SIA對全球半導體現狀的評價

語言: CN / TW / HK

2019年,新冠病毒導致供應鏈中斷,帶來了前所未有的挑戰,對全球經濟產生了連鎖反應。2020年,疫情抑制了供應,造成了需求的意外波動。一些下游行業減少了生產和晶片採購,而另一些行業則看到,在全球封鎖期間,為了維持關鍵功能,對半導體的需求飆升。這種動態的背後,是巨大的全球物流和運輸網路的混亂,加上原材料、關鍵零部件和中介軟體的短缺,暴露出高度相互依賴的全球化價值鏈的廣泛脆弱性,而這一價值鏈早在2019年疫情之前就已被地緣政治摩擦和精益生產戰略削弱。在全球範圍內發生的供應鏈中斷中,全球半導體短缺扮演了一個特別重要的角色。

為此,半導體行業將生產能力推到了極限,準備在2021年將產量提高到歷史最高水平。在整個疫情期間,該行業為國家的關鍵基礎設施、國防工業基礎、製造業、醫療保健部門、勞動力和數字解決方案提供了動力,應對越來越多的新老挑戰。與此同時,供應鏈也面臨挑戰。在後疫情時代加速數字化的過程中,急劇的市場波動給該行業滿足不斷擴大的全球需求的能力帶來了巨大壓力。當前,該行業在一個來自多個關鍵經濟部門的競爭和不斷增長的需求的艱難的環境中運營。儘管晶片製造商在短期內夜以繼日地盡一切可能提高產量——而且半導體產量遠高於疫情前的水平——但供應鏈方面的挑戰依然存在。

理解這些挑戰需要一個全面的方法,考慮到這個高度複雜和全球化的供應鏈的每一步。根據終端使用者的型別,半導體器件要經過一個分銷商、零部件供應商、裝配供應商、分銷商和其他步驟組成的錯綜複雜的鏈條。而如果我們的注意力和解決問題的努力僅限於供應鏈的製造步驟,就會錯過整個經濟範圍內短缺的更深層次的潛在挑戰。

全球晶片短缺根本無法通過政府主導的自上而下的努力在短期內分配有限的供應來解決,分配不當並不是問題的核心。相反,它在於在我們的行業、國家和全球歷史上發生的一件不尋常的事件之後,市場需求發生了急劇和根本性的變化。對晶片的需求正在全面增長,所有地方的產能都必須擴大,以滿足現在和未來的需求。晶片短缺需要一個長期、全面的解決方案,旨在加強整個全球半導體生態系統,並與我們的盟友密切合作和協調,確保美國在技術創新和能力方面的持續領先地位。

作為半導體行業協會,SIA無法為資訊請求中涉及公司特定資訊的許多具體問題提供答案;然而,作為與商務部持續合作的一部分,我們提交的檔案提供了半導體市場和供應鏈的全行業資訊,並提出請注意這種整體方法的必要性,以加強美國半導體行業並使我們國家的供應鏈更具彈性。

SIA回答相關問題:“針對半導體產品設計、前端、後端製造商和微電子組裝商,以及他們的供應商和分銷商”。

a. 確定貴公司在半導體產業鏈中的角色。

半導體供應鏈是一個複雜的、全球公司和地區整合的產業鏈,需要以更低的成本提供越來越創新的裝置。SIA準備了一份今年早些時候詳細介紹半導體供應鏈的報告:《在不確定的時代加強全球供應鏈》,該報告重點介紹了美國在全球供應鏈中的一些主要優勢以及弱點。

美國在電子設計自動化(EDA)、核心智慧財產權(IP)、晶片設計和先進製造裝置等研發密集型活動中處於領先地位,這得益於其世界一流的大學、龐大的工程人才庫和市場驅動的創新生態系統。東亞的盟國經濟體在晶圓製造方面處於領先地位,這得益於幾十年來大規模資本投資、政府持續激勵以及獲得強大基礎設施和熟練勞動力。中國在組裝、封裝和測試方面處於領先地位,這是一種技能和資本密集度相對較低的行業,並且正在積極投資以擴充套件整個價值鏈。所有國家都在一體化的全球半導體供應中相互依存,依靠自由貿易將世界各地的材料、裝置、智慧財產權和產品運送到每項活動的最佳地點。這種基於地域專業化的全球供應鏈結構為該行業帶來了巨大的價值,併為客戶增加了創新並降低了成本,但它也造成了每個地區需要評估的漏洞。

在這些風險中,製造業成為全球半導體供應鏈彈性的主要焦點之一。大約 75% 的半導體制造能力以及許多關鍵材料的供應商(如矽片、光刻膠和其他特種化學品)都集中在東亞,該地區暴露於高地震活動和地緣政治緊張局勢中。目前,整個世界上最先進的半導體制造能力位於韓國 (8%) 和中國臺灣 (92%),儘管來自這兩個地區的領先公司正在將這種能力引入美國。以應對主要全球供應中斷,該行業需要市場驅動、政府資助的激勵計劃,以實現更多元化的區位分佈,包括擴大美國的製造能力、生產基地和關鍵材料的供應來源。這將使美國能夠在領先節點保持最低限度的可行製造能力,以滿足國內對用於國家安全系統、航空航天和關鍵基礎設施的先進邏輯晶片的需求。

在高層次上,行業供應鏈包括由材料、裝置和軟體設計工具以及核心IP供應商組成的專業生態系統的幾個步驟支援:

  • 確定基礎材料和化學工藝,以創新設計架構和製造技術;

  • 設計納米級積體電路,實現電子裝置正常工作的關鍵任務;

  • 高度專業化的半導體制造設施或“晶圓廠”的製造,將納米級積體電路從晶片設計印刷到矽片中;

  • 組裝、封裝和測試,將晶圓廠生產的矽片轉換成成品晶片,然後組裝成電子裝置;

  • 來自專業供應商的半導體制造材料,支援半導體設計的電子設計自動化 (EDA) 軟體和服務,包括設計階段的專用專用積體電路 (ASIC) 的外包設計;

  • 對於半導體制造過程管理至關重要的計量和檢測裝置。

下圖詳細說明了半導體價值鏈中的七項差異化活動,以及 2019 年各自佔行業研發、資本支出和附加值的百分比。

資料來源:SIAxBCG 報告“在不確定的時代加強全球半導體供應鏈”(2021 年)

b.指明該組織能夠運營(設計和/或製造)的技術節點(以納米為單位)、半導體材料型別和裝置型別。

  • 技術節點行業資料

製造工藝技術的進步通常用“節點”來描述。術語“節點”是指電子電路中電晶體柵極的納米尺寸。隨著時間的推移,它已經失去了它的原始含義,並已成為一個總稱,用來指代更小的特徵以及不同的電路架構和製造技術。通常,節點尺寸越小,晶片越強大,因為在相同尺寸的區域上可以放置更多的電晶體。這就是“摩爾定律”背後的原理,這是半導體行業的一項重要觀察和預測,它指出邏輯晶片上的電晶體數量每 18 到 24 個月就會翻一番。自 1965 年以來,摩爾定律一直支撐著處理器效能和成本同時提高的持續步伐。當今智慧手機、計算機、遊戲機和資料中心伺服器中使用的先進處理器是在 5 到 10 納米節點上製造的。使用 3 納米工藝技術的商業晶片製造預計將於 2022 年末開始。

雖然用於數字應用的邏輯和儲存晶片極大地受益於與較小節點相關的電晶體尺寸的縮放,但其他型別的半導體,尤其是上述 DAO(離散、模擬和其他)組中的半導體它們不能在更小型化的規模下工作,或簡單地使用不同型別的電路或架構,不能通過遷移到更小的節點來獲得同等程度的效能和成本效益。因此,晶圓製造在廣泛的節點上進行,從當前用於高階邏輯的 5 納米“領先節點”到用於分立、光電子、感測器和模擬半導體的 180 納米以上的傳統節點。什麼構成“前沿”節點因不同型別的半導體而異。例如,對於模擬,45 nm 將被視為“先進”或“前沿”。雖然目前只有 2% 的全球產能位於 10 納米以下的節點上,但預計未來幾年對此類先進半導體的需求將迅速增加。

資料來源:SIAxBCG 報告“在不確定的時代加強全球半導體供應鏈”(2021 年)

  • 材料型別的行業資料

參與半導體制造的公司也依賴專業的材料供應商。半導體的製造通常需要多達 300 種不同的材料,包括原始晶片、商品化學品、特種化學品、濺射靶和大宗氣體。其中許多還需要先進的技術來生產。例如,用於製造隨後被切成晶片的矽錠所使用的多晶矽的純度水平需要比太陽能電池板所需的水平高 1000 倍。半導體級多晶矽主要由四家公司提供,全球市場份額合計超過 90%。超純氟化氫 (UPHF) 是另一種在半導體制造過程中廣泛使用的關鍵材料,用於半導體晶片的溼法蝕刻和清潔。只有一家 UPHF 製造商在美國設有工廠。同樣,濺射靶材由 4 家主要供應商提供,佔市場的 90%,其中大部分在美國境外。在美國,只有一家制造商為先進半導體生產靶材。最後,世界上用於晶片製造過程中的光刻、掩模和旋塗電介質應用的大部分電子聚合物是由美國以外的公司提供的。只有三家公司組成了美國的供應商。

該圖表顯示了 2019 年半導體制造材料在前端和後端製造中使用的關鍵系列的全球銷售明細。

資料來源:SIAxBCG 報告“在不確定的時代加強全球半導體供應鏈”(2021 年)

  • 裝置型別的行業資料

半導體制造使用由專業供應商提供的 50 多種不同型別的複雜晶圓加工和測試裝置,用於製造過程的每個步驟。這些裝置中的大多數,例如光刻和計量工具,都集成了數百個技術子系統,例如模組、鐳射器、機電一體化、控制晶片和光學。涉及半導體設計和製造的高度專業化的供應商通常位於不同的國家。

資料來源:SIAxBCG 報告“在不確定的時代加強全球半導體供應鏈”(2021年)

光刻工具是製造商最大的資本支出之一,它決定了晶圓廠可以生產的晶片的先程序度。先進的光刻裝置,特別是那些利用極紫外 (EUV) 技術的裝置,需要製造 7 納米及以下的晶片。一臺 EUV 機器可能耗資 1.5 億美元。計量和檢測裝置對於半導體制造過程的管理也至關重要。由於該流程在一到兩個月內涉及數百個步驟,因此在流程早期出現的任何缺陷都會浪費後續耗時步驟中進行的所有工作。因此,在半導體制造過程的關鍵點建立了使用專用裝置的嚴格計量和檢驗過程,以確保可以確認和保持一定的良率

現代工廠還使用先進的自動化和過程控制系統進行直接裝置控制、自動化材料運輸和實時批次排程,許多最新的設施幾乎完全自動化。半導體制造裝置還包含許多具有特定功能的子系統和元件,例如光學或真空子系統、氣體和流體管理、熱管理或晶圓處理。這些子系統由數百家專業供應商提供。開發和製造這種先進、高精度的製造裝置需要大量的研發投資。半導體制造裝置公司通常會將其收入的 10% 至 15% 投資於研發。2019年半導體裝置製造商整體研發佔比9%,增加值佔比11%

c.對於生產的任何積體電路(無論是在自己的工廠還是在其他地方製造)確定主要積體電路型別、產品型別、相關技術節點(以納米為單位),並根據預期的最終用途對2019、2020和2021年的年銷售額進行估計。

  • 產品類別的行業資訊

半導體是高度專業化的元件,可為電子裝置提供處理、儲存和傳輸資料的基本功能。今天的大多數半導體都是積體電路,或“晶片”。晶片是一組微型電子電路,由有源分立器件(電晶體、二極體)、無源器件(電容器、電阻器)和它們之間的互連組成,層疊在半導體材料(通常為矽)的薄晶片上。行業分類法通常描述了30多種產品類別,可以大致分為(i)邏輯;(ii) 離散、模擬和其他 (DAO);(iii) 記憶體。佔行業收入42%的邏輯是在二進位制程式碼上執行的積體電路,作為計算的基本構建塊。此類別包括微處理器、通用邏輯產品、微控制器 (MCU) 和允許裝置連線到網路的連線產品。DAO佔行業收入的32%,包括傳輸、接收和轉換處理連續引數(如溫度和電壓)資訊的半導體。最後,佔行業收入26%的記憶體是用於儲存資訊以執行計算的半導體。計算機處理儲存在其記憶體中的資訊,記憶體由各種資料儲存或儲存裝置組成。目前使用的兩種最常見的半導體儲存器是用於臨時儲存的動態隨機存取儲存器 (DRAM) 和用於永久儲存的 NAND 儲存器。

下圖按產品類別分解了全球半導體對主要消費者的銷售額。

資料來源:SIAxBCG 報告“在不確定的時代加強全球半導體供應鏈”(2021 年)

近年來,全球半導體行業的最大部分是儲存器、邏輯、模擬和MPU。2020年,這些產品佔半導體行業銷售總額的78%,達到3430億美元。

在過去的20年中,全球所有產品類別的半導體銷售額都在穩步增長。

  • 技術節點

今天的晶圓製造涉及廣泛的節點,從當前用於高階邏輯的5納米“前沿”到用於分立、光電子、感測器和模擬半導體的180納米以上的傳統節點。美國目前在先進節點(10納米或以下)上的產能佔全球的28%,但目前缺乏前沿(5納米及以下)的產能。

d.對於組織銷售的半導體產品,確定那些訂單積壓最多的產品。然後對於總數和每個產品,確定產品的屬性、過去一個月的銷售額以及製造和包裝/組裝的位置。

列出每個產品目前的前三名客戶,以及每個客戶估計佔該產品銷售的百分比。

半導體用於跨越主要經濟部門的多種應用的所有型別的電子裝置。資訊通訊技術 (ICT) 行業目前是半導體的最大消費市場,半導體用於為膝上型電腦、蜂窩裝置、資料中心和寬頻網路以及各種軟體應用程式、人工智慧技術和其他新興技術提供動力。在未來,半導體在汽車應用領域的內容,如先進的駕駛輔助系統(ADAS)和感測器,有望推動汽車終端市場的大幅增長。過去10年,汽車市場銷售額的複合年增長率為7%,從2011年的256億美元增長到2020年的500億美元。

e.對於生產過程的每個階段,確定你的公司是在內部還是外部執行該步驟。對於貴組織的頂級半導體產品,估計每個產品的 (a) 2019年交貨時間和 (b) 當前交貨時間(以天為單位),包括總體交貨時間和生產過程的每個階段交貨時間。用來解釋當前的延遲或瓶頸。

  • 晶圓製造提前期

製造過程錯綜複雜,需要高度專業化的材料和裝置才能在微型尺度上達到所需的精度。半導體晶圓的整個製造過程有400到1400個步驟,具體取決於產品。製造成品半導體晶圓的平均時間(稱為週期時間)約為12周,但對於高階工藝而言,可能需要14到20周才能完成。晶片製造使用數百種不同的材料,包括原始晶圓、商用化學品、特種化學品以及多種型別的加工和測試裝置和工具,跨越多個階段。這些步驟通常會重複數百次,具體取決於所需電子電路組的複雜性。

  • 代工廠與整合裝置製造商 (IDM) 的生產

技術的複雜性和對規模的需求導致了專注於價值鏈特定部分的商業模式的出現。

資料來源:SIAxBCG 報告“在不確定的時代加強全球半導體供應鏈”(2021 年)

IDM在價值鏈的多個部分進行垂直整合,執行設計、製造、以及內部組裝、封裝和測試活動。在實踐中,許多IDM擁有混合“fab-lite”模型,他們將部分生產和封裝外包。在該行業的最初幾十年,IDM模式占主導地位,但研發和資本支出的投資規模迅速增加,產生了對規模和專業化的需求,從而導致了無晶圓代工模式的出現。目前,IDM模型對於專注於記憶體和DAO產品的公司更為常見,這些產品主要是通用元件且更具可擴充套件性。2019年,IDM約佔全球半導體銷售額的70%。

隨著行業轉向小型技術節點,開發成本不斷上升。隨著尖端節點成本的不斷上升,越來越少的IDM繼續在領先節點開發工藝技術,轉而依賴代工廠進行前沿製造。

代工廠滿足設計和其他無晶圓廠公司和IDM的製造需求,因為大多數IDM沒有足夠的內部安裝製造能力來滿足他們的所有需求。這種商業模式使代工廠能夠分散與在設計公司和 IDM的更大客戶範圍內建造現代晶圓廠所需的大量前期資本支出相關的風險。大多數代工廠只專注於為第三方製造,這反過來又讓設計公司和IDM專注於投資尖端研發。撇開記憶體不談,在過去五年中,代工廠為DAO和邏輯產品增加了60%的行業增量產能。目前代工廠佔整個行業製造能力的35%,如果不包括記憶體,則為50%。在使用更先進的12英寸/300毫米晶圓尺寸的先進節點(14納米或以下)和尾節點(20至60納米)中,它們的份額上升至 78%。此外,目前僅有兩家代工廠能夠在領先的5納米節點上進行製造。

f.對於您組織的頂級半導體產品,列出每個產品的典型庫存和當前庫存(以天為單位)、成品、在製品和入庫產品。為庫存操作的任何變化提供解釋。

SIA沒有關於個別公司或整個行業的庫存水平的資料。但是,我們能夠提供關於應對大流行的工業產出的資料。

為應對不斷增長的需求,晶片製造商在2021年將產量提高至歷史空前水平。2021年8月全球半導體銷售額達到472億美元,較2020年8月的364億美元增長了29.7%,所有區域市場和主要產品類別的銷售額都在同比增長。從2020年12月到2021年8月,美國半導體公司的國內銷售額增長了27.6%。同期對海外市場的銷售增長了16.7%。

從2021年4月到6月,該行業的銷量(包括汽車專用積體電路的銷量)超過了有記錄以來任何其他三個月期間的銷量。2021年6月的銷量創下歷史新高,銷量接近1000億臺。1月至4月的月度單位銷售額每個月都創下新紀錄。

半導體公司通過分銷商銷售大部分產品,分銷商轉售給原始裝置製造商 (OEM) 和電子製造服務提供商以及各行各業的其他公司。分銷商通常為製造商提供最有效的方式來達到許多國家的“長尾”客戶——數以萬計的小客戶,如果擁有全職的內部銷售團隊,他們的訂單成本會更高。許多半導體制造商也有分銷商管理成熟客戶和產品線,這些不需要內部銷售或技術支援,因為他們提供了維持業務的低成本解決方案。分銷渠道的使用因公司而異,根據半導體公司 2020年的年報,通過分銷商產生的銷售額佔總收入的25%至85%。平均而言,分銷商處理半導體行業50%的收入。

g.去年影響公司向客戶提供產品能力的主要干擾或瓶頸是什麼?

COVID-19 時代的供應鏈中斷是整個經濟的現象。根據埃森哲的資料,94%的《財富》1000強企業報告稱,COVID-19導致供應鏈中斷,75%的企業對其業務產生了負面或嚴重的負面影響。從製造業到消費品,世界各地的所有行業都受到了對設施和勞動力封鎖的影響。全球物流和運輸網路的大規模錯位導致港口擁堵、生產和交付延遲以及消費價格上漲。原材料、中間產品和關鍵零部件的製造短缺對眾多終端市場產生了連鎖反應。供需衝擊暴露了全球供應鏈中的脆弱性,這些脆弱性已經因 COVID-19 之前的地緣政治摩擦和精益生產戰略而變得緊張。在像我們這樣相互關聯的經濟體中,全球價值鏈的中斷引發了一場完美風暴,半導體供應鏈也未能倖免於這些動態。

  • COVID-19 爆發

為遏制COVID-19,邊境管制、行動限制以及關閉工廠和港口,全球經濟的各個領域都受到了影響。9月,一家領先的汽車公司將其年度生產目標削減了300000 輛,因為COVID-19 感染的增加導致越南和馬來西亞工廠的產量放緩。中國深圳鹽田港口和寧波-舟山港口爆發疫情,這些港口是世界五大港口之一,導致了部分港口關閉數週,影響了位於世界另一端的洛杉磯港的交易量。作為僅次於中國的美國第二大服裝和鞋類供應國,越南從7月開始迫使工廠關閉或嚴重減產,以應對Delta變種病毒的爆發,迫使美國的主要零售商除了飛漲的運輸成本外,還要應對意想不到的延誤和短缺。截至 10 月,一家服裝公司報告其越南工廠處於“100%封鎖”狀態,並延遲了四到八週。一家大型製造商2020年51%的鞋類產品在越南生產,預計7月至10月期間越南的生產時間將損失10周。馬來西亞是智慧手機、汽車發動機和醫療裝置的主要生產地,由於 COVID-19 病例的爆發,經歷了多次工廠關閉和人員短缺。據估計,全球半導體供應的7%要經過馬來西亞,美國從馬來西亞直接進口的晶片比從其他任何國家進口的都多。

  • 天氣事件導致工廠和港口關閉

多個工廠和港口關閉可歸因於全球意外天氣事件。2月,寒冷的天氣和激增的電力需求導致德克薩斯州停電,並最終導致停水,工廠和商店被迫關閉。包括汽車晶片製造商(恩智浦半導體、英飛凌科技股份公司和三星)在內的晶片製造商被迫關閉了奧斯汀的生產工廠。3月,瑞薩電子位於日本Naka的旗艦工廠發生火災,損壞電鍍機器並關閉批量生產300毫米半導體晶圓的生產線三個月。該公司在汽車和其他機器中使用的微控制器擁有近20%的全球市場份額。

h.過去三年公司的訂單與出貨比是多少?解釋任何變化。

SIA 沒有關於個別公司或整個行業的訂單出貨比的資料。

i.如果對產品的需求超出了公司的能力,您的組織分配可用供應的主要方法是什麼?

SIA 無法解決個別公司在供不應求時分配可用供應的方式。但是,我們可以提供有關該行業需求驅動因素和未來需求增長的更多背景資訊。

對半導體的需求正在迅速增加,預計還會繼續增加。在整個大流行期間,半導體行業在應對大流行以及隨後的經濟復甦和復原努力中發揮了關鍵作用。半導體提供使用者輸入、顯示、無線連線、處理、儲存、電源管理和其他基本功能。這包括醫療保健和醫療裝置、電信、能源、金融、交通、農業、製造業、航空航天和國防。半導體還支援 IT 系統,使遠端工作成為可能,並提供對各個領域的基本服務的訪問,包括醫藥、金融、教育、政府和食品配送。該行業一直是為經濟和公共衛生領域的眾多問題開發解決方案的關鍵,包括救生醫療裝置、呼吸機、公共測試和追蹤、疫苗開發以及抗擊全球大流行所需的通訊網路和能力。

2020年,全球晶片銷售額從2019年的4123億美元增長到4404億美元,增長了6.8%,這主要是受Covid-19大流行刺激的需求增長的推動。《世界半導體貿易統計(WSTS)半導體市場預測》(2021年6月)預測,2021年全球半導體行業銷售額將增加到5270億美元,比其2020年秋季預測的2021年有所上調。WSTS預測,到2022年,全球銷售額將增長到5730億美元。從2000年到2020年,全球半導體銷售額從2044億美元增長到4404億美元,複合年增長率為3.91%。

2001 年,每單位成本為 0.98 美元,2020 年下降至 0.68 美元。這反映了在此期間的複合年增長率為 -1.81%。產出增加而不是通脹壓力是原因所在。

未來十年,半導體技術的進一步創新將推動一系列變革性技術的普及,包括 5G、人工智慧 (AI)、自動駕駛和物聯網 (IoT)。半導體與其所服務的市場之間的關係是共生的,因為半導體的創新有助於刺激市場需求並開闢新市場。例如,半導體的進步使連續幾代蜂窩技術成為可能,導致最近引入了5G。短期內,需求驅動因素經歷了一些由COVID-19大流行帶來的意想不到的社會變化,但隨著社會越來越依賴半導體技術,這些轉變導致需求持續增長。半導體需求的長期增長動力已經穩固,在可預見的未來,該行業是全球經濟的關鍵增長領域。然而,該行業必須首先在短期內應對更廣泛的供應鏈中斷,並採取措施在長期內建立更具彈性的供應鏈。

j.貴公司是否有可用產能?如果有,是什麼阻止了該產能的擴充套件?

儘管過去30年美國製造能力的年增長率為7%,但美國在全球半導體制造業中的份額從 1990年的37%穩步下降到2020年的12%。Fab經濟學解釋了這種下降:政府激勵措施和勞動力成本。美國裝機容量的增長速度被幾個亞洲國家趕超,這些國家的政府通過優惠補貼、稅收優惠和其他政府激勵措施,雄心勃勃地投資於國內製造業。

這些投資的結果導致全球約75%的半導體制造能力集中在東亞,但也存在重要區別。例如,美國的盟友和合作夥伴目前佔據了前沿生產的大部分,中國臺灣佔全球領先和先進節點產能的47%,10納米及以下用於先進邏輯器件,韓國生產的記憶體佔全球產能的40%以上,估計佔半導體總需求的30%。

作為成熟半導體技術的重要生產國,中國取得了顯著增長,但仍在領先地位上落後。然而,中國政府繼續將半導體行業作為經濟增長和技術領先的驅動力,預計到2030年,將在全球新增產能中佔40%左右。相反,目前計劃中的工廠建設資料表明,如果沒有《美國晶片法案》(CHIPS for America Act)和擴大後的《工廠法案》(FABS Act)等激勵措施,目前在建的新工廠中只有6%位於美國。

資料來源:SIAxBCG 關於“政府激勵和美國半導體制造競爭力”的報告(2020年)

k.貴公司是否正在考慮增加產量?如果是,以什麼方式,在什麼時間範圍內,這種增加存在哪些障礙?在評估是否增加容量時會考慮哪些因素?

半導體行業正在大力投資於能力建設,以滿足未來需求並增強供應鏈彈性。與大多數其他行業相比,該行業在資本和研發方面的年度總投資水平較高。2020年,美國半導體公司(包括無晶圓廠公司)的研發和資本支出總計為742億美元。從2000年到2020年,研發與資本支出的複合年增長率約為5.6%

2020年,美國半導體行業僅在研發方面的總投資就達到440億美元。該行業每年將大約五分之一的收入用於研發。根據紐約大學斯特恩商學院釋出的2021年資料,就研發支出佔銷售額的百分比而言,它僅次於美國製藥和生物技術行業。美國半導體行業的研發支出佔銷售額的百分比是任何其他國家的半導體行業都無法超越的。

為了在兩年或更長的時間內增加產量,資本支出率是行業進展的良好指標,從2021年開始,有一個明顯的增長和持續水平的趨勢。預計 2021 年全球半導體行業的資本支出 (capex) 將達到創歷史最高水平的1480億美元,比2020年增長 30%。預測未來五年的年度行業資本支出也表明較之前的年度水平大幅躍升,2021-2025 年平均為1560億美元,而2016-2020年為970億美元。這意味著資本支出增長了61%。

2021年,全球半導體行業的目標是在全球範圍內增加超過200座新晶圓廠,另有15座IC晶圓廠正在建設中。下表顯示了頂級半導體公司從2021年開始新建或擴建的晶圓廠建設專案。

資料來源:IC Insights Fab 資料庫,SIA

該行業克服了一系列干擾事件,維持了半導體供應鏈的運營,並擴大了產能,以滿足關鍵需求。這包括 SIA 和同行努力將半導體和供應鏈運營指定為世界各地的“基本基礎設施”和“基本業務”,以確保在政府封鎖和其他人員流動限制的情況下繼續運營。

l.在過去三年中,貴公司是否改變了材料或裝置採購力度或做法?

自 2019 年第一季度以來,晶圓廠季度產能利用率已遠高於 80% 的“滿負荷”率,並且在最近幾個時期已達到95%以上。利用率是系統被利用的時間相對於它們可用於生產的時間。半導體工廠的“充分”利用率通常是 80% 的產能利用率,以便進行預防性維護、維修、升級和認證程式,以保持產量和質量。高利用率提高了裝置生產率,但會增加未來發生代價高昂的故障的風險。這包括生產用於計算、伺服器和圖形處理應用的尖端晶片的先進節點晶圓廠,以及生產用於汽車和消費電子產品的半導體的成熟節點晶圓廠。這種利用率水平對半導體行業緩解晶片短缺短期影響的努力至關重要,但從長期來看,這是不可持續的。

從各個方面來看,利用率的提高都導致了產能的顯著擴張,以滿足全球晶片需求的激增:

  • 增加晶圓開工率: 自 2020 年第一季度以來,全球 IC 晶圓廠每月新增產能為 545,000 片。據估計,在同一時期,用於製造分立器件、光電器件和感測器(包含單個元件但對汽車電子產品越來越重要的半導體器件)的新產能已經翻了一番。

  • 創紀錄的晶片銷售額: 2021年第二季度的半導體產品銷量超過歷史上任何其他季度。在 2021年上半年的六個月中,有四個月創下了月度半導體銷售量的新記錄。2021年6月的單位銷售額是有史以來最高的,接近1000億。2021年將售出超過1萬億顆半導體,這將是有記錄以來的最高水平。

  • 創紀錄的汽車晶片銷售額: 從2020年9月到2021年8月,汽車用半導體的月度銷售總額已超過2018年9月創下的紀錄。

m.在接下來的六個月中,哪一個變化(以及供應鏈的哪個部分)最能顯著提高供應半導體產品的能力?

全球半導體行業正在積極努力滿足需求,但沒有可以立即緩解當前短缺的短期解決方案。克服全球晶片短缺需要旨在建立長期產能和供應鏈彈性的市場遠見。有幾種措施可以促進半導體生產。這些包括大量的政府激勵計劃以及終端市場和消費者對供應鏈管理戰略的轉變。

(1)為《美國晶片法案》(CHIPS for America Act)提供資金,並頒佈強化的FABS法案,以激勵在美國擴大產能。

問題的核心是,半導體在各個經濟領域都供不應求。解決晶片短缺問題需要旨在從根本上加強整個行業的政策。政府為此可以採取的最具建設性的行動是:(i) 資助《美國晶片法案》(CHIPS for America Act),該法案為國內晶片生產和研究投資提供激勵; (ii) 頒佈強化版的 FABS 法案,為半導體制造和設計提供投資稅收抵免。SIA 和牛津經濟研究院在 5 月釋出了一份報告,詳細介紹了《晶片法案》(CHIPS Act)對美國勞動力和GDP的影響。

2020 年,我們估計勞動力規模為277000人。半導體整合裝置製造商 (IDMs)、純代工廠和其他涉及半導體制造的機構直接僱用了近185000名美國工人。此外,據推算,美國的非晶圓廠半導體設計公司的僱用人數將增加9.2萬名

根據《美國晶片法案》,一項 520 億美元的聯邦激勵計劃將對美國的半導體工業基礎設施以及更廣泛的經濟和勞動力產生持久影響,包括額外增加 246 億美元的 GDP,並從 2021 年到 2026 年平均每年創造 185000 個臨時工作崗位。在這六年的建設期間,這一激勵計劃每年對GDP和就業的累計影響將分別為1,477億美元和110萬美元。如此規模的投資將使未來十年在美國建設 19 座先進的晶圓廠,使預期的晶圓廠數量增加一倍,並使美國的產能增加 57%。這些好處將被 FABS 法案放大,該法案將為半導體制造投資創造 25% 的投資稅收抵免,包括製造裝置和晶圓廠建設。增強的 FABS 法案將把這些激勵措施擴大到設計。

立法的頒佈對於解決長期晶片短缺問題以及推動美國在未來經濟增長、國家安全和供應鏈彈性方面的技術領先地位至關重要。鑑於《晶片法案》規定的規模和範圍,我們強烈鼓勵商務部開始實施相關專案,以便在《晶片法案》資金獲得批准後,管理和管理贈款專案、研發工作和其他相關行動。儘快建立這些計劃將縮短從破土動工到商業運營的前置時間——最終縮短在美國增加晶片產量所需的時間,推進半導體研發的前沿,提高供應鏈的彈性和安全,並滿足不斷增長的消費者需求。

(2)擴大全球市場的貿易政策

除了製造業激勵措施和投資稅收抵免之外,政府還可以採取許多其他措施來打造更強大的供應鏈。這包括推進貿易政策,擴大全球市場,開放市場,使其對我們的商品更具吸引力。大多數半導體需求是由消費者最終購買的產品驅動的,包括膝上型電腦和智慧手機等通訊裝置。晶片行業 80% 的消費者都在海外。新興市場(包括亞洲、拉丁美洲、東歐和非洲)的消費需求日益受到推動。2001年,隨著裝置生產轉移到該地區,亞太市場在向電子裝置製造商銷售半導體方面超過了所有其他區域市場。從那以後,它的規模從 398 億美元增加到 2020 年的超過2710億美元。亞太地區最大的國家市場是中國,到2020年,中國佔亞太市場的56%,佔全球市場的34%。

(3)對前沿技術的需求激勵

政府在刺激對前沿技術的需求方面可以發揮有影響力的作用,對國家更廣泛的技術生態系統產生影響,SIA 對商務部在該領域尋找可能的選擇表示讚賞。對新寬頻、5G服務和綠色技術等下一代能力的前沿需求激勵,可以釋放支撐汽車生產和其他形式製造業的遺留節點的產能,同時創造廣泛的經濟價值。例如,寬頻的主要形式,特別是 WiFi、電纜、光纖和 DSL,正處於技術十字路口,越來越多的寬頻產品包含前沿半導體。通過自己的採購、贈款和與其他政府的協調,美國政府可以加速寬頻解決方案向更新的工藝節點的遷移,並代表瞭解決傳統晶片短缺的一種解決方案,並帶來了額外的好處,即用更多的能量來適應未來的國家寬頻基礎設施高效技術

(4)長期不可取消、不可退還 (NCNR) 合同

在疫情開始時取消訂單是導致當前汽車行業晶片短缺的主要原因。2020年上半年,由於工廠關閉和客戶需求低迷的預測,汽車行業的一些人取消了現有訂單,導致對汽車行業的晶片交付空前減少。2020 年3月和4月,汽車市場專用晶片的月度同比(YoY)銷售增長下降是突然而急劇的。同樣戲劇性的是,隨著汽車工廠恢復生產和強勁銷售出現,汽車工廠恢復生產,並在2020年下半年出現強勁的銷售。汽車行業前所未有的需求突然增加,與已經轉向其他終端市場的產能發生了衝突。由於生產一種半導體晶片可能需要長達 6 個月的時間,因此長期合同將有助於為生產過程提供穩定性,並有助於避免未來的供應中斷。

儘管有這些限制,半導體行業還是滿足了不斷增長的需求,對汽車行業的銷售和出貨量達到了歷史水平。汽車積體電路(ICs)的月度同比銷售增長在第三季度和第四季度迅速恢復為正值。下面的圖表顯示了汽車晶片銷售的v型衰退和復甦。

整個 2021 年汽車市場銷售勢頭持續,2021 年第二季度飆升78%。汽車IC單位出貨量在 2021年前六個月也以類似甚至更快的速度增長,這表明銷售復甦和隨後的飆升並不是價格上漲的結果。

汽車銷售反映了整個市場的動態。自2020年下半年以來,所有主要消費者部門的晶片銷售額(以三個月移動平均為基礎)同比增長迅速。2020年6月至2021年6月,汽車行業的增長幅度最大,從- 27%增至66%。

(5)修改即時庫存做法

與此相關的是,面對疫情造成的供應鏈意外中斷,採用優先考慮成本最小化和提高效率的準時 (JIT) 庫存做法被證明是無效的。採用此類做法的行業應考慮重新評估其庫存和供應鏈管理方法,建立更加偏向於增強彈性的“以防萬一”的方法。

(6)WSTS:利用現有行業資料

為了提高半導體供應鏈的透明度,終端使用者應該利用現有的行業資料資源。世界半導體貿易統計 (WSTS) 是半導體行業的市場資料標準。WSTS 資料按價值、數量和平均售價提供每月半導體銷售額。它允許客戶跟蹤所有主要終端市場到所有主要國家/地區市場的數百種半導體子產品的半導體銷售月度趨勢。自 1976 年以來,半導體行業一直在執行這種銷售跟蹤功能,因此它在跟蹤行業表現方面積累了豐富的經驗並建立了強大的記錄資料。這些資料是半導體公司每月提供的主要來源資料,並彙總在一起,因此不披露個別公司的資料。SIA可以提供更多關於WSTS資料價值、WSTS計劃收集的特定銷售和市場資料以及資料收集計劃工作方式的詳細資訊。

*免責宣告:本文由作者原創。文章內容系作者個人觀點,半導體行業觀察轉載僅為了傳達一種不同的觀點,不代表半導體行業觀察對該觀點贊同或支援,如果有任何異議,歡迎聯絡半導體行業觀察。

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