或许是有新的考量。


有国内媒体曾表示,台积电赴美、日、欧三地建厂,也许将减弱所谓地缘问题对全球供应链的影响,同时,日本和欧盟对半导体产业的支持,特别是对晶圆制造的渴求,给了台积电“曲线救己”的机会。


三星:不甘人后


台积电宣布在美国建厂之后,作为其最大竞争者的三星也不甘人后,三星暗示在2022年的投资额会高于2021年的 330亿美元。


去年5月,三星就表示在2030年以前将投资171万亿韩元在半导体领域,计划到2026年在晶圆代工上的产能能达到现在的三倍。其中,三星在美国得州将投资170亿美元来建造以5nm先进制程为主的12英寸晶圆厂,新的晶圆厂预计在2024年完工投产,目标锁定苹果、高通、英伟达、AMD等美系芯片设计业者,与台积电在亚历桑纳州的5nm 12英寸晶圆厂互别苗头。有韩国半导体业内人士表示,这次在美投巨资建设芯片厂,意味着三星正式开始追逐台积电,以实现其成为全球最大半导体企业的“系统芯片2030”战略。 


除了在海外新建晶圆厂之外,目前三星正在兴建平泽第三座工厂,预计2022年下半完工,将采用EUV设备,批量生产14nm DRAM和5nm逻辑芯片产品。


英特尔:欲弯道超车


近些年,英特尔在半导体行业竞争中颓势突显,竞争对手们突飞猛进,自己却挤牙膏度日。在更换了多位CEO后,重新回炉英特尔的基尔辛格在上任后便提出了IDM 2.0计划,决心重拾芯片制造,包括成立代工服务部、建立专业代工厂。


英特尔计划在2022年烧掉280亿美元,今年1月,英特尔宣布了一项200亿美元的芯片工厂建造计划,并表示未来10年将在美国当地投资千亿美元以建成全球最大的半导体生产基地


除了在美国投资200亿美元之外,英特尔还计划在欧洲投资新的晶圆产能,计划扩大在欧洲业务,未来10年投资950亿美元建立芯片工厂。据知情人士透露,英特尔已选择德国东部城市马格德堡作为其耗资数十亿欧元的欧洲芯片新工厂的选址,并将于3月4日公布这一决定。


此外,业内也有消息传出,英特尔内部规划在2026年以前,即五年内扩增晶圆厂产能三成,其中包括2023年到2024年还将增加爱尔兰、以色列与美国的产能,收购高塔半导体看来也是其IDM 2.0中的一环。这次若顺利收购高塔半导体,英特尔等同于空降第九大晶圆代工厂,瞬间跻身全球前十,外加上自身美国新建工厂产能2025年后陆续开出,英特尔的排名可望大幅向前推进。


对于英特尔的计划,基尔辛格认为,产业需要重新平衡芯片制造,以扭转半导体在亚洲地区日益集中的局面。


联电:改变套路


面对全球缺芯和持续满载的情况,向来对扩产态度保守的联电,也不得不加入扩产的行列。


2022年联电资本支出将达到30亿美元,同比上涨66%。联电资本支出将主要用于南科Fab 12A P5及P6厂的28及22nm产能扩展计划。


除了在中国台湾岛内扩厂,联电在大陆也同步启动扩产计划。在苏州和舰8英寸晶圆厂部分,预计到2022年第3季月产能增加1万片,增加幅度达到13%;厦门联芯的12英寸晶圆厂方面,产能则已达第一阶段满载2.75万片规模,联芯目前将以提升一厂营运效率为主,进一步提升28nm产能比例,并进行28nm及22nm特色工艺研发,以满足国内市场需求,实现差异化发展。


此外,联华电子还计划在新加坡新建一座晶圆厂,毗邻他们在新加坡的12i厂,新工厂将被命名为12i P3厂,将采用22nm和28nm制程工艺为相关的客户代工晶圆,一期计划在2024年年底投产,计划的月产能是30000片晶圆,投产后将为签订了长期供应协议的客户代工晶圆。


格芯:不求“大”但求“全”


格芯去年中旬宣布斥资10亿美元在美国纽约大规模扩厂,9月份再次宣布正在全球投资超过60亿美元来扩大产能,其中40亿美元将用于新加坡工厂的扩建,另外20亿美元将分别用于美国和德国工厂的扩建。该计划每年预计将增加45万片的产能,预计大多数新增产量将在2023年底前上线。 


相较于其他厂商,格芯能提供一项特殊优势,那便是遍布全球的产能。台积电目前几乎所有产能都在中国台湾地区,三星主要在韩国,英特尔在美国的比重很大,而格芯位于新加坡、美国与德国的产能较为平均,各居3成。


这样的平衡能够让各国政府和客户相信该公司并未过度依赖单一地区,考虑到人们对供应链过度集中的担忧,这一优势尤为突出。


中芯国际:急需突围


为了持续推进已有老厂扩建及三个新厂项目,2022年依然是投入高峰期,资本开支预计约为50亿美元,产能增量预计高于去年。据悉,今年中芯国际临港基地项目已在上海浦东新区开工建设,北京和深圳两个项目稳步推进,预计2022年底投入生产,3个新项目满产后,将使总产能倍增。


据官网了解,中芯国际拥有全球化的制造和服务基地,在上海建有一座200mm晶圆厂,以及一座拥有实际控制权的300mm先进制程合资晶圆厂;在北京建有一座300mm晶圆厂和一座控股的300mm合资晶圆厂;在天津建有一座200mm晶圆厂;在深圳建有一座控股的200mm晶圆厂,能够向全球客户提供0.35微米到14nm 8英寸和12英寸芯片代工与技术服务。 


除了上述厂商外,华虹、力积电、世界先进等代工厂也大都宣布了扩产计划,以应对全球市场的巨大需求。


晶圆代工厂新建/扩产情况不完全统计

(半导体行业观察制图)


从本轮扩建潮来看,确实不容小觑。据SEMI发布全球晶圆厂预测报告指出,未来两年全球将新建29座晶圆厂(包含了存储器厂商的新建工厂),这些新厂全部产能开出后,每月共可生产260万片约当8英寸晶圆,相当于增加超过一个台积电目前的总产能规模。


未来随着新建产能陆续释放,全球芯片产能紧张情况有望逐步缓解。从各大厂商的扩产计划来看,新增产能集中在成熟制程。市调机构预计,两年后全球5大晶圆代工厂的28nm总产能将至多成长近6成。


整体而言,2022年晶圆代工产能将仍然处于略为紧张的市况,涨价预计仍然难以避免。虽部分零部件可望纾解,但长短料问题仍将持续冲击部分终端产品。


从芯片制造企业布局来看,头部大厂依旧是本轮产能扩建潮中的主力,纷纷斥巨资规划产能以应对市场需求。从地区角度来看,谁是当前本轮芯片产能竞赛的“赢家”?


笔者根据上述晶圆代工厂扩产计划按地区进行了汇总:


各地晶圆代工厂新建/扩产情况不完全统计

(半导体行业观察制图)


从当前的投资额和力度来看,美国和中国台湾地区排在前列,此外,大陆、欧洲以及新加坡也是芯片制造企业重点投入地区。


台积电董事长刘德音曾直言,政府补贴对于公司在外建厂能起到决定性的作用。除此之外,原材料供应、产业链的规模效应,以及产业链在区域发展的成熟度也是晶圆代工厂的重要参考指标,无论是从市场需求以及生产成本来说,能对此提供更好扶持的地区才能跑在前列。


三、半导体产业的“本土化”与“全球化”


据TrendForce统计,全球十大晶圆代工厂的产值在2020及2021连续两年都出现了超过20%的年增率,突破千亿美元大关。在2022年开春之际,台积电、三星以及联电的新一轮涨价潮已然就绪,各家代工价格均有5%-20%的涨幅,在此番涨价潮下,2022年全球的晶圆代工产值将达1176.9亿美元,年增幅更是将达到13.3%。


2019-2022年全球晶圆代工产值

(单位:百万美元;图源:TrendForce)


然而,价格上涨也并不能挡住汹涌的订单,为了保证货源,不少厂家都争抢代工厂的产能。苹果、高通、英伟达、AMD、英特尔等数十家客户,纷纷预先支付资金给台积电,预计2022年,台积电将取得1500亿新台币的预付款,约合人民币346.35亿元。


产能短缺还使格芯能够有效地预订多年后的业务。格芯表示现在拥有超过200亿美元的无法取消的“长期协议”,几乎是其当前过去12个月收入基数的四倍;联电也将与海内外大厂合作扩产,这也是联电首度采由客户以预付款方式协助扩大产能,格外受到瞩目。


综合来看,各家主要晶圆代工厂预计2022年上半年的产能已经预订一空,下半年逾九成产能也已卖完,订单能见度已看到2022年下半年,价格几乎是每季度调涨一次。


实际上,长期供应协议在半导体行业并不是什么新鲜事,无晶圆厂的芯片设计公司和晶圆代工厂都喜欢稳定的供应和需求。只是在过去一年多里,这种现象被极度加剧,使得芯片设计公司为了得到产能不得不提前支付制造费用。


同时,这一趋势更是加剧了各地区增强本地产能的计划和节奏。虽然各国的扶持政策并不会轻易解决当前存在的产业链供应链问题,但这样密集的政策出台频率以及晶圆代工厂的建厂计划,势必将对全球半导体产业生态产生重要影响。


但也有声音对此指出,过度强调本土供应链安全,有悖全球化趋势。


半导体是一个全球产业链分工极其成熟的产业,但在政治因素以及全球缺芯的影响下,各国都在思考如何建立加强本土供应链,保证供应链安全,这有悖于半导体产业全球化的发展趋势。


中国半导体协会指出:“各国纷纷出台政策和措施发展本土半导体产业,加强本国半导体产业链供应多元化和自主性,以增强对关键技术的控制权。长此以往,半导体的全球供应链有脱钩的风险,必然会造成全球半导体产业布局的重新调整,使全球半导体行业,特别是供应链持续处于动荡和不确定之中。据业界评估,如果全球半导体供应链分裂,全球产业界需要增加5000亿到1万亿美元的额外投资,并且会导致半导体产品35%-65%成本增加,进而传导到相关产业,对全球经济造成冲击。”


不难理解,这种看法的形成与半导体产业链的特点不无关系。半导体产业是资金、技术密集型行业,需要企业大量的资金和长期的人才投入;同时,各国半导体产业链各有优势和劣势,只有各国共同发力才能实现共赢。平稳运行半个多世纪的全球半导体产业建立在“相互依赖”的协作系统之上,半导体价值链“依赖于不同地理区域的专业能力”,几乎没有一个地区拥有半导体设计和制造的端到端能力。


然而,文章开头提到的一系列黑天鹅事件的出现以地缘政治因素的干预,使得产业链不得不重塑新的平衡。


一种半导体产业链“本土化”与“全球化”的新平衡。


本文来自微信公众号:半导体行业观察 (ID:icbank),作者:L晨光

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