先進(jìn)半導(dǎo)體制程的競爭正在進(jìn)入一個(gè)新的階段。在過去的25年中，跟上前沿IC技術(shù)的發(fā)展步伐變得越來越昂貴。

國內(nèi)最大的也是技術(shù)最先進(jìn)的晶圓代工廠中芯國際目前能量產(chǎn)14nm工藝，與臺積電、三星和英特爾還有很大差距。全球的追趕者們想要追上三星和臺積電的先進(jìn)制程，需要在至少未來五年每年投入300億美元（約1950億元），才有成功的機(jī)會。

資本支出最高的公司才能生產(chǎn)最先進(jìn)的芯片

現(xiàn)在，還能投資邏輯器件最先進(jìn)制程的公司僅剩三星、臺積電和英特爾三家。在這三家公司中，只有臺積電和三星兩家真正地處于領(lǐng)先地位，它們都可以量產(chǎn)7nm和5nm芯片。英特爾要量產(chǎn)7nm芯片預(yù)計(jì)要到2022年，預(yù)計(jì)屆時(shí)三星和臺積電將量產(chǎn)3nm制程芯片。

從歷史上看，資本支出水平最高的芯片公司也能夠生產(chǎn)最先進(jìn)的產(chǎn)品。過去27年中，英特爾已連續(xù)25年位居全球半導(dǎo)體行業(yè)前兩大資本支出者之列（圖1），但2020年英特爾的資本支出僅是三星的一半左右，預(yù)計(jì)未來可能會再次遠(yuǎn)低于三星資本支出的一半。

2010年，三星首次在半導(dǎo)體資本支出上花費(fèi)超過100億美元，2016年增至113億美元， 2017年又增加了一倍以上，達(dá)到242億美元。此后，三星的半導(dǎo)體資本支出維持在高位，2018年的支出達(dá)到216億美元，2019年達(dá)到193億美元，2020年達(dá)到281億美元。

圖一：1994年-2021年全球半導(dǎo)體行業(yè)資本支出第一和第二大公司

在半導(dǎo)體行業(yè)的歷史上，三星在2017-2020年期間932億美元的資本支出是前所未有的，這一數(shù)值是同期所有中國本土半導(dǎo)體供應(yīng)商447億美元總和的兩倍以上。

三星尚公布其2021年的資本支出指導(dǎo)，IC Insights估計(jì)該公司的支出將基本與2020年持平。

再看唯一提供領(lǐng)先技術(shù)的純晶圓代工廠臺積電，市場對其7nm和5nm工藝的需求非常強(qiáng)勁，兩個(gè)先進(jìn)制程的收入占其2020年下半年銷售額的47%。目前，臺積電的大部分資本支出都為了增加7nm和5nm制程的產(chǎn)能。

引人關(guān)注的是，臺積電轉(zhuǎn)向5nm的速度非常快，在2020年上半年的時(shí)候，其基本沒有5nm制程收入，但5nm產(chǎn)品占2020年總銷售額的8%（35億美元）。

2021年1月14日，臺積電發(fā)布了重要消息，計(jì)劃將今年的資本支出增加至250-280億美元，比IC Insights預(yù)計(jì)的275億美元更高。臺積電預(yù)計(jì)今年每季度資本支大約為69億美元，是2020年第四季度支出的兩倍多。

現(xiàn)在看來，三星和臺積電都意識到了眼前的千載難逢的機(jī)遇。 三星的資本支出在2017年開始激增，臺積電在2021年開始增加資本支出。ICInsights預(yù)計(jì)，三星和臺積電今年的資本支出合計(jì)將至少達(dá)到555億美元，創(chuàng)造前兩大資本支出占整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)資本支出比例的紀(jì)錄（圖2）。

圖2：全球半導(dǎo)體行業(yè)資本支出占比

由于目前尚無其它公司的資本支出能與其匹敵，因此三星和臺積電今年可能會在先進(jìn)制程技術(shù)方面與競爭對手拉開更大的距離。

難以超越的三星臺積電

歐盟、美國和中國大陸政府能否通過投資趕上三星和臺積電？考慮到差距還很大，IC Insights認(rèn)為，各國政府需要至少五年內(nèi)每年最少花費(fèi)300億美元，才可能獲得成功機(jī)會。

當(dāng)然，除了資本支出帶來的技術(shù)領(lǐng)先，如今兩大公司的市占率也有絕對優(yōu)勢。根據(jù)臺北研究機(jī)構(gòu)TrendForce的數(shù)據(jù)，從地區(qū)看，2020年中國臺灣在全球晶圓代工市場中市占率高達(dá)63%，遠(yuǎn)超占比18%的第二名韓國。

圖3：2020年全球晶圓代工市占率，數(shù)據(jù)來源：TrendForce

其中，僅臺積電一家就占有54%的份額，三星市占率為17%，中國最大的晶圓代工廠中芯國際市占率為5%，華虹宏力占比僅1%。

高市占率帶來了高營收， TrendForce的數(shù)據(jù)顯示，臺積電2021年第一季度的營收有望達(dá)到129.1億新臺幣，高于2020年第一季度的103.1億，是市占率第二的三星營收的三倍多，比另外九大晶圓代工廠的營收總和還多。

圖4：全球十大晶圓代工廠營收

如果沒有其它芯片公司或政府采取迅速而果斷的行動，三星和臺積電就將成功占領(lǐng)世界領(lǐng)先的芯片工藝技術(shù)，這是未來所有先進(jìn)電子系統(tǒng)的基石。

在這樣的局面下，任何一個(gè)追趕者都面臨著巨大的挑戰(zhàn)。對中國而言，即有決心長期投入大筆資金，也肯定會受到貿(mào)易問題的阻礙，因?yàn)橘Q(mào)易問題禁止一些最關(guān)鍵的過程設(shè)備出售到中國。

中國工程院院士、浙江大學(xué)微納電子學(xué)院院長吳漢明在今天的SEMICON CHINA的演講中也指出，我國集成電路產(chǎn)業(yè)注定艱難，面臨著政治壁壘和產(chǎn)業(yè)性壁壘。我國的芯片制造更是面臨圖形轉(zhuǎn)移、新材料&工藝和良率提升的三大挑戰(zhàn)。

吳漢明認(rèn)為，”我國的芯片制造要用先進(jìn)工藝外加特色工藝、先進(jìn)封裝和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。特色工藝支持系統(tǒng)先進(jìn)性，先進(jìn)封裝技術(shù)大有可為。”

編輯：jq