2021 年晶圆代工扩产风潮回顾

回顾2021 年半导体制造产业的大事，芯片荒跟扩产这两件事情如果是第二，则应该没有事情敢说第一。因为在芯片荒的方面，其严重性不但冲击了全球各个产业，从汽车到消费性电子产品，甚至到头来连生产芯片的半导体设备自己都受到了影响。这情况，最后甚至惊动了美国白宫出面，邀请全球包括台积电、三星、英特尔等主要芯片制造商开会，商讨解决方式。会后，美国政府甚至要求各主要芯片制造商“自愿”提供供应链资料，以进一步了解当前的市场缺芯片状况，进而闹出不少争议。

另外，这几天半导体制造业中的大事，就是处理器龙头英特尔执行长PatGelsinger 在疫情期间旋风式访台的消息。市场传出，这次Pat Gelsinger 拜访中国台湾与马来西亚的亚洲行，在中国台湾的方面重点就是与台积电签订3 纳米先进制程的采购协议，以确保英特尔接下来在2~3 年期间推出新CPU 与GPU 之际，台积电先进制程的供应不会有所失误。事实上，英特尔在2020 年就曾经因为14 纳米制程产能供应吃紧的问题造成缺货严重，酿成市场上哀鸿遍野，也让竞争对手AMD 有机可乘，在市占率之争上一路崛起，进而如今威胁到英特尔市场的情况。

就因为自2020 年下半年以来的全球芯片荒情况，严重的冲击的各产业的供应状况。尤其是汽车产业，根据顾问公司AlixPartners 日前的市场分析报告显示，芯片短缺的问题预计将使全球汽车产业在2021 年减少770 万辆的汽车出货，损失金额高达2,100 亿美元。因此，为了不使这样的情况持续恶化下去，各半导体制造商扩产的动作，也自2021年开年以来始终不曾断过。而就整体市场需求来看，根据市场研究调查机构IC Insights先前出具告指出，由于全球市场对芯片的强劲需求，带动2021年整体芯片销售金额达5,020 亿美元，较2020年增加24%，除了创下历史新高，也首度突破5,000亿美元大关。

IC Insights强调，2021年芯片市况相当罕见，从WSTS (世界半导体贸易统计协会)统计的33个主要芯片类别来看，其中有32个预计2021年销售金额都将成长，更有29个类别会出现1 成以上的显著成长情况。因此，尽管年中芯片产能已经恢复正常水平。不过，因为疫情下远距教学与居家办公需求的大幅成长，带动智慧型手机、电脑、电视、汽车与其他终端产品需求续强，整体芯片仍处于供不应求的情况，使得缺货情况预期持续到2022 年。

而芯片市场除了2021年显著成长外，接下来2022/2023 年更受惠于包括5G、AI、AR/VR 与深度学习等新兴应用兴起，将再度推动手机、资料中心、云端、汽车及工控市场需求，届时全球IC销售金额将首度突破6,000 亿美元，而且使得2020 年到2025 年之间的复合成长率(CAGR) 达到10.7%。而就是因为要应付这些庞大的芯片市场需求，所以根据SEMI 国际半导体产业协会的统计，2021 年晶圆厂设备总销售金额将落在800 至900 亿美元之间，年成长约达到23%~38%，金额将创下新高，这显示半导体制造业者回应着市场对晶圆产能的殷切需求，厂商们也积极投入大量经费进行扩产。

而就在2021年各半导体制造厂商积极投入大量经费扩产的情况下，SEMI 预估，随着许多新的8 吋和12吋晶圆厂将在2020 年至2024 年期间陆续进入量产的情况下，从全球半导体制造商的所有公告的资讯进行统计，截至2021年9月份为止，从现在到2024年，将会有25 座8吋晶圆厂投入量产。而在这25 座8吋晶圆厂当中，其中有5 座位于美洲，1 座位于欧洲/中东，19 座位于亚洲（其包括中国大陆14 座、日本3 座和中国台湾2 座）。因此，从2020 年到2024 年，全球8吋厂的晶圆总产能预计将成长18%。

而除了8吋晶圆厂之外，在目前主要供应全球芯片制造需求的12吋晶圆厂部分，SEMI也表示，自2020 年开始到2024年为止，统计将有60 座12 吋晶圆厂新建或扩建。在这60 座12 吋晶圆厂当中，在美洲的有6座、欧洲/中东的有10座、亚洲则达到44 座之多（包括中国大陆的15 座、日本5座、南韩8 座、新加坡1 座，以及中国台湾的15 座等。) 这些12吋厂在陆续投入量产之后，预计12 吋晶圆的总产能将在2020 年到2024 年间成长达48%。而一旦全球包括8 吋及12 吋晶圆厂的产能都能在2024 年之后投入量产，SEMI 预估全球半导体产业到2030 年的产值将突破1 兆美元。

IC Insights最新研究报告指出，估计2021 年全球半导体资本支出将达创纪录的1,520 亿美元，约三分之一来自晶圆代工企业资本支出金额，包括3 / 5 / 7 纳米新晶圆厂与设备支出，显示对晶圆代工商业模式日渐依赖程度。整体来说，2021年全球半导体资本支出将较2020 年大幅成长34%，达1,520 亿美元，也是2017年创下成长41% 以来最大幅度。而各晶圆代工企业的资本支出达35% 是最大部分，这也使得晶圆代工自2014 年以来，持续蝉联全球半导体产业资本支出最高王座。而主要原因则是在于IC 设计产业对晶圆代工先进制程需求日渐增加，晶圆代工企业不得不加码先进制程资本支出。

而就在谈及晶圆代工企业的近期扩产行动中，其龙头台积电的一举一动莫不牵动整体市场的变化，使得各界都积极关注。台积电自2020 年宣布，将斥资120 亿美元的资金，于美国亚利桑那州兴建5 纳米制程的12 吋晶圆厂，并在2024 年完工，将有月产能2 万片的规模之后，2021 年的5 月，台积电就在法说会上表示，因应芯片供应吃紧，加上持续发展先进制程的需要，计划3 年内投入1,000 亿美元资本支出，用于晶圆产能扩产与技术发展。其中，2021 年台积电的资本支出由原本250 亿至280 亿美元提升到300 亿美元。而在这300 亿元的资本支出中，预计80% 用于先进制程，10% 用于更先进制程，以及10% 特殊制程。

2021 年11 月，传闻已久的日本设厂计划也正式拍板定案。台积电宣布，携手日本SONY 半导体，将在日本九州熊本市合资设立子公司Japan Advanced Semiconductor Manufacturing（JASM），并自2022 年开始兴建12 吋晶圆厂，预计该晶圆厂在2024 年底前完工，届时将采用22 纳米及28 纳米制程来提供专业积体电路制造服务，产能约达到4.5 万片，初期预估资本支出约70 亿美元。其中，除了SONY 半导体计划投资约5 亿美元，并取得JASM 不超过20% 的股权之外，该计划也将获日本政府的承诺支持。

而就在宣布日本设厂计划的同一天，台积电也证实，为因应市场需求，已决议将于高雄设立生产7 纳米及28 纳米制程的晶圆厂，预计于2022 年开始动工，并于2024 年开始量产。而其高雄厂厂址，台积电也确认将设在中油高雄炼油厂旧址。至于，投资金额，董事会于11 月9 日核准的90.3644 亿美元资本预算(约新台币2,394.65亿元) 当中，就包含高雄厂设厂的费用。

除了新建晶圆厂扩产，台积电也针对既有的产能进行扩产的动作。其中，在中国南京厂的部分，目前已逐步扩产达到16 纳米制程月产能2.5 万片的规模。另外，台积电也规划将采用28 纳米制程来进一步扩大在当地业务，以支援客户迫切的需求。预计在2022 年下半年开始量产，并在2023 年年中将中国南京厂的月产能，由目前的2.5 万片，提升至4 万片的规模。而在南科，有市场消息表示，台积电也将在此扩产当前市场供不应求28 纳米制程。也就是计划在南科晶圆14 厂扩建中的P8 厂区进行28 纳米制程扩产，预计2022 年下半年将可装机，并展开量产事宜。

面对台积电的全球布局，积极扩产动作，目前在晶圆代工市场中排名第二的南韩三星也不甘示弱，准备大笔资金准备投资，企图拉近与台积电的差距。事实上，三星在2019 年就宣布将投资133 兆韩元的资金，用于发展非记忆体的系统半导体，期望能在2030 年登上该产业类型的龙头宝座。2021 年5 月，三星再加码38 兆韩元，使得总总投资金额达到171 兆韩元，并在2021年10 月28 日宣布，预计在2026 年前将晶圆代工产能提高到目前三倍，使得市场预期，届时三星的晶圆代工客户将可以一举突破300家。

而三星扩产的重头戏，就是在美国设置第二座晶圆厂一事。而这消息几经波折，终于在三星集团副会长李在镕于11 月访美时间敲定将落脚德州泰勒市，斥资170 亿美元的金额兴建以5 纳米先进制程为主的12 吋晶圆厂。预计将于2022 年动工，2024 年完工投产，目标锁定苹果、高通、辉达、超微等美系芯片设计业者，与台积电在亚历桑纳州的5 纳米12 吋晶圆厂互别苗头。

而除了在海外新建晶圆厂之外，三星晶圆代工业务在南韩境内的发展也没有稍作停歇。为因应高效能运算与5G 芯片的客户需求，三星旗下的平泽新扩建采用极紫外光曝光设备(EUV) 的5 纳米厂，在2021 年6 月已经开出新产能，而且该厂区并力拼4 纳米与3 纳米开始展开风险试产的动作。至于，已经率先生产5 纳米制程的华城厂，因为先前有南韩媒体曾经报导，其5纳米制程良率低于50% 的情况。因此，市场预估目前三星正在努力提升良率之中，借以进一步提高产能。

至于联电，虽然先前已经暂缓先进制程的研发，专注于成熟制程的领域。但随着疫情期间全球芯片荒的情况，不但让联电的营收大幅提升，也使得联电晶圆产能供应吃紧。在此情况之下，使得向来对扩产态度保守的联电，也不得不宣布加入扩产的行列。联电12 月15 日宣布，董事会通过资本支出新台币762.73 亿元，预计将以采购设备为主，包括进行南科Fab 12A 的P5 及P6 厂区的扩产。

联电对此表示，本次资本预算执行案，主要供产能建置需求，投资时间将依各资本支出预算案计划而定。联电2021年资本支出达23亿美元，2022年预期将上看30 亿美元，投资重心为扩建南科Fab 12A 厂P5 及P6 厂区的28 及22 纳米产能。其中在Fab 12A 厂P6 厂区方面，先前联电宣布，已与多家客户合作已与先收取产能订金的方式进行扩产。而P6 厂区产能扩建将于2022 年开始动工，2023 年第2 季量产，规划产能为每月2.75 万片，总投资金额约新台币1,000 亿元。联电也估计，未来3 年在南科总投资金额将达到约新台币1,500 亿元。

除了扩厂，联电在大陆也同步启动扩产计划。在苏州和舰8吋晶圆厂部分，预计到2022 年第3 季月产能增加1万片，增加幅度达到13%。至于，厦门联芯的12 吋晶圆厂方面，产能则已达第一阶段满载2.75 万片规模，目前将以提升一厂营运效率为主。

处理器龙头英特尔在2021年由新任执行长Pat Gelsinger 宣布其IDM 2.0 计划之后，随即正式重返晶圆代工市场。根据英特尔的计划，预计将斥资200 亿美元在美国亚利桑那州新建2 座晶圆厂。而目前已正式动工，预计自2024 年开始量产7 纳米或更先进芯片，并设立代工服务部门，为其他半导体厂代工制造芯片。除此之外，Pat Gelsinger 先前在接受德国《法兰克福广讯报》（Frankfurter Allgemeine）访问时也表示，英特尔计划在欧洲投资新的晶圆产能，第一阶段将先建2 座晶圆厂，之后持续增建，最后一共将盖8 座，总投资金额800 亿欧元（约新台币2.6 兆元），年底决定设厂地点，2022 年开始动工。

晶圆代工市场市占率仅次台积电、三星、联电，排名第四的格芯，日前也宣布因应当前晶圆产能供不应求的情况，预计将投入超过60 亿美元的金额为全球客户增加产能，有40 亿美元将投放新加坡厂，扩产12 吋晶圆厂制程，每年预计将增加45 万片的产能。另外，20 亿元将分别投入于美国和德国厂。其中，在美国预计基于现有晶圆厂扩产，以年增15 万片晶圆为主，后续有计划在此地新增一座晶圆厂。

中国本土最大半导体制造业者中芯国际，虽然当前遭到美国政府的制裁，但为了因应中国境内客户的需求成长，日前也提出相关的扩产计划。中芯国际的主要扩产在于上海临港自贸区规划兴建12 吋28纳米制程晶圆厂，计划投资金额为88.7 亿美元，最高月产能将达到10 万片。此外，也将于深圳市坪山区同样兴建12 吋28 纳米制程晶圆厂，锁定驱动芯片及电源管理芯片等产品，规划月产能为4 万片。其他部分也继续扩产12 吋晶圆1 万片和8 吋晶圆4.8 万片的月产能，该部分产能也将于2022 年开出。总计包括深圳、上海两地的所有扩产计划，将斥资112.2 亿美元的资金。

重新回归资本市场的力积电，从力晶转型为晶圆代工企业后，整合力晶12 吋晶圆厂与巨晶8 吋晶圆厂，总计2 座8 吋晶圆厂，月产能共约11 万片，3 座12 吋晶圆厂，月产约11 万片。董事长黄崇仁指出，汽车电子将取代一般PC、智慧型手机，成为半导体芯片重大需求下，力积电都与客户签好长约，2022 年产能全满，必须投资兴建铜锣新厂，总投资达新台币2,780 亿元，总产能预计达每月10 万片，自2023 年起分期投产。