根據SEMI最新的報告，預計全球半導體行業將在2021至2023年間開始建設的84座大規模芯片制造工廠中投資5000多億美元，其中包括汽車和高性能計算在內的細分市場將推動支出增長。增長預期包括今年開始建設的33家新工廠和預計2023年將新增的28家工廠。（芯片招聘網）
SEMI總裁兼首席執行官Ajit Manocha表示：“《世界晶圓廠預測報告》的最新更新反映了半導體對世界各國和眾多行業的戰略重要性日益增加。報告強調了政府激勵措施在擴大產能和加強供應鏈方面的重大影響。鑒于該行業的長期前景看好，半導體制造業投資的增加對于為多種新興應用驅動的長期增長奠定基礎至關重要。”
四年興建41座晶圓廠
中國臺灣工研院產科國際所在早前提供的數據則表示，2022年至2025年全球將興建41座晶圓廠，相當于目前全臺灣12吋廠總量。其中，以美國增加九座最多，主因臺積電、三星、英特爾大舉在美國投資建廠，不僅可能導致產業面臨供需失衡壓力，也恐帶來高耗電、高碳排等挑戰，臺廠更將受地緣政治考驗。
在釋出以上數據的時候，臺灣工研院產科國際所呼吁半導體大咖重視在全球瘋狂蓋新廠將帶來眾多挑戰的問題。
工研院產科國際所分析，以未來新增晶圓廠所在單一國別來看，在臺積電、三星以及英特爾、美光、德州儀器等大舉投入美國擴產下，未來三年美國新增晶圓廠總數最多、達九座，當中包含八座12吋廠與一座8吋廠。
工研院產科國際所半導體研究部產業分析師黃慧修指出，由于半導體應用需求成長與地緣政治因素，全球晶圓廠擴廠潮2022年至2025年估計陸續動工興建41座新廠，但也因此產生更多碳足跡，半導體業必須改善高耗電、高碳排等問題。
黃慧修認為，地緣政治持續牽動半導體業從全球化走向區域化，其中，美國芯片法案推升大廠在美國生產并降低依賴非美業者，估計美國境內產能占比將提升，加上美國出口管制升級箝制大陸半導體發展，已看見臺灣晶圓代工廠隨著美國與大陸以外客戶占比提升而持續降低對大陸客戶依賴。
芯片制造需求強勁
據Yole所說，全球大流行最初轉移了晶圓廠交易的投資，但由于美國和歐洲芯片立法的潛在財政支持，在供應鏈限制和熟練勞動力短缺方面苦苦掙扎的彈性半導體行業重新引起了人們的興趣。
來自ATREG的CEO Stephen Rothrock 和Yole的CEO Jean-Christophe 討論了新興的商業模式，這些模式可以使全球半導體行業遷移到具有最佳制造能力的前沿和成熟技術。
在 COVID 期間，受限的供應鏈導致半導體世界所有領域的價格大幅上漲，但存儲器業務除外。據Yole預計，這部分業務在 2021 年的半導體銷售額增長 25%，但今年將下降至 11%，部分原因是價格上漲。由于電動汽車技術的快速發展，汽車行業增長尤其顯著，但強勁的需求也推高了工業和數據中心市場的價格。增長放緩的另一個因素是通貨膨脹，這導致智能手機和其他消費產品的訂單減少。由于烏克蘭戰爭，半導體供應鏈也出現了阻塞，再加上超大規模企業、初創公司的增長，
毫無疑問，經濟衰退之風正在刮起，迫使芯片公司在考慮提高晶圓產量時考慮這一點。然而，較低的增長率并不一定意味著許多公司對其產品的制造需求下降。需求依然強勁，IDM 和晶圓代工廠都需要找到增加晶圓廠產能并應對當前和未來挑戰的方法。
盡管半導體行業能夠快速增長，但在預算有限的情況下，對更多產能的需求以及與之相關的大量投資仍然很困難。在試圖快速適應當前的經濟和地緣政治環境時，芯片制造商供應鏈的彈性將受到考驗。在接下來的幾個月里，監測和識別薄弱環節以及行業制定解決這些薄弱環節的戰略將非常重要。
晶圓廠的巨大建設成本難題
越來越多的公司對端到端的設計和制造能力感興趣。前沿技術將使廣泛的研發計劃受益，但關鍵問題是缺乏這一級別的晶圓廠。全球缺乏晶圓廠的一個重要原因是建造它們并使它們上線所需的大量成本。
考慮到 5nm 的前沿晶圓廠成本約為 50 億美元以上，而 10nm 的成本略低于 20 億美元，成本差異巨大。政府激勵措施無疑會有所幫助，但盡管中國迄今已投入約 730 億美元的半導體補貼（不包括僅超過 500 億美元的政府補助、股權投資和低息貸款），似乎效果也不是很限制，更不用說美國、歐洲和日本尚未能夠接近匹配那個數字。即將出臺的歐洲 CHIPS 法案和最近通過的美國法案意味著我們可能會看到更多前沿能力在世界范圍內發展。韓國和日本也在通過自己的金融支持立法。
即使采取了所有這些舉措，我們也可能需要三年時間才能開始看到制造能力投放市場。
過去三個季度沒有重大的投資整合，延遲導致每個人都追趕和投資。由于需要更多的前沿設備，因此需要進一步擴大生產。
現在全球的供應有限，因為全球僅有 150 多家 300 毫米晶圓廠，其中中國臺灣有 42 家，中國大陸有 33 家，美國有 19 家，歐洲和中東只有 12 家。雖然領先優勢很重要并吸引了大量投資，但很大一部分活動仍停留在 200 毫米，對 90 納米至 180 納米工藝的不同節點的需求很大。
全球約有 230 家 200mm 晶圓廠，其中 51 家位于美國，49 家位于歐洲和中東。
建設晶圓廠的一些取舍
今天建造的新晶圓廠需要在不太先進的節點上生產與長期需求之間取得平衡。德州儀器 (Texas Instruments) 是一家典型范例，該公司宣布了建造新的 300 毫米晶圓廠的目標，以滿足其在傳統工藝的模擬生產需求。這對行業來說也是一個重要的趨勢，因為這意味著200mm設備難接入所帶來的生產大重組。
英特爾宣布在俄亥俄州建廠，升級其位于鳳凰城、以色列和愛爾蘭的晶圓廠后，許多大公司主要轉向領先優勢。投資公告的水平非常重要——美光在紐約中部的 1000 億美元計劃，三星和德州儀器在德克薩斯州的綠地，博世、英飛凌科技和意法半導體在歐洲有 300mm 投資。但值得注意的是，并非所有這些 300 毫米晶圓廠都處于領先地位——許多是 14 納米及以上的稍微落后的工藝。
還有地緣政治因素在起作用。臺灣見證了臺積電的崛起，如今該公司控制著全球 55% 以上的代工制造。這意味著許多小公司現在想知道他們會發生什么，因為像蘋果和高通這樣的大公司在代工廠內主導著需求。這種擔憂導致他們尋找自己的晶圓廠制造機會，以減少對他人的依賴并確保供應鏈的安全。
除此之外，使用化合物半導體的電力電子技術趨勢為半導體行業提供了機會。我們看到投資正在向 GaA、SiC 和 GaN 制造設施轉移。例如，Wolfspeed 在紐約的莫霍克谷建立了一個領先的碳化硅工廠，他們最近還宣布在北卡羅來納州建立一個新材料工廠來支持 SiC 業務。歐司朗還宣布投資 8.5 億美元用于 microLED 的八英寸設施。此類化合物半導體投資將顯著擴大這些產品的可用容量，以服務于手機、5G 網絡和電動汽車等終端市場。
晶圓廠運營的一系列挑戰
通常需要 18 到 24 個月來建造晶圓廠主題、安裝設備，然后再花 18 個月使工具線運行并使產品符合量產要求。隨著公司尋求交鑰匙設施以滿足不斷增長的需求，這導致了對建廠地址的空前需求。一些采用 fab-light 戰略的芯片制造商正在向其他用戶出售設施以確保長期供應，而不是考慮替代用途。onsemi 的情況就是這樣，他們在去年就幫助其出售了三個運營設施，包括將其位于比利時奧德納爾德的 150mm 晶圓廠出售給 BelGaN Group BV，該公司將使用 8-英制轉換套件可用于 70% 的工具。
其他公司選擇改造現有場所，將其改造為包括晶圓廠空間或添加潔凈室作為現有建筑的擴建。
總部位于明尼蘇達州的晶圓廠 SkyWater Technology 利用國防部撥款擴建了其布盧明頓 200 毫米晶圓廠，該撥款提供了大部分建造成本。有多種因素迫使這些和其他大中型和小型芯片制造商考慮翻新現有設施或建造新設施。
在美國，典型的潔凈室建筑成本在三年前為每英尺2 5,500 美元，但如今已接近每英尺2 8,500 美元。潔凈室通常占整個晶圓廠占地面積的三分之一，需要高效才能在五年內看到投資回報。
在紐約州奧爾巴尼，建造了一個納米中心，擁有大約 75,000 平方英尺的潔凈室空間，可供較小的用戶進行研發和小批量生產。雖然一些公司非常關注這種納米中心模型中的控制和知識產權，但其他公司可能會發現這可能是他們自己建造較小現場設施所需的替代方案。在當今的背景下，繼續構建現有的半導體生態系統和集群以提供更強大的供應鏈并確保對晶圓廠運營至關重要的額外支持基礎設施至關重要。（芯片招聘網站）
美國和歐洲的芯片立法也旨在為新公司和小型參與者提供補貼，而不僅僅是大型制造商。考慮到四年期間的資金分配相當于中國兩年的支出，有多少較小的項目將獲得資金還有待觀察。隨著美國的基礎設施法案和科學法案等其他計劃爭奪資金，建筑工程公司和熟練的貿易工人將面臨激烈的競爭。這些人力資本問題對半導體行業來說是一個重大的額外挑戰。
目前的情況迫使芯片制造商更聰明地工作，并聯合起來最大限度地利用有限的資源來降低制造成本。ST Microelectronics 和 GlobalFoundries 最近發布的公告是一個有趣的商業模式。在 ST 位于法國 Crolles 的工廠旁邊建立聯合運營的 300mm 晶圓廠的合作表明，公司對如何處理和保護他們的知識產權越來越放心，并且他們可以在并行運行的晶圓廠內創建模塊。
在不久的將來，我們可能會看到更多此類合作伙伴關系，作為在裝載、效率、上市時間和成本方面優化晶圓廠的一種方式，特別是在兩三個公司所在的化合物半導體領域可以共同經營一個單一的設施。
與晶圓廠的設計一樣重要，公司控制制造成本并與合理的戰略研發投資計劃相平衡也同樣重要。此外，產品周期可能非常短——一個過程可能需要兩年時間才能建立，但當競爭對手在市場上處于領先地位時，它就會變得多余。這解釋了為什么半導體行業在建設晶圓廠時謹慎行事，并以集群為重點。
晶圓廠需要以 75% 或以上的產能運營才能具有成本效益。鑒于晶圓廠運營的高成本，芯片制造商需要能夠有效地管理流程，這在過去十年中導致了如此多的整合。公司可以在簡化的流程中制造單一產品。德州儀器就是一個很好的例子，專注于模擬和 300mm，現在主導著市場。同樣的整合戰略在英特爾、高通和英偉達身上也取得了成功。
金融市場對領先企業毛利率達到 40% 至 60% 的熱衷需要解決，因為這不一定與持有庫存的需要同步。正如我們從 COVID-19中了解到的那樣，精益庫存可能會給供應鏈帶來問題。生產投資是提高利潤率的一種解決方案，這樣晶圓廠就可以加工更多設備并降低成本。
全球半導體行業的性質意味著今天制定的計劃及其成果將在四五年后才會顯現出來。IDM 和晶圓代工廠都在發展他們的技術、制造期望以及如何滿足對越來越多的微芯片日益增長的需求的想法。我們預計他們將找到新的資金來源、新的合作模式以及調整其業務實踐以適應新的全球半導體制造格局的新方法。
來源：半導體行業觀察
