在新冠疫情的催化下，半导体市场供应的短缺问题已经成为行业热点问题，并对电动汽车等新兴科技应用行业领域造成了不小的影响，尤其凸显了包括人工智能在内的越来越多的新兴技术对半导体技术创新和芯片稳定供应的技术与市场的强大需求。

为此，半导体行业近期掀起企业并购热潮，头部公司加速全球布局。然而，由于半导体行业的回报周期较长，但从建厂扩产单方面很难再短时期内解决断供问题。而除了扩大产能之外，本文提出从技术、投资、适应力、人才、行业生态合作共6个方面的半导体企业发展策略，全面提升半导体行业公司的战略布局与建设手段，并对最近“扩大产能”的热点做法进行分析，对不同规模晶圆厂的建设成本和效益进行量化，判断是否适合进行扩产，以及确定合理的扩产时机。最后建议企业、政府为成就即将到来的“半导体的黄金十年”奠定战略与行动基础。

随着半导体的市场需求持续超过供应，半导体公司可以采取不同的方式来把握新的机会。

 

背景：半导体供应短缺原因

1.1 半导体供应短缺，市场前景看好

随着芯片需求的飙升，2020年全球半导体公司年收入增长了9%，2021年增长了23%，远高于2019年报告增长的5%。在疫情之前的2015到2019年，半导体公司的总股东回报(TSR)年均为25%，而去年的股东回报率直接飙升至50%。 

随着越来越多的产品和服务的数字化程度不断提高，数字变革增速，半导体行业明显正处于上行趋势。根据先前趋势预计该行业估值年增长率可达7%-8%。单从数字来看，这似乎是成为一家半导体公司的理想时机。然而，在这种现象背后，当今的半导体公司正面临着一系列挑战。

1.2  半导体供应短缺背后原因分析

在半导体供应短缺现象的背后，主要有两方面的原因。一方面，在疫情之下，人们需要购买更多的电脑和相关设备用于远程办公，对电子产品的需求提升，进而加大了对半导体的需求。 而另一方面，早在疫情之前，半导体晶圆厂就已经接近满负荷运转，致产品交付周期长达六个月或更长。加上产品设计复杂性增加、人才短缺和疫情等问题，导致了贸易动态的不确定性，全球半导体供应链正面临着强大的冲击。为此，一些公司选择增加库存，以提前囤货的方式确保供应。

其中，对于汽车原始设备制造商来说，已经开始订购比实际需要更多的芯片，建立库存作为囤货储备。从短期来看，确实放大了供需缺口；但从长期来看，有些公司可能会考虑签订有约束力的“照付不议”合同（"take or pay" contracts），即：即使买家不需要先前所订购商品，仍需直全额支付产品全款。这将刺激公司更准确地将芯片需求与制造能力相匹配。 

1.3 应对短缺方法的策略

将芯片设计转移到公司内部（大型科技公司，原始设备制造商）：目前，半导体供应短缺十分严重，促使更多大型科技公司和主要汽车原始设备制造商将芯片设计转移到公司内部，而这一趋势很可能将重塑全球半导体行业生态，对市场影响重大。

半导体公司直接投资新建晶圆厂，但难以实现短期盈利：在其他行业，制造商通常通过增加产量来应对短缺。但是，半导体晶圆厂的建设和增加产量的成本极高，而且非常耗时（通常需要一年的时间进行大规模扩张，或者需要三年多的时间来建设一个新工厂），因此想要在短期内实现半导体的大规模产量十分困难。虽然提高生产能力无可厚非，但无法立即解决眼下供应短缺的问题，反而需要多年、大量投资才会产生收益。

与下游客户公司合作投资，扩大晶圆厂产能：半导体公司可以与其下游客户共同投资提高晶圆厂产能的项目，可以减少半导体公司的前期投资，缓解潜在的资本支出限制。但考虑到晶圆厂建设和产量提升的漫长时间线，这种方式也不会立即缓解半导体的短缺问题。

2.企业策略

半导体行业公司的六大发展策略

本报告从企业角度出发，建议半导体公司可从以下六个方面着重入手，制定全面的计划，半导体公司提升战略布局与建设手段。这六个方面分别是：①保持技术领先（关注前沿芯片、追求超越节点大小的创新）、②长期研发投资、③提高适应力、④人才建设、⑤改善半导体生态系统合作，以及⑥扩大产能，从而提高半导体公司生产率和效益。

其中，“扩大产能”虽然不会带来立竿见影的效果，但仍作为半导体企业长期战略的重要部分。因此也对不同规模晶圆厂的建设成本和效益进行量化分析，帮助半导体公司判断其是否适合进行扩产，以及确定合理的扩产时机。

2.1 保持技术领先

所有产品细分领域的半导体公司都在力求创新，因为强大的芯片和先进的设备有助于在所有价值链领域创造更高收益。在一项跨行业分析中，半导体行业的研发支出仅次于制药和生物技术（以销售额的百分比计算）。 

图：半导体产业的平均研发支出很高 

半导体行业领头企业常用的技术研发策略如下：

2.1.1 关注尖端芯片和制造芯片所需机器

几十年来，随着半导体公司不断缩小技术节点，芯片上的晶体管数量每两年翻一番。然而，随着越来越接近单个芯片上可以包含的晶体管数量的物理极限，晶体管翻倍的速度已经放缓了。尽管如此，半导体公司仍将努力推动这项技术，预计到2025年，最小节点芯片（7nm及以下）的平均需求增长将比供应增长高出4个百分点。 

然而，技术节点尺寸的重要性因设备细分市场而异，不同领域对尖端芯片的需求不同。由于客户期望计算密集型应用程序具备高性能，在最小可用技术节点上设计芯片的半导体公司可能在这些领域具有明显的优势。在其他领域，较大的节点已经可以满足客户需求，此时节点尺寸并不具优势。 

此外，制造商还可以创造具备先进技术的设备，以优化过程控制，并监测和提高产量，实现企业增长。而汽车和其他关键产品需要用到的特定成熟节点（40至65nm）的需求虽然高于平均水平，但其利润率历来较低，因此很难通过扩展成熟节点容量来实现商业盈利。如果建造新的晶圆厂，则前期成本过高。为了确保长期稳定的回报，半导体公司可以从客户那里获得硬性承诺，以保证新晶圆厂上线后的高利用率。 

2.1.2 “超越摩尔定律”实现差异化优势：碳化硅氮化镓增长瞩目

除了减小结构尺寸，一些半导体公司还在追求“超越摩尔定律”的创新，以获得产品的差异化优势。例如开发硅基以外的半导体材料，如碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等化合物半导体材料，更适用于高功率和高频率应用。 

碳化硅和氮化镓功率器件应用市场的复合年增长率将远远超过功率半导体市场整体5%的预测增长率：碳化硅器件的年市场增长率预计为23%，氮化镓功率器件的年市场增长率预计为40%。 

通过推出专门加工碳化硅或氮化镓的机器，可为设备制造商创造新机遇。但目前此类机器需求仍低于对主流前沿设备，制造商应更加谨慎投资。代工厂可以转向为更广泛的无晶圆半导体厂商提供基于碳化硅和氮化镓的创新技术。 相比之下，关注如物联网一类的高增长细分市场，对企业来说更容易创造差异化价值，例如通过优化几种射频应用中所需的快速切换。目前，几个集成器件制造商（IDMs）和代工厂已经在成熟的节点中开发此类产品。 

图：半导体产业专家预计，碳化硅和氮化镓功率器件的增长率都将大幅度提高

2.1.3 先进封装技术：将带来巨大成本优势，刺激价值链新机遇

先进的封装技术可以提高芯片的数据传输率和性能。此外，先进的封装技术还可以使半导体公司将成熟的芯片整合在一个集成系统中。这种趋势被称为“异构集成”，使公司能够组合多个较小的芯片，而不是制造一个大芯片，从而带来巨大的成本优势。2020年，高级封装市场的价值为200亿美元，预计到2026年上升到450亿美元，届时将占封装收入的50%左右。虽然领先的集成器件制造商和代工厂正在推动封装技术创新，但由于先进技术刺激了对新材料和新设备的需求，所以也为价值链上的其他公司创造大量机会。 

2.1.4 专用集成芯片（ASIC） 

专用集成芯片（ASIC）将明确定义的算法和功能集成到芯片设计中，并为特定目的进行定制，如用于人工智能和云计算等。最近该领域发展迅速，可能会为更多的公司提供良好商机。即使那些专注于开发专用半导体的小公司，虽然其客户群相对较小，但产品需求仍然旺盛。 专用集成芯片的客户群包括多种需求不同的公司，如汽车原始设备制造商和超大规模制造商。一部分客户自行设计专用集成芯片，以改善定制化服务，并缩短交付周期。然后，这些客户将直接与代工厂合作来满足生产需求。另一部分小型的客户，更倾向于外包给专用集成芯片的专业团队，完成从设计到最终产品所需的所有步骤。

2.2 大胆的长期研发投资

半导体行业研发周期可能非常长，有时会超过十年，因此回报周期也相对较长，资助主体以政府为主。然而，大胆的长期投资最终会带来丰厚的回报。例如，荷兰ASML公司在17年间投资约70亿美元开发极紫外光微影技术及其批量生产能力。如今，该技术成为ASML公司最主要的收入来源。同样，英国Arm公司花了6年时间开发了一款64位计算处理器，该处理器如今也成为该公司核心产品。 

诸如此类的长期投入，其效益远不止技术节点的进步，其带来的技术飞跃还可能有助于改善整个社会发展。比如，量子计算专用芯片可以改善制药开发、可持续性计划和其他跨行业计划。但是在大多数情况下，半导体公司还是倾向于在已经发展壮大的领域增加投资，而不是进入新的领域以进一步扩大技术优势。 

2.3 在动荡的世界中提高适应能力

对了应对新冠危机带来的供应链与需求的巨大变化，半导体公司及其利益相关者仍在制定新的战略，特别要求企业具有更强的适应能力。 

短期措施“集中产能”：在本地供需严重不匹配的市场，半导体公司可以考虑将更多产能用于人们最迫切需要的节点，作为一种短期的缓解方式。例如，欧洲终端客户在很大程度上需要节点大于28nm的半导体用于汽车和工业应用程序，而美国客户对节点小于7nm的半导体有需求更大。扩大“关键点”的产能不仅可以满足需求，还可提高供应链弹性，减少市场间的依赖。 

提高灵活响应能力：半导体公司还可以通过提高灵活性和响应能力来缩短交付周期，例如扩大供应商基础、强化定价策略、改善客户的芯片分配、与行业组织合作探索芯片短缺的解决方案，以及邀请客户共同投资定制芯片的开发。

资本运营策略：资本支出最小化，收入最大化。例如，半导体公司可以修改首付政策，并向客户收取固定的预付款，或者要求客户提前18个月以上提供绑定的需求预测。 

2.4 强有力的人才输送管道

随着半导体对产品差异化变得越来越重要，一些电子公司、汽车原始设备制造商和超大规模制造商正在将芯片设计转移到公司内部，加强定制化并消除瓶颈。此举使得本已稀缺的半导体人才竞争比以往更加激烈。同时，随着半导体功能扩展，芯片设计复杂化，尤其是制造5nm技术节点，设计难度最大，耗时长，对高技术人才需求增加。 

图：随着半导体节点越来越少，制造半导体所需的成本和人工有所增加

加强人才招聘力度。半导体公司应加大招聘人才的力度，尤其是加工技术和运营管理专业人员。在最近一项调查显示，半导体行业的吸引力在很多方面都低于科技和汽车行业，包括工作生活平衡、职场机会以及多样性和包容性等方面都存在不小差距。因此，半导体公司应反思目前的运营方式，以确保对人才的吸引力。

品牌打造。相比与终端产品，半导体产品的关注度较小，以致半导体的一些极具创新能力的公司知名度不高，因此，半导体公司还需评估薪酬、学习和发展机会，以确保不落后于同等级的其他行业企业。 

与学术机构建立合作伙伴关系。半导体公司可以考虑支持学习项目，指导相关课程设置，培养更具半导体工作技能的高技术人才与劳动力，从而缓解劳动力人才短缺问题。

图：半导体公司在职场吸引力的诸多方面排名低于其他行业 

2.5 改善半导体生态系统内的协作

目前业内的生态主流模式：

• 加强与客户合作，开发定制方案。半导体公司与其客户的合作已经日渐普遍。例如，许多希望提高设计能力的汽车原始设备制造商现在正在与半导体公司合作，开发特定应用解决方案方面（如自动驾驶汽车）。

创建新的“生态模式”及其未来发展趋势：

• 开发“知识产权模块”。半导体公司可以创建新的生态模式，如可以开发出适用于各类客户的知识产权模块。例如，Arm公司开发了一种处理器架构，可同时开放多个公司的使用授权，该策略就可明显降低所有参与公司的成本。 
• 知识产权合作。一些半导体公司还与学术机构建立了强大的知识产权合作伙伴关系，加强知识产权的开发与保护。 
• 联合开发和调整技术模块。此举可降低公司技术开发投资的风险。同时，行业协会可以为长期技术路线发展提供重要指导，如比利时的微电子研究中心（IMEC）等专门研究半导体的机构，可以在竞争前研究期间召集半导体公司进行合作。
• 企业收购战略的程序化。即根据特定主题采取一系列方法进行较小规模的收购。此举可通过收购获得直接受益，使半导体公司可直接打开重要市场，或者提高对未来增长和扩大技术领先地位至关重要的能力。然而，目前收购目标总体稀缺 ，需要迅速调查并快速展开合并。
• 其他非正式合作方式。如建设或扩大设计和制造中心、合作开发知识产权等等。

2.6 产能的优化：投资扩厂的决策要素

成本最优的产能水平。由于投资金额巨大，扩大产能首先需要仔细考虑工厂的生产能力，从而有效控制成本。分析表明，产能至少为600,000 LSPW的晶圆厂成本最优，根据不同产品，相当于每周产能为12,000到20,000个晶圆。 

芯片类型也是影响成本的重要方面。随着节点尺寸的缩小，成本将呈指数增长。建立一个产能至少为600,000LSPW的40nm制造厂可能需要约50亿美元，其中约80%的投资用于设备支出。但是生产最小节点尺寸的尖端晶圆厂可能要花费100亿美元甚至更多。

图：运营和建造成本随着产能的增加而下降，产能为600,000 LSPW时达到平稳水平

投资扩厂抓住区位优势。通过在已有类似企业集群的地区建造晶圆厂，半导体公司可以获得一些成本优势，有助于确保足够的人才和资源（如土地、能源和水）。 

配管技术升级。可以通过升级二次配管，节省并更快收回投资成本。

引入先进的虚拟数据分析技术。半导体公司可与设备制造商建立伙伴关系，应用先进的分析技术来提高产量。例如，通过先进的组合学习实现建模，即从物理计量转换到虚拟数据的计量方式，完成整个设计制造周期的测试，从而降低成本和缩短上市时间。 

贸易环境与政策因素。由于地缘政治因素，导致芯片供不应求、供应链中断等贸易问题复杂化，为了提高本地前端制造能力，政府很可能加大晶圆厂建设的补贴措施，也会加快半导体工资的投资回笼。 

3.评析

近年来，在全球格局变动与科技竞争激化的背景下，半导体的重要性已经被提升了前所未有的地位。尤其是近期的半导体短缺问题，更加暴露出半导体供应链之间的紧密联系与相互依赖。

从半导体价值链的复杂性和专业化而言，该行业在一定时期内仍将是一个互补性、依存性极强的全球协作体系。同时，就半导体公司而言，目前市场中的任何公司都不具备整个端到端价值链所需的“全产业链”能力。因此，从企业发展策略上，一方面应继续强化企业自身强项、专注技术创新、通过灵活的运营策略提高企业的弹性、注重特定领域的人才的培养与管理、以及开展长远的战略投资等多个方面，从而继续保持在半导体行业内的竞争力；另一方面，对于为了解决“断供”而进行扩大生产或延申产业链的做法，应持谨慎态度，对于投资扩产也应针对行业细分领域与客户的具体需求等多个因素综合考量。 

此外，就行业市场本身而言，自动驾驶、车辆电气化和人工智能等新兴主流领域的增长趋势仍十分可喜，半导体技术的持续创新和稳定的芯片供应也基本锁定了长期的市场发展需求。在此背景下，不论是半导体企业、投资者、或是政府部门，如果能够抓住机会，制定稳健且不限于短期的发展策略和计划，或将能将这些有利趋势真正变成未来“半导体的黄金十年”。

免责声明：本文根转自学术plus，原作者 Teresa，文文子。文章内容系原作者个人观点，本公众号编译/转载仅为分享、传达不同观点，如有任何异议，欢迎联系我们！

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转自丨学术plus

作者丨Teresa，文文子

编辑丨郑实

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