先進(jìn)半導(dǎo)體制程競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)入一個(gè)新階段 前沿IC技術(shù)越來(lái)越貴

先進(jìn)半導(dǎo)體制程的競(jìng)爭(zhēng)正在進(jìn)入一個(gè)新的階段。在過(guò)去的 25 年中，跟上前沿 IC 技術(shù)的發(fā)展步伐變得越來(lái)越昂貴。

國(guó)內(nèi)最大的也是技術(shù)最先進(jìn)的晶圓代工廠中芯國(guó)際目前能量產(chǎn) 14nm 工藝，與臺(tái)積電、三星和英特爾還有很大差距。全球的追趕者們想要追上三星和臺(tái)積電的先進(jìn)制程，需要在至少未來(lái)五年每年投入 300 億美元(約 1950 億元)，才有成功的機(jī)會(huì)。

資本支出最高的公司才能生產(chǎn)最先進(jìn)的芯片

現(xiàn)在，還能投資邏輯器件最先進(jìn)制程的公司僅剩三星、臺(tái)積電和英特爾三家。在這三家公司中，只有臺(tái)積電和三星兩家真正地處于領(lǐng)先地位，它們都可以量產(chǎn) 7nm 和 5nm 芯片。英特爾要量產(chǎn) 7nm 芯片預(yù)計(jì)要到 2022 年，預(yù)計(jì)屆時(shí)三星和臺(tái)積電將量產(chǎn) 3nm 制程芯片。

從歷史上看，資本支出水平最高的芯片公司也能夠生產(chǎn)最先進(jìn)的產(chǎn)品。過(guò)去 27 年中，英特爾已連續(xù) 25 年位居全球半導(dǎo)體行業(yè)前兩大資本支出者之列(圖 1)，但 2020 年英特爾的資本支出僅是三星的一半左右，預(yù)計(jì)未來(lái)可能會(huì)再次遠(yuǎn)低于三星資本支出的一半。

2010 年，三星首次在半導(dǎo)體資本支出上花費(fèi)超過(guò) 100 億美元，2016 年增至 113 億美元，2017 年又增加了一倍以上，達(dá)到 242 億美元。此后，三星的半導(dǎo)體資本支出維持在高位，2018 年的支出達(dá)到 216 億美元，2019 年達(dá)到 193 億美元，2020 年達(dá)到 281 億美元。

在半導(dǎo)體行業(yè)的歷史上，三星在 2017-2020 年期間 932 億美元的資本支出是前所未有的，這一數(shù)值是同期所有中國(guó)本土半導(dǎo)體供應(yīng)商 447 億美元總和的兩倍以上。

三星尚公布其 2021 年的資本支出指導(dǎo)，IC Insights 估計(jì)該公司的支出將基本與 2020 年持平。

再看唯一提供領(lǐng)先技術(shù)的純晶圓代工廠臺(tái)積電，市場(chǎng)對(duì)其 7nm 和 5nm 工藝的需求非常強(qiáng)勁，兩個(gè)先進(jìn)制程的收入占其 2020 年下半年銷售額的 47%。目前，臺(tái)積電的大部分資本支出都為了增加 7nm 和 5nm 制程的產(chǎn)能。

引人關(guān)注的是，臺(tái)積電轉(zhuǎn)向 5nm 的速度非?？?，在 2020 年上半年的時(shí)候，其基本沒(méi)有 5nm 制程收入，但 5nm 產(chǎn)品占 2020 年總銷售額的 8%(35 億美元)。

2021 年 1 月 14 日，臺(tái)積電發(fā)布了重要消息，計(jì)劃將今年的資本支出增加至 250-280 億美元，比 IC Insights 預(yù)計(jì)的 275 億美元更高。臺(tái)積電預(yù)計(jì)今年每季度資本支大約為 69 億美元，是 2020 年第四季度支出的兩倍多。

現(xiàn)在看來(lái)，三星和臺(tái)積電都意識(shí)到了眼前的千載難逢的機(jī)遇。三星的資本支出在 2017 年開(kāi)始激增，臺(tái)積電在 2021 年開(kāi)始增加資本支出。ICInsights 預(yù)計(jì)，三星和臺(tái)積電今年的資本支出合計(jì)將至少達(dá)到 555 億美元，創(chuàng)造前兩大資本支出占整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)資本支出比例的紀(jì)錄。

由于目前尚無(wú)其它公司的資本支出能與其匹敵，因此三星和臺(tái)積電今年可能會(huì)在先進(jìn)制程技術(shù)方面與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手拉開(kāi)更大的距離。

難以超越的臺(tái)積電和三星

歐盟、美國(guó)和中國(guó)大陸政府能否通過(guò)投資趕上三星和臺(tái)積電?考慮到差距還很大，IC Insights 認(rèn)為，各國(guó)政府需要至少五年內(nèi)每年最少花費(fèi) 300 億美元，才可能獲得成功機(jī)會(huì)。

當(dāng)然，除了資本支出帶來(lái)的技術(shù)領(lǐng)先，如今兩大公司的市占率也有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。根據(jù)臺(tái)北研究機(jī)構(gòu) TrendForce 的數(shù)據(jù)，從地區(qū)看，2020 年中國(guó)臺(tái)灣在全球晶圓代工市場(chǎng)中市占率高達(dá) 63%，遠(yuǎn)超占比 18% 的第二名韓國(guó)。

其中，僅臺(tái)積電一家就占有 54% 的份額，三星市占率為 17%，中國(guó)最大的晶圓代工廠中芯國(guó)際市占率為 5%，華虹宏力占比僅 1%。

高市占率帶來(lái)了高營(yíng)收，TrendForce 的數(shù)據(jù)顯示，臺(tái)積電 2021 年第一季度的營(yíng)收有望達(dá)到 129.1 億新臺(tái)幣，高于 2020 年第一季度的 103.1 億，是市占率第二的三星營(yíng)收的三倍多，比另外九大晶圓代工廠的營(yíng)收總和還多。

如果沒(méi)有其它芯片公司或政府采取迅速而果斷的行動(dòng)，三星和臺(tái)積電就將成功占領(lǐng)世界領(lǐng)先的芯片工藝技術(shù)，這是未來(lái)所有先進(jìn)電子系統(tǒng)的基石。

在這樣的局面下，任何一個(gè)追趕者都面臨著巨大的挑戰(zhàn)。對(duì)中國(guó)而言，即有決心長(zhǎng)期投入大筆資金，也肯定會(huì)受到貿(mào)易問(wèn)題的阻礙，因?yàn)橘Q(mào)易問(wèn)題禁止一些最關(guān)鍵的過(guò)程設(shè)備出售到中國(guó)。

中國(guó)工程院院士、浙江大學(xué)微納電子學(xué)院院長(zhǎng)吳漢明在今天的 SEMICON CHINA 的演講中也指出，我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)注定艱難，面臨著政治壁壘和產(chǎn)業(yè)性壁壘。我國(guó)的芯片制造更是面臨圖形轉(zhuǎn)移、新材料&工藝和良率提升的三大挑戰(zhàn)。

吳漢明認(rèn)為，”我國(guó)的芯片制造要用先進(jìn)工藝外加特色工藝、先進(jìn)封裝和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。特色工藝支持系統(tǒng)先進(jìn)性，先進(jìn)封裝技術(shù)大有可為。”

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