失效分析 赵工 半导体工程师 2022-07-28 09:56 发表于北京
今年的总额可能达到 1090 亿美元，这对芯片行业意味着什么？
全球企业和政府正在对芯片制造厂进行创纪录的投资，以大力推动半导体供应链更加稳健，并减少从市场变化到地缘政治中断等各种因素造成的短缺。
据 SEMI 称，这些投资——从更新现有的制造设施到从头开始建造全新的晶圆厂——今年可能达到 1090 亿美元。这个数字是半导体行业的历史新高，比去年增长了 14.7%。SEMI 跟踪全球 1,400 多个设施和线路，其中包括为未来规划的 133 个设施和线路。
仅在过去三个月里，芯片制造商就宣布在法国 Crolles 新建一个由 STMicroelectronics 和 GlobalFoundries 联合运营的价值数十亿美元的晶圆厂；瑞萨电子投资约 6.5 亿美元，在日本东京重新开设一家工厂；以及在德克萨斯州谢尔曼的一座工厂的奠基仪式，该工厂的投资高达 300 亿美元，等等。此外，三星提交的税务文件显示，它正在考虑在德克萨斯州奥斯汀及其附近投资高达 2000 亿美元的新晶圆厂。
活动的激增正值该行业的动荡时期。芯片公司同时在努力应对大流行的挥之不去的影响，同时稳步迈向 1 万亿美元以上的未来。半导体专家知道该领域本质上是周期性的，并且晶圆厂需要大量支出和长期视野。对于寻求行业友好型法律和为其项目提供公共资金的公司而言，目前的情况呈现出一种脱节的叙述，因此倡导者将这些项目称为实现了广泛的雄心壮志。
有些人强调，晶圆厂将把工作岗位带到需要它们的地区，利用可能有助于缓解公司多年来抱怨的人才紧缺的劳动力资源。其他人表示，这些合资企业是为了应对未来的芯片和晶圆短缺，这些短缺已经扰乱了医疗设备制造，颠覆了汽车供应链，并用替代零件制造了安全风险。
Lam Research 总裁兼首席执行官蒂姆·阿彻 (Tim Archer) 在 3 月份美国参议院商业、科学和运输委员会的证词中将这个问题总结为需要创造“安全且有弹性的半导体供应，同时在快速发展的技术之前加速创新复杂。”
这些项目并非没有争议。在美国，被称为 CHIPS 法案的 520 亿美元的行业补贴立法方案陷入了党派政治和对该法案公平性的担忧。一些批评者表示，此类法案的目标范围太广，无法连贯。参议院本月通过了一项程序法案，可能会获得官方批准。立法引发的骚动导致英特尔推迟了在俄亥俄州的一座晶圆厂破土动工，而格罗方德表示，如果该措施未能通过，它将推迟在纽约建造一座晶圆厂的计划。
今年全球晶圆厂设备支出预计将达到 1090 亿美元。资料来源：SEMI
2月份推出的《欧洲芯片法》将投入超过 430 亿欧元的公共和私人投资，用于加强半导体生态系统的各个方面。欧盟成员国和欧洲议会目前正在讨论该措施。
两项《芯片法案》虽然全面，但与在中国进行的国家投资相比显得苍白无力。作为中国制造 2025 战略的一部分，中国政府的目标是拥有一个完全自给自足的半导体产业。为此，该国创建了一个 1700 亿美元的投资基金，用于资助公司和建造晶圆厂。
SEMI 企业营销副总裁桑杰·马尔霍特拉 (Sanjay Malhotra) 表示，该行业的市场动态是微妙的，难以解释。但他说，最近的投资浪潮似乎不是昙花一现，而是对未来的预兆。毕竟，该领域的快速创新步伐与投资需求密切相关。
“这就是这个行业的全部内容。只有在升级设备时才能降低晶体管的成本，”马尔霍特拉说。“这是合乎逻辑的事情。假设您今天使用 5nm 技术建立了一个新的晶圆厂。根据摩尔定律，几年后技术必须被 3nm 取代，因为您必须不断降低成本。所有这些晶圆厂都将上线，两三年后，随着行业转向下一项技术，它们将被取代。”
Malhotra 表示，与大流行相关的消费品支出激增所产生的短期芯片需求是一个移动目标，与该行业的长期需求并不相符。“我们预计在家工作活动产生的需求不会持续，”他说。“更重要的是物联网和汽车领域。例如，特斯拉是一台带轮子的计算机。汽车有大数据，然后需要有一个数据中心来处理所有生成的数据。就尺寸而言，计算和智能手机目前占半导体总消费的百分比最大，但物联网和汽车是它的发展方向。”
Malhotra 还指出，医疗技术、航空航天和量子计算将在未来几年推动该行业向前发展。
根据 SEMI 的数据，从地理角度来看，晶圆厂设备支出由台湾、韩国和中国领衔，美洲位居第四。尽管与亚洲相比，欧洲和中东的投资规模较小，但增长率却非常显着——同比增长 176%。
预计今年产能将增长 8%，明年该行业预计将生产 200 毫米晶圆，相当于每月 2900 万片晶圆。SEMI 表示，今年的大部分设备支出将来自 158 家晶圆厂和生产线的产能增加。今年和明年产能增幅最大的行业是代工和内存。
这些变化的影响广泛而深远。例如，对于像 Brewer Science 这样的材料和工艺公司来说，当前的市场和投资动态意味着与客户的沟通比过去更加重要。“与这些公司密切合作以了解预测的产品组合至关重要，这样我们才能加强已经紧张的供应链，”布鲁尔半导体业务部门执行董事汤姆布朗说。“在现有商业产品和改进与交叉晶圆厂初创企业和资质与我们的新技术解决方案之间取得平衡，可能会给我们的研发团队带来巨大压力，因为他们努力满足所有要求。”
Brewer 执行副总裁兼首席运营官 Srikanth Kommu 表示，该公司已“进行战略投资以与行业一起发展”。“即使在新冠疫情最严重的时候，我们也有能力、系统和供应链来不断满足并超越客户的需求。”
材料是难题的关键部分，芯片行业知道这一点。美国唯一的稀土金属和磁铁制造厂——恰当地命名为美国稀土有限责任公司——于今年早些时候在中美贸易紧张局势中开业。美国稀土公司总裁 Thayer Smith 表示，主要关注的是轻稀土，如钕和镨，它们赋予磁铁磁性，重稀土如镝和铽，用于防止磁铁在高温下退磁。.
“如果你看看你的 iPhone 或 iPad，里面有大约 90 个稀土磁铁，”史密斯说。“一架 F35 战斗机中装有 900 磅的磁铁。弗吉尼亚级潜艇有 9,000 磅。您会在任何类型的高性能电机中找到它们，而真正推动市场的是车队的电气化。但它们也用于冰箱、暖通空调系统和消费电子产品。它们无处不在。如果没有稀土磁铁，就无法运送电动汽车。”
创建最终产品需要端到端的供应链，任何环节的中断都可能对其他看似不相关的领域产生广泛的影响。QP Technologies 销售和营销副总裁 Rosie Medina 说：“我们的一些层压基板出现了很大的延迟。” “我们对一个报价有 52 周的交货期。我们已经三个月了，客户正在耐心等待。一家陶瓷封装公司甚至不再接受任何订单。他们不断向我发送如此长的交货时间，以至于他们最终说，“不再，停止。” 这是在较旧的遗留类型包上。我们的 QFN（四方扁平无引线）的引线框架已从大约 8 周缩短到大约 16 周，相比之下，我们认为这并不算太糟糕。”
这类故事在芯片行业和需要半导体的行业中得到了回应。但这只是众多挑战中的一项。整个行业的公司都必须解决的是如何为现有和新的晶圆厂企业找到足够数量的合格工人。多年来，半导体公司已经指出了各种因素来解释他们的人员配备问题，包括 K-12 教育问题和一些潜在的员工回避硬件生态系统以在科技巨头从事软件工作。现在，许多科技巨头正在整合他们的硬件和软件业务，在短期内为相同的求职者创造了更多的竞争。
马尔霍特拉说，这个问题已经到了关键时刻。SEMI 估计，仅在美国，多个工作职能部门就短缺约 80,000 名工人。在接下来的十年中，美国将需要在半导体生态系统中增加 500,000 到 750,000 名工人。“你可以拥有一个晶圆厂，你可以用设备填充它，但如果你没有人来运行它，那还有什么意义呢？”
行业专家表示，解决这些问题需要多管齐下，其中可能包括教育投资、更多样化和更具包容性的招聘做法，以及帮助每年离开军队的数千人中的一些人过渡到与半导体相关的工作。
这些新工人可能会越来越多地转向新工厂，而不是产能扩大的现有工厂，正如马尔霍特拉所说，未来几年投资组合可能会转向新工厂。他指出，晶圆厂投资环境也可以为该行业的新进入者创造机会，尽管不一定是新的晶圆厂所有者——至少在美国和欧洲是这样。
“建造一座晶圆厂的成本非常高，达到 100 亿美元，而这对于一家初创公司来说是一大笔资金，”马尔霍特拉说。“但没有理由为什么一群工程师不能获得资金并拥有一家设计初创公司或一家无晶圆厂公司。这种活动正在发生并将继续，尤其是对于所有需要创新的新应用程序。但我怀疑你会听到有人突然出现并在美国和欧洲方面开办晶圆厂。当政府资助并在印度等地创造新的参与者时，你可能会看到这种活动，就像在中国已经发生的那样。在印度，有不少成熟的工业企业拥有资本和人才，政府可以通过土地或税收优惠来激励他们。这就是新名字可能出现的方式。”
结论正如对美国芯片法案的回应所表明的那样，对芯片制造商的公共补贴可能会引起争议。但是，推迟晶圆厂生产的不仅仅是怀疑和政治策略。经济也在放缓，目前尚不清楚这种动态将如何影响整个行业的晶圆厂投资。
经济问题已经导致至少一家公司改变其晶圆厂投资策略。据报道，由于对通货膨胀和需求下降的担忧，SK 海力士决定推迟对价值 32.6 亿美元的新生产线的最终决定。
其他芯片制造商是否会做出类似的决定还有待观察。
来源：半导体行业观察
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