美國將拿下超10%先進工藝份額，中國大陸僅有1%

2023-11-13 來源：國際電子商情

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關鍵詞：人工智能半導體芯片

隨著生成式AI在今年年初爆火，到現在各行各業都在聚焦AI應用。眾所周知，AI芯片使用先進制程工藝，先進制程的芯片采用12英寸及以上尺寸的晶圓片，可能大家更傾向于認為，市場上先進制程芯片的數量肯定很多，但真實情況卻又并非如此。

在近日的“MTS2024存儲產業趨勢研討會”上，集邦咨詢資深研究副總經理郭祚榮從全球晶圓代工趨勢出發，對未來AI的應用做了趨勢分析。單從數量上來，AI芯片在先進制程芯片中的占比并不高，但從產值來看，AI芯片的產值非常高。

同時他也指出，在先進制程方面，美日將快速發展。預計到2027年，美國將有超過10%的占比，日本也將達到3%的占比，而中國僅有1%。

全球晶圓代工產業現狀及趨勢

·2023年全球代工產業營收下滑12.5%

對半導體代工行業而言，2023年是極其嚴峻的一年。從營收的角度來看，2023年全球半導體代工產業營收下滑12.5%，主要受通貨膨脹因素的影響，大家的消費力度不足，對電子產品的需求減弱。

在眾多負面因素之下，仍然存在一些亮點：預計到2024年，全球晶圓代工產業將增長6.4%(上圖左邊紅折線)。郭祚榮指出，該預估主要建立在臺積電營收的基礎上。從臺積電的角度來看，目前該公司的訂單開始回流，其先進工藝訂單在好轉。

再看不同區域的晶圓代工大廠2024年的營收預期(右邊餅圖)：來自中國臺灣的晶圓代工廠(臺積電、世界先進、聯華電子等)將占據全球68%的市場份額，其中臺積電以一己之力“拿下”全球60%的份額。郭祚榮針對該數據評價道，此后中國臺灣晶圓代工市場的占比會逐年減少，因為一些國家/地區在邀請臺積電去海外設廠，將在一定程度上降低臺灣地區的占比。

臺積電在全球晶圓代工行業地位如何？為了能更具體地分析，郭祚榮還列舉了一組去掉了臺積電營收的對照數據。上圖左邊的黃色折線圖去掉了臺積電的營收，在沒有臺積電的情況下，2023年全球晶圓代工行業YoY%將降低16.6%，預計2024年的增長只有1.1%；在有臺積電的情況下，2023年全球晶圓代工行業的營收YoY%只降低12.5%，預計2024年增長6.4%(上圖左邊紅色折線)。

實際上，兩組數據的差距主要由最先進制程帶來，雖然先進制程芯片數量占比并不高，但是它帶來的產值非常大，臺積電包攬了大部分先進制程芯片訂單，這確立了其在全球晶圓代工領域舉足輕重的地位。

郭祚榮認為，在2023-2024年期間，主要有四個因素在影響全球半導體市場。比如，通貨膨脹，期間電子產品的需求降低，無形之中給半導體代工帶來了壓力，內存、閃存都會受到一定程度的影響；AI芯片的崛起，預計到未來的5-10年內，AI應用會滲透到大家的日常生活；出口管制，可能引進產品/設備需要通過審查，但原則上只要引進的產品/設備合規，只要等上2-3個月就能夠通過審查；在地化生產，未來十年半導體區域化特征會更加明顯，美國、日本、德國等國都在邀請臺積電設廠并給予補貼，各國都希望建立半導體代工生態鏈。

·AI、車用需求維持行業增長

目前，終端需求在緩慢復蘇，其中電動汽車(主要是自動駕駛汽車)和AI服務器有較好的增長趨勢，兩者預計在近兩至三年時間內均將有兩位數的增長。具體來看，AI服務器預計2023年增長37.7%，2024年將增長38.7%；自動駕駛汽車2023年增長29.5%，2024年將增長27.2%。

而智能手機、筆記本電腦、平板、電視等應用的表現并不好，受新冠疫情過后需求減少，再疊加通貨膨脹的因素，這些應用再過去兩年出現了負增長。但值得注意的是，到明年全球半導體代工將增長6.4%，以上細分應用的需求也將復蘇，預計會有小幅度增長。

·8英寸產能利用率逐步回升

在終端需求逐漸復蘇背景下，全球8英寸晶圓產能利用率也在逐步回升。目前，8英寸的占比在半導體代工行業不算太大，但很多關鍵零部件(比如MOSFET、IGBT等)都使用8英寸晶圓。郭祚榮認為，2023年Q4會是最近12個季度中，8英寸晶圓產能利用率最低的一個季度，臺積電的8英寸產能利用率不足60%，而聯電、三星的產能利用率甚至不到5成。

在上圖可以看到，即使在2023年Q4這樣慘淡的行情中，HHGrace(華虹宏力)的8英寸產能利用率也達到近80%。郭祚榮分析稱，這也伴隨了半導體區域化發展的跡象。之前中國的一些代工廠在國外投片，但現在漸漸把產能轉移至國內。不過，他也強調說，上圖的折線只顯示了8英寸的產能利用率，并未顯示具體的產能數據。“一家公司的產能規模也會影響到產能利用率，目前HHGrace的8英寸產能約為10萬片/月，而臺積電、SMIC(中芯國際)的投片規模大概在20至30萬片/月。相比之下，后兩者的產能利用率達到高位會更有難度。”

·12英寸產能利用率逐步上行

在12英寸晶圓部分，從今年第四季度來看，產能利用率開始漸漸回暖。因為很多產業需要3nm、5nm、7nm的先進制程芯片，這些芯片主要使用12/16英寸晶圓生產，所以2023年Q4有4家——臺積電、安世半導體、中芯國際、聯華電子——的產能利用率都維持到近8成。

力積電、三星電子的12英寸，在2023年Q4產能利用率不足7成。其中，三星在全球晶圓代工行業排名第二，它雖具有很好的工藝，但芯片良率不如臺積電，導致其產能利用率不高。

再從長遠來看，2023年Q4到2024年Q4期間，預估全球12英寸的產能利用率將陸續回暖，比如臺積電將提升6%，聯華電子提升8%，整個半導體代工都在復蘇中。

供給分析與區域競爭

·臺積電年資本支出超過300億美元

在供給分析與區域競爭部分，郭祚榮先分享了全球十大代工廠的資本支出。他指出，資本支出會隨行業發展狀況的變化而變化，近兩年整個行業的發展狀況并不好，因此其資本支出也會有下降，無論是8英寸還是12英寸，其產能利用率都沒有達到100%，所以也就不需要新增產能。

單從資本支出來看，臺積電的資本支出明顯高出其他家許多。根據上面的柱狀圖：臺積電2022年的資本支出為362億美元，2023年的則預計為326億美元，而觀察其他家的年資本支出，除了三星超過100億美元之外，其余企業均未超過100億美元。

在此背景下，2023年的年資本支出YoY%預計為-4.3%，到明年該數字將降到-8.4%。郭祚榮也補充表示，資本支出降低也不完全是壞事，“它原則上是產能開不出來，會讓價格各更快回穩，產能利用率更快回升。”

·2022-2027年全球晶圓廠產能分布版圖

8英寸和12英寸產能的差距到底在哪里？目前，12英寸是整個半導體行業的重中之重， 2022-2027年期間，預計平均復合增長率(CAGR)為7.4%，而同一時間段內的8英寸年復合增長率僅有1.4%。

其主要原因在于，很多半導體設備廠不再生產8英寸設備，目前在市場流通的只是二手8英寸設備，甚至還有一些代工廠為了擴張產能，選擇去蓋12英寸工廠，但還是采用8英寸技術。

也許大家會覺得，先進制程芯片占整個半導體的比重很高，可能達到4-5成。實際上，2022至2027年期間，先進制程與成熟制程的比例維持在3:7的水平。雖然兩者在數量上會一直提升，但是兩者的比例不會有太大的變化 (上圖左邊柱狀圖所示，深藍色部分是先進制程，淺藍色部分是成熟制程)。

再看全球各地區的投片量(右邊圓餅圖)，內圈是2022年的數據統計，外圈是對2027年的預估。可以看出，中國臺灣2027年的占比有降低，主要是臺積電等代工廠在海外擴產；中國大陸以成熟制程為主，其占比從2022年的24%將拉升到2027年的28%。

·2022-2027年全球先進與成熟工藝版圖占比

先進工藝和成熟工藝的差別到底在哪？上圖左邊的圓餅圖代表最先進的制程,中國臺灣先進制程的占比在2022年將近80%，預計到2027年會降到60%。出現這種變化的主要原因，并非中國臺灣的成熟制程將變多，而是臺積電在海外擴產的原因，未來幾年臺積電海外工廠將陸續達產。

與此同時，美國在先進制程方面“橫空出世”，2022年該國在先進制程方面并無太多建樹，預計到2027年則會有超過10%的占比，其中大部分占比由臺積電貢獻。另外，日本也在先進制程方面有突破，到2027年將出現3%的占比。日本是現在的半導體材料大國，在40多年前也曾是半導體制造大國，日本政府希望借由區域競爭重新奪回往日殊榮。

在成熟制程部分，有兩個地區有較大的變化——中國臺灣的比重會持續降低，從2022年的49%，將降到2027年的42%；中國大陸的比重會從2022年的29%，拉升到2027年的33%。對于半導體代工而言，先進制程與成熟制程都很重要，區別在于不同的應用需要不同工藝的芯片。

·臺積電、三星、英特爾先進工藝路線圖

在全球主要代工廠的工藝路線圖部分，郭祚榮以臺積電、三星、Intel三家公司為例。

目前，臺積電已經進入3nm工藝。比如，今年蘋果的A17芯片，明年Intel部分型號的CPU都采用了臺積電3nm技術，預計到2025-2026年會有更多企業采用臺積電3nm。與此同時，到2025年臺積電將開始做2nm芯片，屆時其工藝也逐漸轉向GAA制程，2026年之后將推出1.4nm(A14)，走向更先進的制程。

三星計劃在2024年做3GAP(3nm工藝),到2025年將做SF2，2026年做SF2P，2026年之后做SF1.4。郭祚榮評價說，在先進工藝方面，三星在努力追趕臺積電，但無奈目前其客戶并不多。工藝的改善、良率的進步，建立在晶圓制造商與客戶共同合作的基礎上，但三星在先進制程上的訂單數量不如臺積電，即使原則上其工藝還不錯，但在生意層面上與臺積電仍有差距。

英特爾的20A/18A采用3nm工藝，20A和18A其實屬于同一個工藝和技術。只不過，20A僅供英特爾、IBM自己的CPU使用，等這部分的技術成熟之后，英特爾會開放18A為客戶代工，這兩者是一樣的技術，只是采用不同的命名。

·2027年AI芯片占比8%，但產值非常高

2023年以來，受生成式AI爆紅影響，AI服務器也跟著走紅。可能會有人認為，現在AI服務器數量占比一定非常高，但今年AI服務器在整個服務器大品類中的數量占比只有9%。即使到了2026年，其占比也只有16%左右。

從晶圓代工角度來看，2022年AI芯片只占先進制程芯片的4%，到2027年該數值將增長到8%。雖然AI芯片的數量占比并不高，但是其產值卻非常高——具體來看，8英寸晶圓平均每片硅片的價格大概為300-500元美金；12英寸成熟制程晶圓的價格差距在三千至五六千不等，但在目前AI芯片用得最多的12英寸先進制程晶圓，其每篇硅片的價格在15,000-25,000美金。即使AI芯片的占比并不高，但它使用的硅片單價最高，所以其對半導體的貢獻也很大。

·自研AI芯片需求，催生新代工模式

AI會為晶圓代工產業帶來哪些機會？從早期單純的晶圓代工，到后面會往服務方向走。最傳統的晶圓代工廠的業務模式是，芯片設計廠(比如英偉達、AMD等)的研發人員在設計好芯片之后，將訂單委托給臺積電、三星等代工廠，整個過程是把設計變成實體，最終賣給下游的客戶。

自研AI芯片已經逐漸成為一種趨勢。需要這些芯片的公司(比如云端企業)沒有芯片設計公司那樣的資源，但它又想自研AI芯片，此時它的選擇有兩種，第一種是內部建立研發團隊，第二種是與芯片公司合作。

例如，美國的谷歌、亞馬遜、Meta、微軟，中國的百度、阿里巴巴、騰訊、字節跳動，這些企業開始尋求Design Service的服務。它們去找博通、Marvell、聯發科等公司合作開發IC，因為這些IC設計公司與代工廠有長期的合作，通過這種渠道可幫助前者取得更好的代工價格。郭祚榮相信，在AI需求爆紅的推動下，未來會形成新的商業模式。

其實，AI不僅能帶動先進制程獲利，也能讓成熟制程分到一杯羹。因為AI應用的功耗很大，它需要很多電源管理芯片，在OSAT廠商，比如Amkor、日月光、矽品也都能受益于AI應用。