扩张狂热的背后，半导体投资该何去何从？

集微网消息，公司和国家正在向半导体制造、材料和研究注入巨额资金，未来十年至少汇集5万亿美元，甚至更多，以保证芯片和技术的稳定供应，支持日益以数据为中心的广泛行业的增长。对此，知名半导体技术分析机构semiengineering对此作了阐述。

文章认为，建立一个能够保证产能和基本电子元件的供应链，是在相对和平时期有史以来最集中、最昂贵的技术建设。但这也引起了人们对人才短缺、重复低效以及未来某个时间点可能出现的供应过剩的担忧，这将催生价格战和库存减记。从积极的一面来看，至少在不久的将来，它正在创造技术史上最大的半导体和相关服务及设备的繁荣。

在这一连串的投资背后，有几个关键的趋势，以及未来存在的潜在隐患。

地缘政治、疫情和更多竞争

基本芯片的持续短缺，包括那些在成熟节点开发的芯片，已经引发了各行业、各地区对芯片和基本材料（如稀土、镍、氖和锂）供应连续性的担忧。美国和中国继续进行口水战、实施贸易限制，大多数工厂和封装厂位于亚洲，且位于中国的工厂数量越来越多，这都无济于事。

然而，尽管言辞激烈，两国之间的商业活动仍然很活跃。根据美国人口普查局的报告，2020年，美国向中国出口价值1250亿美元、进口了4330亿美元的商品。2021年，出口额上升到1510亿美元，进口额上升到5050亿美元。2022年1月到10月，出口额与2021年基本持平，而进口实际上增加了16.4%，10月份出现了回落，但整体数字较为稳定。

其中至少有一部分与疫情有关，封锁使消费者购买笔记本电脑、相机、调制解调器和大屏幕电视。其结果是人们对所有类型的芯片的需求激增，特别是那些在成熟节点开发的芯片。但是，这种需求影响了依赖于200毫米和更老的晶圆厂的行业，包括汽车、白色家电和工业零件，以及制造这些芯片所需的设备，而所有这些都因主要航运中心的交货量减少和减速而加剧。

这些短缺的突发性对芯片行业来说尤其令人震惊。在这次疫情之前，半导体供应链被认为几乎不可能出现短缺或库存过剩。在1999年至2000年的互联网热潮之后，由于供应不足而导致芯片的双倍和三倍订购，出现了深度崩溃。芯片制造商随后转变为及时生产模式。因此，尽管2008年出现了第二次严重的积极衰退，但过剩的库存远远低于2001年和2002年的水平。

然而，从那时起，半导体对更多的行业变得更加重要，供应故障被视为经济和政治威胁。它不再仅仅是关于智能手机和个人电脑。芯片被用于从军事/航空、人工智能系统以及超大规模的数据中心、医疗设备、运输（汽车、卡车、船舶、飞机、铁路）等一切领域。而这些芯片的设计和制造，以及与它们相关的研究，可以提供数十万个高薪工作，这使得离岸/再离岸成为政治上的热门话题。

这就是为什么代工厂和设备公司正在制定计划和着手巨大的投资，以及为什么政府在他们自己的后院对半导体及相关技术进行大量投资。这些投资可能会推动几十年的就业增长，领域遍布从建筑、工艺工程到材料科学。

例如，英飞凌计划在德国德累斯顿投资51亿美元扩建300毫米模拟、混合信号和功率半导体，预计将增加1000个新的就业机会；IBM在纽约投资200亿美元，在未来十年内为所有类型的服务器（包括量子计算机）制造芯片。同时，英特尔公司希望未来十年在各地投资超过1730亿美元，用于领先的晶体管和先进的包装。而美光公司计划为最先进的内存工厂投入350亿美元（初步计划）（20年内接投资近1150亿美元）。

这仅仅是个开始。有报告称，有超过2000亿美元的额外投资，但仍未得到供应商的证实，甚至有数额更多的传言或正在考虑。

这种建设是全球性的。在多年的投资不足之后，日本正在加紧努力，生产先进的芯片。根据CSIS的数据，1988年，日本公司占全球半导体销售额的51%，但与美国的贸易摩擦以及韩国和中国竞相加入竞争削弱了日本的领先地位。目前，在私人和公共资金的支持下，日本正在重新努力，以重获一些市场份额。

众多日本科技公司和日本政府正在一个名为Rapidus的财团中合作开发先进的芯片。日本政府将出资约5亿美元，其他参与者将分别投资约700万美元。此外，日本计划在与美国的合作中出资24亿美元，以便5-10年后开发并大规模生产电路线宽为2纳米的先进半导体。而且日本公司正在进行大量投资。其中包括：

台积电和索尼半导体正在日本熊本建造一座价值70亿美元的28/22纳米专业工厂。

TEL宣布计划在日本投资超过6亿美元的设备制造设施。

瑞萨公司正在投资6亿多美元，将现有的功率半导体工厂翻新并转换为300毫米晶圆厂，东芝公司正在为一个新的300毫米功率半导体工厂再投资10亿美元。

佳能正在建设一个价值2.62亿美元的光刻制造厂。

单独来看，这些都是对未来的巨大赌注。作为一个整体，这些可能会改变芯片制造的重心，使设计和制造在区域基础上更接近。但需要多久才能看到这种影响仍不确定。

麦肯锡高级合伙人 Ondrej Burkacky 说：“在世界其他地方重建任何半导体供应链都需要时间，一个新的半导体工厂需要5年的时间。技术的研发开发估计需要10到15年。如果你开始了一段在供应链中创造更多弹性和更多本地化的旅程，那么你一天之内什么也改变不了。供应链是全球性的，没有什么是真正本地化的，因为它是为了服务于全球市场而建立的。因此，你不可能有一个比半导体产业更具全球性的起点。”

然而，作出改变的承诺是非常真实的。美国通过《芯片法案》和提议的《欧洲芯片法案》仅仅是个开始。所有这些投资都对这个竞争日益激烈的行业的未来产生了深远影响。

“如果这是一个国家而不是公司的商业案例或商业决策，就需要有一些激励措施,” Burkacky表示。“可能以补贴或市场关税的形式出现，这基本上是一个国家进行某些市场监管的方式。”

技术拐点

除了更大的经济变化，技术方面也正在发生翻天覆地的变化。由于行业扩张带来的功耗、性能和成本效益的降低，以及将SoC分解为异构封装，正使整个芯片行业出现巨大的变化。对于过去的两个工艺节点，最大的扩展驱动因素之一是十字线的大小，它被限制在858mm²内，这反过来又限制了可以包含在一个平面模具上的函数的数量。

这基本上是一个不动产问题，芯片制造商开始通过使用各种类型的高级软件包、桥接器和连接各种模具和分区功能的新方法来规避这个问题。但是，随着数据的爆炸式增长以及对更快处理数据的需求，再加上摩尔定律的效益下降，解决方案正变得更加复杂、更加个性化，而且设计起来也更加困难。

Synopsys EDA 集团总经理 Shankar Krishnamoorthy 表示：“改进的需求永无止境。人工智能需要强大的计算能力。所以你需要尽可能地扩大规模。但是，我们现在看到每个人所做的，就是我们所说的“以上所有”战略。真正对能源消耗大的部件可以放在最新的节点上。但是你可以从很多不同的节点得到芯粒。这种情况的发展速度非常快。每个客户都在把这一点纳入他们的路线图，即便是传统上采用单一2D 设计的移动公司，他们现在正寻求发展为3D。”

在这个高度融合的世界里，曾经只有一种芯片，现在变成了多个芯片或芯粒，例如，英特尔(Intel)的 Ponte Vecchio 架构，多达47种芯片在9个不同的流程中被开发出来。这使得定制设计的元件至关重要，它需要一个能够以相对较小的数量开发和制造更多设备的供应链。

Krishnamoorthy 说: “解体将会一直存在。这完全取决于工作负载水平上的交付性能，实现这一点的方法有很多种。”

数据也证实了这一点。Amkor 正在越南开发一个新的封装设施，初始投资为2亿至2.5亿美元，而 ASE 计划在马来西亚投资3亿美元建设一个封装厂。

(校对/武守哲)