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美日争相出手:全球打响半导体“两强争夺战”
日期: 21年12月1期



中文导报综合消息 目前面临芯片紧缺、晶圆产能不足的非常时期,全球各地对半导体的重视程度更上一层楼。全球芯片制造竞赛不断加码,晶圆产能持续短缺。未来随着产能推出,全球的半导体行业格局或发生变化。

今年以来,美国、日本、韩国等密集发布打造半导体产业链的新政。美国计划投入520亿美元、韩国直接抛出了4500亿美元扩建计划、日本将扩大现有的18.4亿美元基金规模,三国投入的财力就已经超过5000亿美元。再加上去年欧洲提出的两三年内投1450亿欧元(约1766亿美元),这四大区域的投资数目还在继续上升。

据市场研究公司Counterpoint Research分析预计,根据《美国芯片制造法案》,美国政府将为在美建厂提供资金支持,美国的芯片产能份额预计将从2021年的18%提高至2027年的24%。届时,中国台湾的产能份额将降至40%。

从地域分布来看,预计2027年芯片产能会出现地域性转移。在亚利桑那州工厂实现晶圆月产能2万片之后,台积电可能会追加更多投资,以达到台湾工厂的规模。2027年中国台湾和韩国的芯片产能将占全球总产能的57%。



半导体产业链“逆全球化”,地区割据加剧

长期以来半导体产业链高度全球化的格局已被打破。从各个地区制定的新规来看,“逆全球化”体现得越来越明显,一方面都欲在本地健全半导体产业生态,尤其盯准了台积电占据了半壁江山的制造生产环节;另一方面各国都希望占据技术制高点,争夺下一个时代的半导体关键技术。

从目前的晶圆制造产能来看,全球约四分之三的芯片生产集中在东亚地区,尤以台积电和三星为核心。但从美国半导体公司最新的投产计划来看,强化半导体制造环节已经成为未来趋势。

在美国的“号召”下,除了英特尔、台积电扩建之外,三星也考虑在美国得克萨斯州奥斯汀市建设极紫外线(EUV)代工生产线,这是三星首次在海外设立EUV生产线,计划第三季度动工,2024年投产,新建的工厂或将导入5纳米工艺。

在细分领域技术领先的欧洲,也在加速半导体生态建设。目前已经有22个欧盟成员国联合成立了新的半导体联盟,以支持欧洲的半导体研发,减少欧盟对外国供应商的依赖,计划2030年让欧盟在全球半导体生产的占有率从10%提高到20%,欧盟还在着力吸引英特尔、台积电、三星赴欧洲建厂。

当地产业链相对完善的日本,政府已承诺扩大现有的2000亿日元基金规模,以支持国内芯片制造行业,并帮助提振先进半导体的产出。日本计划到2030年在电动汽车,和下一代功率半导体领域的份额占到全球的40%。

韩国对半导体的投入可谓不遗余力。韩国制定了一项计划,在未来十年内欲斥资约4500亿美元建设全球最大的芯片制造基地,建立一条“K-半导体带”。韩国政府将透过减税,降低利率,放宽法规和加强基础设施等政策来激励国内半导体产业,希望韩国的芯片制造商不被全球领先者拉开。其中,三星和SK海力士扮演了重要角色。

在2021年全球产业界发生“芯片荒”,对中国台湾的半导体产业来说是一个机遇,台积电、联电、世界先进等晶圆代工厂的股价成长迅速,并且也在台湾、中国大陆、美国等地扩建产线,台湾的半导体产业的前景看起来是一片欣欣向荣。美国及日本政府,争相邀请台积电赴当地设厂。但是世界局势变化迅猛剧烈,也让台积电这样的全世界晶圆代工的领头羊愈发成为“高风险”的投资。



台积电建厂助力日本半导体走向复兴?

拥有最先进半导体技术、世界最大半导体代工企业台积电(TSMC)决定投资70亿美元,作为合作方的索尼半导体解决方案公司(SSS)将投资5亿美元,在日本熊本共同成立子公司日本先进半导体制造有限公司(JASM)。由此,日本将拥有最近10年失去的运算用(逻辑)半导体的先进生产线。日本通过吸引大型外资企业建厂,向半导体产业的复兴迈出一大步。

台积电(TSMC)和索尼集团确定在熊本县共同建设半导体新工厂,总投资额达到8000亿日元规模,日本政府提供一半补贴。新工厂将利用台积电的尖端技术,在2024年之前启动汽车和工业机器人不可或缺的运算用半导体(逻辑半导体)的生产。

全球半导供应链出现混乱,经济安全保障上的重要性加强。日本经济产业省在6月发布的产业战略中明确指出了半导体的重要性,称其为“直接关乎安全保障的重要战略技术”,背景是“半导体民族主义”高涨。目前,全球主要国家和地区争相扶持半导体产业,大力吸引台积电、美国英特尔、韩国三星电子等企业在本国设立基地。

此前,日本政府对半导体产业的补贴存在差距,与海外企业相比处于成本劣势。不过,日本的地缘政治风险低,水和电力等基础设施也很稳定。如果建立起毫不逊色的政府扶持制度,有可能吸引更多外资。

日本认为从经济安全保障的观点出发,生产尖端半导体的国内基地不可或缺。日本将通过新建工厂,确保尖端技术和稳定的产能。日本政府将用补贴支援总投资额的一半左右,日本向一个单项计划提供4000亿日元补贴,成为罕见的措施。

日本很多半导体厂商,已在尖端半导体生产的大型投资竞争中掉队。为此,日本将通过接纳台积电的直接投资,恢复尖端产品的国内制造。新工厂建在位于熊本县菊阳町的索尼图像传感器工厂的相邻地点,计划在2024年度之前投入运行。生产的半导体用于以图像传感器收集的信号处理和汽车。



此次,台积电考虑在日本建设20纳米级工厂。尽管比不上在智能手机等领域不断推进开发竞争的“最尖端”半导体,但对高灵敏度传感器和处理能力强的MCU等不可或缺。虽然与世界上最尖端的5纳米相比显得落后,但仍将成为制造尖端产品的日本国内基地。索尼集团的会长兼社长吉田宪一郎表示,“能否稳定采购半导体,对于维持日本的国际竞争力非常重要”。

以前,为了应对具有世界竞争力的家电的升级换代等,日本企业也一直在开发逻辑半导体。但半导体的集成度在两年内翻一番,开发进程非常快,而且需要数千亿~1万亿日元规模的设备投资,竞争也非常激烈。自2000年代起,日本综合电机厂商明显陷入苦战,他们缩小自己的开发和制造规模,转而依赖于代工企业。目前,日本的逻辑半导体工厂的先进程度只有40纳米左右。



与日本半导体行业的衰退相反,代工企业在不断崛起。全球最大的代工企业台积电建立了接受世界半导体制造商的委托、将设计和生产分离的模式。在确保生产规模的情况下,不断进行大规模投资。在逻辑半导体开发方面,台积电领先于三星和英特尔,目前台积电市值约达到59万亿日元,位居全球半导体企业之首。

不过,由于地缘政治学风险加大及新冠疫情,半导体的供求紧张加剧,全球的分工体制被动摇。有人估算,如果台湾代工企业停产1年,全球电子产业将减收4900亿美元。各国政府正在想方设法在本国国内确保供应能力。

对日本半导体产业而言,要想将来能够充分利用工程师及技术等资产,尖端工厂的存在变得至关重要。不过,在日本建设尖端半导体工厂并运营10年的费用,比韩国高2成,比中国高近3成。面对其他国家纷纷强化了对半导体产业的优惠政策,日本需要建立与其他国家企业竞争的平台。

三星在美建厂 芯片“两强争夺战”打响

在全球晶圆代工市场上,“两强争夺战”已经打响。台积电在美国亚利桑那州建造的一家芯片代工厂拟于2024年完工投产,三星电子也宣布在美建厂并将于2024年投入运营。

三星电子于当地时间11月23日举行新闻发布会,宣布将在美国得克萨斯州的泰勒市新建一家芯片代工厂。三星电子副董事长金基南、德克萨斯州州长格雷格·雅培和德州共和党参议员约翰·科宁出席了此次活动。美国白宫国家经济委员会主任布莱恩·迪斯和国家安全顾问杰克·沙利文均于当天发布声明称,欢迎三星在美国的投资。



美国政府对三星电子的投资计划表示欢迎,这被认为是拜登政府的成就之一。美国政府今年推出各种补贴政策,以吸引半导体公司前来投资。业界预测,美国政府在致力于保证半导体供应链的安全,市场竞争将进一步加剧。三星公司加强与美国政府的合作以确保主导权。

该生产基地拟于明年上半年动工建设,并于2024年下半年投入运营,预计投资规模高达170亿美元,是三星电子在美国的史上最大投资。业界预计该生产线将基于5纳米及以下工艺制程,以生产5G、高性能计算(HPC)、人工智能(AI)和元宇宙等领域的先进系统半导体。为吸引三星建厂,泰勒市近日通过了对三星电子的减税方案,规模达10亿美元。

业界相关人士表示:“自李在镕复职以来,三星电子的投资速度在不断加快。”11月24日,三星电子副会长李在镕访美回国,在韩国金浦机场接受记者采访时表示:“我的心情很沉重,因为我看到了市场的严酷现实。”

在晶圆代工领域,台积电与三星电子分别位列第一和第二位,双方的较量正式开始。目前,两者间的差距依旧很大。根据市场研究机构集邦咨询(TrendForce)数据,今年第二季度,三星在全球芯片代工市场所占份额为17.3%,远落后于台积电的52.9%。但三星和台积电的技术水平相差不大。三星将先于台积电在明年上半年开始量产3纳米芯片,三星还拟率先引进环绕栅极晶体管(GAA)新技术,以在竞争中抢占优势。



中国半导体企业加快产能布局

在业内看来,全球头部芯片代工厂商的扩产可以缓解一定的产能压力,但长期来看,高端芯片的制造产能依然紧缺。到2030年,全球集成电路产业规模有望达到1万亿美元,以2020年为基数,2030年产能需达到2~2.6倍才能满足需求的发展,2026年产能则需翻倍。

据国泰君安国际称,此前,中芯国际与ASML公司签订了12亿美元的订单。尽管并不是高端的EUV光刻机,但DUV光刻机至少能够满足目前成熟制程芯片的需求,扩大中芯的产能。此外,中芯宣布与深圳市政府签署合作框架协议,投资153亿元人民币建设一座重点生产28nm及以上的圆晶工厂,目标月产4万片12英寸晶圆,计划2022年投入使用。而2020年投入500亿元于北京成立的中芯京城项目预计将于2024年完工,目标月产10万片12英寸晶圆。

从晶圆工厂的投建速度来看,自2017年以来,中国已建成39个半导体晶圆厂。在这些工厂中,有35家为中国独资工厂,其余为外资独资工厂。中国大陆拥有世界上进行中最多的半导体晶圆厂建设项目,目前有57个晶圆厂正在运营,有26个晶圆厂正在建设或计划中,其中300mm晶圆厂为19个,200mm的有7个。

分析称,半导体是周期性产业,产能紧缺可能在明年得到缓解,后年部分工艺及产品可能出现产能相对过剩,但长期来看,中国半导体的产能供需缺口依然很大。“如果不积极扩产,至2025年国内产能缺口将拉大到至少相当于8个中芯国际的产能。”

事实上,晶圆代工产能不足制约了中国芯片设计产业的增速。2020年,位于中国大陆的晶圆代工产能折合8英寸晶圆约150万片/月,而中国芯片设计企业的全部产能需求折合8英寸晶圆达到200万片/月,缺口达到50万片/月。预计到2025年这一缺口将继续增大。

中国工程院院士、浙江大学微纳电子学院院长吴汉明表示,中国半导体制造业的发展面临着政治、产业两方面的壁垒,以及精密图形技术、新材料、提升良率三大工艺挑战。对此,中国芯片制造业应从发展特色工艺、先进封装、系统架构三方面寻求发展机会,建设公共技术平台,以实现产学研协同创新。

吴汉明认为,在后摩尔时代,材料方面的突破将成为芯片性能进一步跃升的机会。建设本土可控的成熟制程产线,比寻求进口的高端制程产品更有意义,“相比完全进口的7nm,本土可控的55nm意义更大”。
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