周岳翔:晶片战白热化中美抢当老大

时间:2021-08-08 07:28内容来源:联合早报 版阅读:新闻归类:观点评论

晶片战白热化中美抢当老大

  尺寸越小、价格越贵的晶片,在去年突然变得一片难求,成为市场抢手货,更被视为国家战略资源。

  冠病疫情和极端气候等突发事件,让各行各业难逃这一轮晶片荒,引发供应链安全的隐忧,拉响了主要经济体之间晶片制造竞赛。

  本期《悉看大势》探讨晶片供需危机如何重塑全球半导体业长期发展,谁又会是最终赢家。

悉看大势

出于维护本土供应链安全,中国和美国这两大世界经济体之间战火,从2019年贸易战悄然延烧至晶片制造。

波士顿咨询公司(BCG)和美国半导体行业协会(SIA)去年9月发布联合报告向美国政府发出提醒。全球半导体行业制造产能从2020年至2030年预计增加逾50%,若美国按兵不动,到了2030年美国占比从12%降至10%,中国占比则从15%升至24%,并称霸全球。

尽管美国在晶片设计及研发方面领先全球,但制造方面却处于弱势,尤其全球晶圆(wafer)制造产能有四分之三集中在亚洲。

什么是晶圆?它里头有许多按特定用途而设计的集成电路,经切割加工、封装测试后,就成为各类电子和电器产品的晶片。

今年新上任的美国拜登政府在5月提出520亿美元(701亿新元)新法案,立志未来五年大力推动美国晶片制造和研发。

相比之下,中国更早以前就已开始组建“国家队”带动当地半导体行业发展。2014年成立国家集成电路产业投资基金(简称大基金),是当地第一支规模超过1000亿人民币(208亿新元)的国有投资基金,2019年再加码推出注册资本逾2000亿人民币的“大基金二期”。

不过,受访市场人士却不太看好由政府主导的投资热潮,担心这会导致全球半导体业的长期发展无法持续。

美国半导体巨头英特尔(Intel)全球外部制造企业副总裁王海博士直言,中美要在晶片供应达成完全的自给自足是不太可能的。政府补贴不仅可能打乱区域合作框架,更会让市场扭曲,使整体行业的研发及制造效率不升反跌。

他接受《联合早报》访问时指出半导体企业面临残酷现实。“技术一旦稍微落后,很容易失去客户,从而失去规模。结果也就没有资金投入新技术开发,形成负面循环。”

王海认为,中国企业在政府扶持下好不容易发展出新一代技术,但却因为落后世界先进水平而始终不能自己造血,以至无法走出负面循环。“中国若不能与全球半导体行业融合,发展的道路会更长。”

另外,他认为美国企业进一步扩大本土半导体制造能力也会面临挑战,因为复杂的制造过程还牵涉到生态系统、文化和人才等因素,这需要很长的时间去培养和优化,不是短期靠政府补贴就可以实现的。“如果美国失去中国这一巨大的市场,这对美国的半导体行业是极其不利的。”

经历40多年发展,半导体产业链已走向全球化,产业分工也越加细化,由上游的原料供应者、中游的设计与制造业者,以及下游的应用业者构成。

从中游产业链来看,半导体制造又可细分为无厂(fabless)、晶圆代工(foundry)和集成设备制造(IDM)。

一般上,半导体制造商从集成设备制造起家,把晶片的设计、制造和封装测试各环节集于一身。为了优化开支成本,业者细分出无厂和晶圆代工,前者专注晶片的设计和销售,后者则负责晶圆代工和封装测试。

台积电是领头羊掌握全球最先进制造工艺

虽然中美作为全球半导体两大消费市场能强力支撑上中游产业,不过却极度仰赖境外半导体制造商,尤其是台湾和韩国。

星展集团研究经济师马铁英在报告中指出,台湾拥有相对完整和强大的生态系统,是全球晶圆代工和封装测试基地,分别占全球产能70%和50%,它在晶片设计市场也占20%。

此外,立足台湾的台积电(TSMC)更是晶圆厂领头羊,掌握全球最先进的制造工艺,能制造10纳米以下逻辑晶片。这类晶片适用于要求更高运算能力的科技产品,例如数据中心、人工智能服务器、电脑,以及智能手机。

中美两国竞争引发地缘政治风险

韩国则在存储晶片(又称记忆体)市场占据最大优势,产能占全球40%。韩国三星(Samsung)不仅是记忆体佼佼者,也同样掌握10纳米以下逻辑晶片的制造技术,与台积电和英特尔形成三足鼎立局面。

马铁英强调,半导体行业属资金和技术密集型行业,研发及生产需要庞大投资。例如,设计5纳米逻辑晶片估计耗资约5亿美元,建造和装备这类晶片的生产线则可能要耗资5亿至100亿美元。基于强大现有供应链、成熟的技术能力和更能负担的生产成本,她认为台湾和韩国最具竞争力。

当然,劳动力和能源成本这两项因素对半导体行业也非常重要,像封装测试需要很高劳动力,晶片制造过程也会消耗许多水电。

在马铁英看来,中国显然兼具劳动力和能源成本这两面优势,不过美国也不尽然处于下风。“尽管美国的晶圆厂建设和运营的劳动力成本是中国的双倍,但电费却比中国和台湾低40%和20%。”

然而,中美两大强国竞争所引发的地缘政治风险,不仅影响中国技术能力的赶超,实际上也拖累美国半导体企业表现,冲击半导体设备、设计和软件的销售,侵蚀当地业者营收并削弱它们的研发能力。

例如,美国政府去年禁止美光科技(Micron Technology)和爱思强(Aixtron)等半导体制造商出售产品给中国科技巨头华为和中兴通讯。

据《华尔街日报》报道,美国也向荷兰政府施压,限制后者对外销售极紫外光刻机(又称EUV光刻机)。

EUV光刻机是荷兰阿斯麦公司(ASML)的独家产品。英特尔、三星和台积电都使用它制造各类型晶片,中国也希望当地晶片制造商能使用这款售价1亿5000万美元的机器,以减少对境外供应商的依赖。不过,美国从中作梗,阿斯麦公司至今没有向中国出售过一台EUV光刻机。

需求持续增长 半导体业迎来超级上扬周期

由于消费、电脑、5G网络,以及汽车领域应用端需求持续强劲增长,全球半导体业迎来超级上扬周期,业者纷纷扩增产能及增聘人手以应付激增的市场需求。不过市场人士也担心,半导体业者未来可能面临成本上升和产能过剩的风险。

国际数据公司(IDC)看好全球半导体市场规模今年将增长12.5%至5220亿美元,持续增长的旺盛需求将拉长半导体的景气上扬周期。

需求增长一旦放缓将导致产能过剩

在各国政府强力扶持及极力拉拢下,台积电、三星和英特尔这三家顶尖晶圆厂商纷纷砸钱扩产。今年4月,台积电宣布投资1000亿美元在未来三年提升产能。英特尔则准备斥资200亿美元在美国兴建晶圆代工厂,预计于2024年投产。

尽管如此,台积电创始人张忠谋曾公开警告,世界各国政府建立国内晶片供应链的努力可能会推高成本,但仍无法实现自给自足。

长久以来,各国专注发挥各自优势及深耕不同细分市场,已形成高度专业化的全球半导体产业链。

星展集团研究经济师马铁英指出,若许多国家尝试建立涵盖所有领域的半导体产业链,长远来看,这将导致效率降低及成本上扬。

新厂正式投产需至少两年晶片荒料明后年才能缓解

另外,一旦冠病大流行结束和线上需求开始下降,全球晶片需求增长料放缓,然而在供应方面,半导体企业不易缩减产能,因为关厂成本很高,这将引发产能过剩问题。

受到政治、技术和运输等因素干扰,英特尔全球外部制造企业副总裁王海认为产能过剩可能发生在局部市场,就好比冠病疫苗目前在部分地区面临严重紧缺,而一些发达国家却已出现过剩的现象。

由于晶圆厂不是一朝一夕就能建立起来,扩增产能往往需要至少两年才能正式投产,晶片荒预计到明后年才会缓解。然而,各行各业需要不同类型晶片,面临程度不一的晶片供应紧缺,尤以汽车制造业最为脆弱。

穆迪分析公司(Moody's Analytics)副总监黄恒信解释,一辆汽车需要动用上千晶片,但都属于很成熟技术。相比之下,手机或消费电子产品只运用新一代晶片,这类晶片的盈利率较高,自然能吸引更多厂商投资扩产。

若以全球晶片制造营收来看,电脑、无线通信和消费领域市场占比最大,分别占34%、27%和13%,汽车领域则仅占9%。

全球五大晶圆厂 三家在本地设据点

尽管新加坡在全球半导体供应链并不占据显著产出比重,但我国的地理优势及卓越商业环境,仍成功吸引不少跨国企业在本地设立生产基地及扩大投资。

全球五大晶圆厂中有三家在新加坡设立据点,例如立足本地10年的美国半导体公司格芯(GlobalFoundries)是本地最大规模的晶圆厂,目前在兀兰设有五个厂房。该公司6月份宣布斥资40亿美元建设新工厂以提高产能逾三成。

此外,集成设备制造商及半导体制造设备供应商也进驻我国,包括美光科技和库力索法半导体公司(Kulicke & Soffa)。

作为全球顶尖电脑记忆与数据储存设备制造商,美光科技目前在本地设有两家晶圆厂和一个组装测试设施,2019年投资数十亿元在兀兰扩建新净室,用来制造更先进的3D NAND快闪记忆体。NAND主要运用在电脑固态硬盘、手机,以及数码相机等产品。与传统NAND相比,3D NAND存储空间更大,读取速度更快,可靠性也更高。

美光科技企业副总裁兼新加坡经理陈国兴接受《联合早报》访问时指出,兀兰研发及生产基地扮演重要角色,负责推动未来NAND技术转型。集团目前在本地聘用逾8600名员工。

在美国挂牌上市的库力索法在新加坡设全球总部,该公司主要提供封装设备与耗材,公司大部分设备是在新加坡完成组装。

库力索法产品和解决方案执行副总裁张赞彬受访时指出,晶片短缺问题使半导体制造前端和后端都在积极扩增产能,公司作为后端封装设备制造商,目前须要想尽办法克服供应链挑战,确保设备产品能及时出货。

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