各地自建半導體供應鏈的需求與風險《華商世界雜誌第51期》


發佈日期:2021/10/15
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各地自建半導體供應鏈的需求與風險

《華商世界雜誌第51期》



前言

半導體產業是高度分工的產業,各地區、各企業發揮各自功能,半導體技術因而蓬勃發展。但為了避免地緣政治與供應鏈斷鏈的風險,各地開始自建半導體供應鏈。隨著中國、美國、韓國、歐盟推進半導體產業建設,全球圍繞半導體的競爭逐漸升溫。

 

本文

全球半導體供應鏈遭遇極大的挑戰,從中美貿易爭議、新冠肺炎疫情,到晶片嚴重短缺,大大衝擊全球供應鏈,也暴露出各國供應鏈依賴程度的危機感。

 

扶植「在地自建」為主的半導體競賽

各地政府開始聚焦「扶植在地自建半導體」的意識感,紛紛推出激勵半導體產業發展,在研發投資、租稅優惠、建廠補助等方面制定政策,計劃對半導體挹注數十億美元的資金,投資建置新的晶片廠以及投入研發,以強化半導體供應鏈、並加強自主性。無論是中國、美國、韓國、台灣、歐盟,都紛紛加碼,凸顯了掌握半導體在現代經濟的重要性。一場扶植「在地自建」為主的半導體競賽正在拉開序幕。

 

75%半導體製造產能集中在大中華區與東亞

半導體行業協會 (SIA)/波士頓諮詢集團 (BCG)在今年4月提出的《在不確定年代強化全球半導體供應鏈》(Strengthening the Global Semiconductor Supply Chain in an Uncertain Era)報告指出,地理區域專業化(geographic specialization)已經形成全球半導體供應鏈的弱點。例如,在半導體價值鏈上有超過50個「點」(即不同技術/產品項目),其中某個單一區域的全球市佔率可達65%;很有可能發生單一個點因天災、基礎設施停擺、國際衝突等等因素而失能,導致重要晶片的供應嚴重中斷。像是有大約75%的全球半導體製造產能集中於大中華區與東亞,這個區域卻極易受到地震以及地緣政治緊張局勢的影響。

 

3年、3,500億美元投資,才能取代台灣晶圓代工業者產能

目前全球100%最先進半導體製程(10奈米以下)產能都在台灣(92%)與韓國(8%),這些先進晶片對美國的經濟、國防安全以及關鍵基礎設施都非常重要。一個假設的極端情況是,若台灣的晶圓代工業者永久完全供應中斷,將需要花至少3年時間、3,500億美元的投資,才能建立足夠因應全球各地需求、取代台灣晶圓代工業者的產能。

 

SIA 總裁兼首席執行官 John Neuffer 表示:全球半導體短缺清楚地提醒我們存在供應鏈中斷的風險,以及美國政府需要迅速採取行動投資國內晶片製造和研究。

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美國晶圓產能占比自37%滑落至今12%

美國政府6月8日公布一份全新的美國《供應鏈安全報告》,報告提及,過去因為過度重視成本與效率,導致長期忽視製造業發展,美國晶圓產能占比自 1990 年的37%,一路滑落至今的12%,全球有高達8成的產能集中在亞洲;尤其「台灣」角色也被凸顯,強調一旦台灣中斷生產,將造成全球高達 5000 億美元的損失。

 

報告提議,一方面鼓勵如英特爾等本土業者全力發展製程技術,推動晶圓代工事業,另一方面也鼓勵台灣、韓國把部分產能移往美國,藉以滿足當地客戶的需求,同時培養當地的供應鏈。總結目標,希望美國半導體產能的全球占比,能從2021年的12%,提高到2027年的24%。


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未來5~10年,全球半導體領域投入至少1.5兆美元

中國的半導體計畫已制定於「十四五」計畫中,美國、韓國、歐盟、日本也在2021年第二季陸續公佈全新半導體戰略。據初步統計,在未來5∼10年內,全球會在半導體領域投入至少1.5兆美元。

 

在這波全球半導體擴產潮中,除英特爾將擴大在美投資外,台積電、三星也已都將赴美設廠;此外,台灣、韓國、日本甚至是歐洲也都有各自龐大的擴廠計畫。

 

全球半導體產業的發展已進入新階段,與過去強調更經濟的「全球分工合作」不同,現在大家重點聚焦於半導體全產業鏈的建設。


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中國半導體的主要發展項目,「第三代半導體」

中國已將晶片製造技術提升到國家戰略地位,「2030計畫」和「十四五」規劃明確將第三代半導體列為重點發展方向。計畫在2021~2025年期間,在教育、科研、開發、融資、應用等各方面,投注人民幣10兆元大力支持發展第三代半導體產業發展。按照計畫,中國今年本土晶片供應占比將提升至40%,到2025年,也就是「十四五」規劃期間,將進一步提升至70%。「十三五」期間中國半導體年均成長幅度約 20%,是全球同期的四倍。

 

第三代半導體材料多用在5G基地台、快速充電以及電動車、軌道交通等產品上。由中國科技部、工信部支持,科研機構、大專院校、龍頭企業發起籌建的「第三代半導體產業技術創新戰略聯盟」(CASA),於今年6月發布的「第三代半導體產業發展報告2020」白皮書顯示,去年中國大陸第三代半導體整體產值超過人民幣7,100億元。

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中國是全球最大的半導體進口國

中國是全球最大的半導體進口國。海關數據顯示,中國去年購買超過3,000億美元外國製造的晶片。

 

中國近年力推半導體自主化,從華為旗下海思,到小米、OPPO、vivo等品牌,以及阿里、騰訊等網路巨擘都投入晶片研發。依據標普全球市場財智(S&P Global Market Intelligence)的數據顯示,今年以來,中國半導體企業通過首次公開募股(IPO)、私募籌資和資產出售等方式,已籌集了近380億美元的資金,是去年總額的兩倍多。

 

美國《創新暨競爭法案》,5年投資520億美元

6月,美國白宮公佈關鍵產品供應鏈風險評估報告,在這份評估報告中,白宮表露出對美國半導體過度依賴其他國家或地區供應商的擔憂。例如,美國的前瞻邏輯晶片主要依靠台灣,成熟節點晶片需求主要依賴台灣、韓國和中國大陸,美國的封測主要依賴亞洲的企業。

 

接著,美國參議院6月8日通過《2021年美國創新暨競爭法案(the United States Innovation and Competition Act of 2021, “USICA”)》,將投資半導體產業520億美元以及國家科學基金會的810億美元,目標是在5年內大幅提升美國的晶片生產、研發能力。

 

520億美元的資金包括:390億美元的生產和研發資金、105億美元的專案實施資金,以及15億美元的緊急融資,即替換掉華為和中興通訊的設備,以加快發展美國運營商支持的開放式無線接入網。

 

根據美國半導體協會(SIA)調查與定下的策略目標,目前美國半導體製造業大約貢獻全球總量12%,希望在2027年時能倍增到24%。

 

為了達成這個目標,美國政府將投資1,500億美元,興建7~10座晶圓廠。報告也提議,扶植本地業者,並鼓勵台、韓產能移往美國,藉以滿足當地客戶的需求,同時培養當地的供應鏈。因此,美國積極以建廠補助,吸引三星、台積電和英特爾建廠。

 

英特爾已宣布將於美國亞利桑那州新建2座12吋晶圓廠,預計2024年導入量產。此舉也有助於吸引上下游供應鏈業者,建立當地的半導體產業聚落。

 

台積電投入1,000億美元,三年在美國設立新晶圓廠

台灣已站穩先進半導製造、封測世界第一的地位。在美國積極發展的前瞻性半導體研究,台積電也參與其中,布局未來五至十年後的新技術領域。

 

台積電近幾年已經成為全球最關鍵的半導體企業,市值約為5,500億美元,躋身全球第11大企業的行列。英國研究機構Capital Economics指出,全球92%的先進晶片都是由台積電製造,剩餘的才由三星生產。目前全球約有14個手機處理器是由台積電所生產。

 

台積電目前宣布將投入1,000億美元,於未來三年在美國設立新晶圓廠。台積電計劃擴大在美國亞利桑那州的投資設廠計畫,將會建造六間工廠。此外,台積電近日也選定在台灣高雄打造7奈米另一生產重鎮。

 

台積電先進製程集中在台灣及美國亞利桑那州廠,研判台積電在日本的晶圓廠,將會以成熟製程的28奈米為主,與台積電另一個28奈米製程重鎮南京,和台灣的南科14廠,形成緊密的車用晶片區域供應鏈。此外,台積電海外車用晶片布局,重心集中在中國南京、日本熊本,德國是一個考慮設廠地點,後續就看日本及德國政府提出什麼誘因。

 

歐盟「2030數位羅盤」計畫生產全球20%高階半導體

為減少對亞洲的依賴,歐洲也努力打造自己的半導體產業鏈。歐洲晶片市占率低,也與半導體廠商將業務外包有關,2015年還有2/3的晶片在歐洲本地生產,到了去年只剩下55%。

 

歐盟在9月提出「歐洲晶片法案」(European Chips Act),共同創造先進的歐洲晶片製造「生態系統」,使歐盟的半導體製造產業維持競爭力,並做到自給自足。並推出「2030數位羅盤」計畫,希望到21世紀20年代末,能生產全球20%的半導體尖端半導體。

 

歐盟主導產業政策的執行委員布勒東,則已分別與英特爾、台積電及三星電子等半導體大廠的主管討論,希望爭取這些業者到歐洲設廠,且傳已備妥上百億歐元的補助措施。

 

英特爾計畫在歐洲興建兩座晶片工廠,之後將總共蓋8座,十年內總投資額提高到約八百億歐元。蘋果因應歐洲推動半導體發展,進而在德國建立晶片設計中心。

 

韓國「K-半導體戰略」10年投資約4,500億美元

韓國政府在5 月發佈了「K - 半導體戰略(K-Semiconductor Strategy)」,依照韓國總統文在寅為半導體產業發展規劃的國家藍圖,三星電子與SK海力士到2030年為止,將帶領投資超過510兆韓元(約4,500億美元)於半導體研發。韓國「半導體國家隊」由153家公司組成,在韓國國內建立全球最大的晶片製造基地,保衛攸關國家經濟命脈的最重要產業。

 

此外,因應全球半導體競爭,韓國司法部宣布三星電子副董事長李在鎔假釋出獄。三星為全球最大記憶體晶片及智慧型手機製造商。三星現下的首要之務是敲定美國投資案。為了與台積電和Intel等半導體巨頭競爭,三星有意赴美建造新的晶圓廠,但至今連設廠地點仍未能定案。相較之下,全球最大晶圓代工廠台積電近日透露,未來3年將投資1,000億美元進行產能擴張。

 

此外,三星近來著手鞏固國內晶片供應鏈。三星電子近來大舉投資一批中型公司,力圖在韓國境內布建一個由設備廠與原料供應廠組成的晶片供應鏈網絡,設法在日韓貿易衝突及美中貿易角力之際,降低海外曝險。

 

2019年7月,日本對銷往韓國的部分晶片製造材料限制出口,讓韓國企業覺醒到依賴日本的風險。韓國總統文在寅於是致力推動晶片材料、零件和設備在地生產,已在2022年度預算案編列1.68兆韓元,促進半導體產業發展,比2011年度提高9%。

 

日本確立「半導體數位產業戰略」

2021年6月4日,日本經濟產業省宣佈,彙整對半導體、數位基礎設施及數位產業戰略的研究,確立「半導體數位產業戰略」。根據「半導體數位產業戰略」,日本將加強與海外的合作,聯合開發尖端半導體製造技術並確保生產能力。加快數位投資,強化尖端邏輯半導體設計和開發、促進綠色創新、最佳化日本半導體產業佈局,加強產業韌性。

 

日本準備斥資數十億美元,在國內建立晶片廠,並推出3.85億美元補助發展計畫,與台積電材料研發中心合作,在日本打造2奈米先進製程晶片產線。

 

新加坡加碼半導體投資,2030年製造業成長50%

新加坡是亞洲重要金融和科技中心,並已宣布規模數十億美元的半導體相關投資計畫。星國已設定2030年時讓製造業成長50%的目標,半導體產業更是重點。

 

星國若要達成目標,外國投資將扮演關鍵角色。美國格芯(GlobalFoundries)6月宣布,將在新加坡投資逾40億美元擴張晶圓廠,預定2023年投產,因應全球晶片荒。德國晶片業者英飛凌也已選定在新加坡設立人工智慧研發中心,承諾投資約2,000萬美元。

 

2022年全球新建29座晶圓廠‧總支出超過1,400億美元

據SEMI最新預測顯示,為滿足市場對晶片的需求,到2022年全球將新建29座晶圓廠(2021年新增19座高產能晶圓廠,2022年新建10座),總設備支出將超過1,400億美元。

 

依地域劃分,中國、台灣各新增8座,美洲地區新增6座,歐洲和中東地區新增3座,日本和韓國各新增2座。在這29座晶圓廠中,主要以300mm晶圓生產為主(2021年新建15座,2022年新建7座),其餘7座是100mm、150mm和200mm晶圓廠,預估29座晶圓廠每月可生產260萬片晶圓(8英吋)。

 

SEMI全球行銷長暨台灣區總裁曹世綸預期,隨著業界推動解決全球晶片短缺問題的力道持續增加,未來幾年這29座晶圓廠的設備支出,預計將超過1,400億美元,帶來龐大的設備材料商機。

 

各地自建半導體供應鏈成本約一兆美元,半導體價格上漲35%至65%

除了中國,包括美國、日本與歐洲各國,在過去一年出現的晶片荒後都有加速推動本地半導體業製造的趨勢,這除了將晶片供應提升至國安層次,亦有兼顧自身產業鏈發展與就業的考量。但是,台積電創辦人張忠謀示警,認為此舉可能提升成本、技術進步放緩,恐導致國家投入鉅額成本,但無法建成自給自足的供應鏈。

 

各國若要自建半導體完整供應鏈,前置成本高昂。波士頓顧問公司(BCG)先前發表「強化不確定時代下的全球半導體供應鏈」報告內容說,在不考慮投資失敗等情境下,全球自建半導體供應鏈的前期投資估為9000億至1.2兆美元;由於成本墊高,預估全球半導體價格將上漲35%至 65%,這會慢慢地反映到終端消費市場。

 

專家表示,半導體現在明顯供不應求,但這都還沒反應未來的自建成本,從經濟學角度看,各國供應鏈自給自足可能不是最適合的解方。

 

世界各國政府都提供巨額補貼,吸引新的半導體廠及研究機構,相較之下,廠商若要在美建廠,會比在美國之外建廠貴上20~40%。安森美半導體(ON Semiconductor)資深副總裁David Somo表示:「嘗試在單一既定地點從上游到下游重建整個供應鏈是不可能的,會相當昂貴。」

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各地區半導體產業鏈各有優勢和劣勢

半導體是一項高度分工的成熟產業。美國的半導體設計生態全球領先,但產業高度依賴對中國的銷售和有限的IP、勞動力及製造資源。韓國和台灣的晶片製造是業界的標竿,其設備和EDA軟體需要歐美企業的大力支持,中國擁有全球最大的半導體市場,但其半導體製造還有很大的提升空間。

 

目前,雖然各國針對半導體的政策非常積極,但是半導體是資金、技術密集型產業,需要企業大量的資金和長期的人才投入。各國半導體產業鏈各有優勢和劣勢,若將政治、國安的因素考量進去,自建半導體供應鏈似乎又有其必要性。半導體供應鏈的建置,是各國政府與半導體廠的大難題。

 

(END)




 
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