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探針臺(tái)

2020-03-19 13:35

2019 年半導(dǎo)體狀況分析

2019 年半導(dǎo)體狀況分析分析數(shù)據(jù)包括全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的資本投入，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的研發(fā)支出，全球晶圓產(chǎn)能規(guī)模和晶圓產(chǎn)能狀況。全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)投資10億美元以上的成員分析，全球研發(fā)支出前十大半導(dǎo)體廠商的分析。
關(guān)鍵詞：集成電路；半導(dǎo)體器件；產(chǎn)業(yè)狀況。
1  全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的資本投入
據(jù) IC Insights 2018 年 11 月的報(bào)道，2018 年世界半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)資本支出總額首次突破千億美元大關(guān)，達(dá)到 1 071 億美元，較 2017 年半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)資本支出 933 億美元增長(zhǎng) 14.8%。其資本支出主要領(lǐng)域，一是全球存儲(chǔ)器市場(chǎng)持續(xù)火熱，有關(guān)廠商對(duì) DRAM 和 3D NAND Flash 產(chǎn)品進(jìn)行擴(kuò)張投資；二是以功率器件為主的半導(dǎo)體產(chǎn)品對(duì)于 8 英寸晶圓生產(chǎn)能力的投資熱浪；三是中國(guó)大陸對(duì)集成電路產(chǎn)業(yè)投資的高漲。IC Insights 指出，2018 年存儲(chǔ)器資本開(kāi)支將占到整個(gè)半導(dǎo)體資本支出的 53%，主要是 DRAM 和 3D NAND 閃存，包括對(duì)現(xiàn)有晶圓生產(chǎn)線升級(jí)和全新生產(chǎn)線建設(shè)。隨著主要存儲(chǔ)器廠商都計(jì)劃在未來(lái)幾年內(nèi)大幅提升 3D NAND 閃存產(chǎn)能，IC Insights 認(rèn)為未來(lái) 3D NAND 閃存市場(chǎng)的風(fēng)險(xiǎn)正在聚集。圖 1 列出了 2010～2019 年各年全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)資本投入的規(guī)模和增長(zhǎng)率。由此可見(jiàn)，受 2010 年全球半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模大幅增長(zhǎng) 30% 以上的刺激，2010 年和 2011 年全球半導(dǎo)體資本支出分別增長(zhǎng)了 107% 和 25%。受 2012 年和 2015 年全球半導(dǎo)體市場(chǎng)低迷的影響，2012～2016 年資本投入出現(xiàn)了一定幅度的衰退。2017 年全球半導(dǎo)體市場(chǎng)繁榮，激勵(lì)了資本投入大幅度增長(zhǎng) 37.6%。
2019 年隨著世界集成電路產(chǎn)品出現(xiàn)供過(guò)于求及消化庫(kù)存、避開(kāi)硅周期低谷期的風(fēng)險(xiǎn)，世界半導(dǎo)體投資熱相對(duì)會(huì)出現(xiàn)新一輪回落階段[1]。IC Insights 估計(jì)，2019 年全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)資本支出為 946 億美元，較 2018 年下降 11.7%。
IC Insights 給出了 2018 年資本投入最大的 5 家廠商的排名，如表 1。分析其中的數(shù)據(jù)可以看到，這 5 家廠商合計(jì)資本投入為 711 億美元，占 2018 年全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)總資本投入的 66%，與 2017 年相當(dāng)，并且這 5 家都是 2017 年資本投入前 5 位的廠商，排列順序除 3、4 位互換外其余與 2017 年相同。IC Insights 認(rèn)為，總體而言，2018 年占總支出 66% 的前五位公司，在 2019 年削減 14% 的資本支出，而其余半導(dǎo)體公司的資本支出則下滑 6.7%，致使全球半導(dǎo)體廠商 2019 年資本支出總額下降約 11.7%。
三星半導(dǎo)體的資本投入在 2017 年達(dá)到了驚人的 242 億美元（同比大幅增長(zhǎng) 114%）后，2018 年仍然達(dá)到 226 億美元，這兩年累計(jì) 468 億美元的高額投入，幾乎達(dá)到了英特爾和臺(tái)積電這兩年共同投入 484 億美元的水平，使得三星近兩年進(jìn)入了高速發(fā)展期。2017 年和 2018 年三星的營(yíng)收分別增長(zhǎng)了 52.6% 和 26.7%，也使得三星在 2017 年和 2018 年連續(xù)兩年榮登全球半導(dǎo)體廠商排名第一的寶座。圖 2 顯示了 2010～2018 年三星資本投入的情況，在 2010～2016 年間平均每年投入為 120 億美元，而 2017～2018 年平均每年投入 234 億美元，幾乎翻了一倍。
隨著 DRAM 和 NAND 閃存市場(chǎng)在 2018 年前三季度出現(xiàn)強(qiáng)勁增長(zhǎng)，SK 海力士 2018 年的資本支出也增加了 58%，成為 2018 年資本投入增長(zhǎng)率最大的廠商。SK 海力士增加的資本支出主要集中在韓國(guó)清州的 3D NAND 閃存工廠和中國(guó)無(wú)錫的 DRAM 工廠的擴(kuò)建上。
美光提供的數(shù)據(jù)顯示，制造小于 20 nm 節(jié)點(diǎn)的 DRAM 需要增加 35% 的掩模層數(shù)，每個(gè)關(guān)鍵掩模層會(huì)增加 110% 的非光刻工藝步驟，并且晶圓的潔凈室空間也將增加 80%，這些變化需要更多的設(shè)備和更大的空間面積，這是美光 2018 年資本投入增加 53.8% 的主要原因。
鑒于 2018 年 4 季度存儲(chǔ)器市場(chǎng)出現(xiàn)疲軟并將至少延續(xù)到 2019 年上半年，2019 年三大存儲(chǔ)器供應(yīng)商的總資本支出將降至 375 億美元，下降 17%。
2018 年英特爾的資本投入達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的 155 億美元，比 2017 年增長(zhǎng)了 32%。英特爾是全球最大的 CPU 制造商，2018 資本投入也主要是圍繞 CPU 及相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)與量產(chǎn)，包括投入到位于俄勒岡州、亞利桑那州、愛(ài)爾蘭、以色列的 14 nm 芯片生產(chǎn)基地，以解決因 10 nm 制程遲緩帶來(lái)的 14/22 nm 產(chǎn)能吃緊問(wèn)題。同時(shí)也將資本支出投入到 10nm、7nm 先進(jìn)制程的研發(fā)與量產(chǎn)上，包括投資 70 億美元完善亞利桑那的 Fab 42 工廠，它后續(xù)有望成為英特爾 10 nm、7 nm 的主力工廠。英特爾 10 nm 芯片制程將延期到 2019 年推出；英特爾還繼續(xù)投資全球的一些創(chuàng)新型公司，這也是英特爾多年進(jìn)行全球布局的發(fā)展戰(zhàn)略，過(guò)去 18 年英特爾在全球?qū)?1 530 家公司進(jìn)行了投資，累計(jì)投資超過(guò) 123 億美元，至今已有 660 多家投資組合公司公開(kāi)上市或被其他公司收購(gòu)。
2018 年臺(tái)積電的資本投入為 102.5 億美元，雖比上年下降了 5.5%，但仍在臺(tái)積電規(guī)劃的近幾年每年投資 100～110 億美元的范圍內(nèi)。臺(tái)積電的資本支出，主要用于全力沖刺 7 nm 制程，以拉大與三星、英特爾等競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的差距，包括用以興建廠房、購(gòu)置設(shè)備、擴(kuò)充及升級(jí)先進(jìn)制程產(chǎn)能、升級(jí)特殊制程產(chǎn)能、轉(zhuǎn)換邏輯制程產(chǎn)能為特殊制程產(chǎn)能，以及 2019 年第 1 季研發(fā)資本預(yù)算及經(jīng)常性資本預(yù)算。臺(tái)積電的資本投入自 2016 年以來(lái)已連續(xù)三年每年投入超過(guò) 100 億美元，這三年的平均每年投入為 104.6 億美元，而 2016 年之前的四年平均為 88 億美元，反映出近幾年來(lái)臺(tái)積電在加快開(kāi)發(fā)先進(jìn)工藝制程的資金支持力度。圖 3 顯示了臺(tái)積電自 2012 年以來(lái)每年資本支出的情況。
盡管業(yè)界對(duì) 2019 年全球半導(dǎo)體市場(chǎng)普遍看跌，但臺(tái)積電 2019 年的資本支出計(jì)劃卻未大幅度下調(diào)，仍維持在 100～110 億美元的高水平，并且未來(lái) 5 年每年資本支出預(yù)計(jì)為 100～120 億美元。對(duì)此，臺(tái)積電指出 80% 的支出將用于 7 nm、5 nm 及 3 nm 先進(jìn)制程的開(kāi)發(fā)和產(chǎn)能開(kāi)出上。其中主要以 5 nm 為主。臺(tái)積電對(duì) 7 nm 制程信心滿滿，2018 年 4 季度臺(tái)積電 7 nm 制程的營(yíng)收占比為 23%，2019 年將超過(guò) 25%。7 nm 制程可廣泛應(yīng)用在智能手機(jī)、高速運(yùn)算、數(shù)據(jù)中心等芯片制造，是支撐臺(tái)積電 2019 年成長(zhǎng)的動(dòng)能。臺(tái)積電未來(lái)還將持續(xù)投資研發(fā)生產(chǎn)包括 5 nm 及 3 nm 等先進(jìn)制程，以滿足日益增長(zhǎng)的人工智能（AI）及 5G 強(qiáng)勁需求。在新廠的投資建設(shè)上，2018 年的重點(diǎn)在于擴(kuò)建 7 nm 產(chǎn)能，2019 年會(huì)持續(xù)擴(kuò)充新產(chǎn)能；目前為 5 nm 量身打造的南科 Fab 18 已開(kāi)始裝機(jī)，2019 年第二季進(jìn)入風(fēng)險(xiǎn)試產(chǎn)，2020 年進(jìn)入量產(chǎn)；3 nm 晶圓廠則已進(jìn)入環(huán)評(píng)階段。從整體來(lái)看，未來(lái)臺(tái)積電會(huì)持續(xù)投資先進(jìn)制程，也會(huì)增加相對(duì)應(yīng)的后段封測(cè)產(chǎn)能的建設(shè)。
根據(jù) Gartner 的數(shù)據(jù)，2018 年全球半導(dǎo)體行業(yè)資本支出占營(yíng)收之比為 22.5%，較 2017 年的  22.2% 基本持平。從 2008～2016 年，除了 2009 年金融危機(jī)時(shí)，行業(yè)的資本支出與營(yíng)業(yè)收入之比有所下調(diào)外，基本在 20% 附近波動(dòng)。這個(gè)比例說(shuō)明企業(yè)會(huì)根據(jù)銷(xiāo)售額來(lái)制定資本支出計(jì)劃，未來(lái)行業(yè)的銷(xiāo)售總額仍將繼續(xù)增長(zhǎng)，說(shuō)明行業(yè)的資本支出仍然將不斷增長(zhǎng)。而小的企業(yè)因?yàn)橥度肷�，�?huì)漸漸被淘汰，大的企業(yè)會(huì)越來(lái)越有優(yōu)勢(shì)，行業(yè)集中度會(huì)不斷提高。表 2 展示了 2010～2017 年全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的“10億美元投資俱樂(lè)部”的成員名單。2013 年最少，只有 8 家，2016 年增至 11 家，2017 年又達(dá)到 15 家。
2  全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的研發(fā)支出
2019 年 2 月，芯思想研究院發(fā)布數(shù)據(jù)，2018 年全球半導(dǎo)體廠商研發(fā)支出在 640～650 億美元之間。2018 年研發(fā)支出前十大半導(dǎo)體廠商合計(jì) 396 億美元，較 2017 年成長(zhǎng) 7.62%，占這十大半導(dǎo)體廠商的合計(jì)營(yíng)收 3 186 億美元的比重為 12.44%，低于這個(gè)占比的有三星（4.99%）、SK 海力士（5.46%）、美光（7.04%）、臺(tái)積電（8.33%），分別是3家存儲(chǔ)芯片制造商和 1 家晶圓代工廠。2018 年全球前十大半導(dǎo)體廠商研發(fā)經(jīng)費(fèi)的支出見(jiàn)表 3。
（1）英特爾（Intel）。英特爾是 IDM 公司，2018 年的研發(fā)支出達(dá)到 135 億美元，在研發(fā)支出前十大半導(dǎo)體廠商中排名第一，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他公司，占前十大半導(dǎo)體公司研發(fā)支出總和的 34%。英特爾從 2012 年研發(fā)費(fèi)用突破百億美元大關(guān)后已經(jīng)連續(xù) 7 年增長(zhǎng)，2018 年增長(zhǎng)了 4%。英特爾公司研發(fā)支出占銷(xiāo)售收入的比例一直穩(wěn)定在 20% 左右，2005 年為 15%，2010 年為 16%，2015 年為 22%，2018 年的比例為 19%。（2）高通（Qualcomm）。高通是業(yè)內(nèi)頂級(jí)的 Fabless 設(shè)計(jì)公司，2018 年研發(fā)費(fèi)用為 56 億美元，在研發(fā)支出前十大半導(dǎo)體廠商中名列第二。近 5 年來(lái)，公司的研發(fā)費(fèi)用占銷(xiāo)售收入的比例連續(xù)增長(zhǎng)，2018 年為 25% 創(chuàng)歷史新高。（3）三星半導(dǎo)體（Samsung）。2018 年，三星的研發(fā)支出為 39 億美元，增長(zhǎng)了 13%，但 5% 的研發(fā)支出占銷(xiāo)售額比重在前十名中是最低的。（4）博通（Broadcom）。博通是全球第一大 Fabless 設(shè)計(jì)公司，其 2018 年的銷(xiāo)售額增長(zhǎng) 18%，但其研發(fā)支出增長(zhǎng)了 14%，研發(fā)占比僅為 18%，在近五年僅高于 2015 年。（5）臺(tái)積電（TSMC）。2018 年臺(tái)積電的研發(fā)支出增幅只有 7.43%，是自 2010 年以來(lái)增幅最小的一年。2010 年的研發(fā)支出增幅超過(guò) 50%，在 2016 年之前一直保持 15% 以上的增幅，2016 年下滑至 9%，2017 年是 14%，2018 年更是低至 7.4%。（6）英偉達(dá)（NVIDIA）。2018 年英偉達(dá)研發(fā)費(fèi)用增長(zhǎng)達(dá)到 30%，在前十大廠商中第一，研發(fā)支出占銷(xiāo)售額比例達(dá) 24%，在前十大廠商中第二。（7）美光（Micron）。2018 年美光的營(yíng)收增長(zhǎng)了 50%，得益于存儲(chǔ)器的增長(zhǎng)；其研發(fā)支出增長(zhǎng)了 17%，在前十大廠商中排第二；但研發(fā)占營(yíng)收之比僅為 7%，為近五年最低。（8）SK 海力士（SK Hynix）。SK 海力士的銷(xiāo)售額在 2018 年上升了 33%，而 2017 年的增幅是 77%；研發(fā)支出在 2018 年增長(zhǎng)了 6.7%，而 2017 年的增幅是 28%；研發(fā)占比在 2018 年增長(zhǎng)了 5.5%，而 2017 年的增幅是 6.8%，都比 2017 年降低了。（9）聯(lián)發(fā)科（MediaTek）。2018 年聯(lián)發(fā)科研發(fā)支出按新臺(tái)幣計(jì)算，增長(zhǎng) 0.66%；但由于匯率的影響，按美元計(jì)算，研發(fā)支出下滑 3.62%。（10）恩智浦（NXP）。自從 2015 年恩智浦收購(gòu)飛思卡爾后，恩智浦在 2016 年進(jìn)入研發(fā)支出前十名榜單，2018 年達(dá)到 17 億美元，研發(fā)占比達(dá) 19%，在榜單中排名第十。
2018 年，全球半導(dǎo)體公司研發(fā)支出超過(guò) 10 億美元的共有 18 家，研發(fā)支出合計(jì)為 503 億美元，較 2017 年提升了 8%，而這 18 家公司的合計(jì)營(yíng)收為 3 902 億美元，研發(fā)占營(yíng)收之比為 12.89%。
3  全球晶圓產(chǎn)能規(guī)模和晶圓產(chǎn)能擴(kuò)張
IC Insights 在 2019 年 2 月發(fā)布的《全球晶圓產(chǎn)能報(bào)告（2019～2023）》中指出，截至 2018 年 12 月的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2018 年全球晶圓產(chǎn)能（等效 8 英寸晶圓，以下相同）為每月 1 890 萬(wàn)片，較 2017 年增長(zhǎng)了 5.5%。其中，中國(guó)臺(tái)灣的晶圓產(chǎn)能規(guī)模最大，達(dá)到 410 萬(wàn)片/月，同比增長(zhǎng) 2.5%；韓國(guó)其次，擁有 400 萬(wàn)片/月，同比增長(zhǎng) 11.1%；日本為 320 萬(wàn)片/月，同比增長(zhǎng) 3.2%；美國(guó)為 250 萬(wàn)片/月，同比增長(zhǎng) 4.2%；中國(guó)大陸為 240 萬(wàn)片/月，同比增長(zhǎng) 20%；歐洲最少，僅為 110 萬(wàn)片/月，同比持平。2018 年世界各地區(qū)擁有的晶圓產(chǎn)能規(guī)模見(jiàn)表 4（單位：百萬(wàn)片/月）。
2018 年世界各地區(qū)晶圓總產(chǎn)能中按晶圓加工特征尺寸的分布情況如表 5。對(duì)于特征尺寸＜20 nm 的晶圓產(chǎn)能，韓國(guó)、日本和美國(guó)占本國(guó)（地區(qū)）晶圓總產(chǎn)能的比例都比較高，其中韓國(guó)的比例最大，占了韓國(guó)晶圓總產(chǎn)能的 56%，這正與韓國(guó)三星和 SK 海力士是全球最大兩家存儲(chǔ)器制造廠商相關(guān)。而日本和美國(guó)＜20 nm 的晶圓產(chǎn)能主要用于制造邏輯芯片和微處理器。而對(duì)于特征尺寸≥0.2 μm 的晶圓產(chǎn)能，歐洲占本地區(qū)晶圓總產(chǎn)能的 49%，這是因?yàn)闅W洲的半導(dǎo)體廠商更注重于發(fā)展模擬芯片、新型功率器件和傳感器等產(chǎn)品。在中國(guó)大陸晶圓總產(chǎn)能中，特征尺寸在 65 nm～0.2μm 比例較高為 28%，說(shuō)明我國(guó)本土晶圓制造廠商的晶圓加工技術(shù)主體還處于 65 nm～0.2 μm 的范圍。
對(duì)于全球晶圓產(chǎn)能整體而言，用于加工＜20 nm 的比例最高，占 35%。近年來(lái)全球晶圓產(chǎn)能比例持續(xù)向更小特征尺寸方向推進(jìn)，這正反映了晶圓制造技術(shù)的持續(xù)提升，而其他特征尺寸的晶圓產(chǎn)能比例也反映了集成電路市場(chǎng)多元化的需要。
近年來(lái)，全球晶圓產(chǎn)能越來(lái)越顯示出集中的趨勢(shì)，圖 3 顯示了 2018 年全球晶圓產(chǎn)能集中于少數(shù)晶圓制造廠商的情況。2018 年，處于領(lǐng)導(dǎo)地位的最大的 5 家晶圓制造廠商，占了全球晶圓產(chǎn)能的 53%。前 25 家晶圓制造廠商占全球晶圓產(chǎn)能的 89%。全球晶圓產(chǎn)能越來(lái)越集中的趨勢(shì)還體現(xiàn)在全球晶圓總產(chǎn)能在逐年增加但擁有晶圓廠的企業(yè)數(shù)量卻在不斷減少，通過(guò)兼并收購(gòu)和結(jié)構(gòu)調(diào)整，全球晶圓廠在向大而強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)化晶圓加工企業(yè)集中，晶圓代工規(guī)模逐步增大。IC Insights 的數(shù)據(jù)顯示，擁有 200 mm 晶圓廠的廠商數(shù)量在 2007 年達(dá)到最多為 76 家，在 2018 年減少到 62 家；擁有 300 mm 晶圓廠的廠商數(shù)量在 2008 年達(dá)到最多為 29 家，在 2018 年減少到 22 家。IC Insights 還指出，2017 年和 2018 年全球晶圓代工的產(chǎn)能占全球晶圓總產(chǎn)能的比例分別為 34.9% 和 36.1%，2019年、2023 年的比例分別為 36.7%、39.4%，體現(xiàn)出全球晶圓加工越來(lái)越向?qū)I(yè)的晶圓代工廠集中的趨勢(shì)。
IC Insights 在《2018～2022 年全球晶圓產(chǎn)能報(bào)告》中，給出了從 1998～2019 年每年全球晶圓產(chǎn)能的增長(zhǎng)率，如圖 4。從 1998～2019 年每年全球晶圓產(chǎn)能增減的具體數(shù)量。

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