美国将拿下超10%先进工艺份额，中国大陆仅有1%

2023-11-13 来源：国际电子商情

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关键词：人工智能半导体芯片

随着生成式AI在今年年初爆火，到现在各行各业都在聚焦AI应用。众所周知，AI芯片使用先进制程工艺，先进制程的芯片采用12英寸及以上尺寸的晶圆片，可能大家更倾向于认为，市场上先进制程芯片的数量肯定很多，但真实情况却又并非如此。

在近日的“MTS2024存储产业趋势研讨会”上，集邦咨询资深研究副总经理郭祚荣从全球晶圆代工趋势出发，对未来AI的应用做了趋势分析。单从数量上来，AI芯片在先进制程芯片中的占比并不高，但从产值来看，AI芯片的产值非常高。

同时他也指出，在先进制程方面，美日将快速发展。预计到2027年，美国将有超过10%的占比，日本也将达到3%的占比，而中国仅有1%。

全球晶圆代工产业现状及趋势

·2023年全球代工产业营收下滑12.5%

对半导体代工行业而言，2023年是极其严峻的一年。从营收的角度来看，2023年全球半导体代工产业营收下滑12.5%，主要受通货膨胀因素的影响，大家的消费力度不足，对电子产品的需求减弱。

在众多负面因素之下，仍然存在一些亮点：预计到2024年，全球晶圆代工产业将增长6.4%(上图左边红折线)。郭祚荣指出，该预估主要建立在台积电营收的基础上。从台积电的角度来看，目前该公司的订单开始回流，其先进工艺订单在好转。

再看不同区域的晶圆代工大厂2024年的营收预期(右边饼图)：来自中国台湾的晶圆代工厂(台积电、世界先进、联华电子等)将占据全球68%的市场份额，其中台积电以一己之力“拿下”全球60%的份额。郭祚荣针对该数据评价道，此后中国台湾晶圆代工市场的占比会逐年减少，因为一些国家/地区在邀请台积电去海外设厂，将在一定程度上降低台湾地区的占比。

台积电在全球晶圆代工行业地位如何？为了能更具体地分析，郭祚荣还列举了一组去掉了台积电营收的对照数据。上图左边的黄色折线图去掉了台积电的营收，在没有台积电的情况下，2023年全球晶圆代工行业YoY%将降低16.6%，预计2024年的增长只有1.1%；在有台积电的情况下，2023年全球晶圆代工行业的营收YoY%只降低12.5%，预计2024年增长6.4%(上图左边红色折线)。

实际上，两组数据的差距主要由最先进制程带来，虽然先进制程芯片数量占比并不高，但是它带来的产值非常大，台积电包揽了大部分先进制程芯片订单，这确立了其在全球晶圆代工领域举足轻重的地位。

郭祚荣认为，在2023-2024年期间，主要有四个因素在影响全球半导体市场。比如，通货膨胀，期间电子产品的需求降低，无形之中给半导体代工带来了压力，内存、闪存都会受到一定程度的影响；AI芯片的崛起，预计到未来的5-10年内，AI应用会渗透到大家的日常生活；出口管制，可能引进产品/设备需要通过审查，但原则上只要引进的产品/设备合规，只要等上2-3个月就能够通过审查；在地化生产，未来十年半导体区域化特征会更加明显，美国、日本、德国等国都在邀请台积电设厂并给予补贴，各国都希望建立半导体代工生态链。

·AI、车用需求维持行业增长

目前，终端需求在缓慢复苏，其中电动汽车(主要是自动驾驶汽车)和AI服务器有较好的增长趋势，两者预计在近两至三年时间内均将有两位数的增长。具体来看，AI服务器预计2023年增长37.7%，2024年将增长38.7%；自动驾驶汽车2023年增长29.5%，2024年将增长27.2%。

而智能手机、笔记本电脑、平板、电视等应用的表现并不好，受新冠疫情过后需求减少，再叠加通货膨胀的因素，这些应用再过去两年出现了负增长。但值得注意的是，到明年全球半导体代工将增长6.4%，以上细分应用的需求也将复苏，预计会有小幅度增长。

·8英寸产能利用率逐步回升

在终端需求逐渐复苏背景下，全球8英寸晶圆产能利用率也在逐步回升。目前，8英寸的占比在半导体代工行业不算太大，但很多关键零部件(比如MOSFET、IGBT等)都使用8英寸晶圆。郭祚荣认为，2023年Q4会是最近12个季度中，8英寸晶圆产能利用率最低的一个季度，台积电的8英寸产能利用率不足60%，而联电、三星的产能利用率甚至不到5成。

在上图可以看到，即使在2023年Q4这样惨淡的行情中，HHGrace(华虹宏力)的8英寸产能利用率也达到近80%。郭祚荣分析称，这也伴随了半导体区域化发展的迹象。之前中国的一些代工厂在国外投片，但现在渐渐把产能转移至国内。不过，他也强调说，上图的折线只显示了8英寸的产能利用率，并未显示具体的产能数据。“一家公司的产能规模也会影响到产能利用率，目前HHGrace的8英寸产能约为10万片/月，而台积电、SMIC(中芯国际)的投片规模大概在20至30万片/月。相比之下，后两者的产能利用率达到高位会更有难度。”

·12英寸产能利用率逐步上行

在12英寸晶圆部分，从今年第四季度来看，产能利用率开始渐渐回暖。因为很多产业需要3nm、5nm、7nm的先进制程芯片，这些芯片主要使用12/16英寸晶圆生产，所以2023年Q4有4家——台积电、安世半导体、中芯国际、联华电子——的产能利用率都维持到近8成。

力积电、三星电子的12英寸，在2023年Q4产能利用率不足7成。其中，三星在全球晶圆代工行业排名第二，它虽具有很好的工艺，但芯片良率不如台积电，导致其产能利用率不高。

再从长远来看，2023年Q4到2024年Q4期间，预估全球12英寸的产能利用率将陆续回暖，比如台积电将提升6%，联华电子提升8%，整个半导体代工都在复苏中。

供给分析与区域竞争

·台积电年资本支出超过300亿美元

在供给分析与区域竞争部分，郭祚荣先分享了全球十大代工厂的资本支出。他指出，资本支出会随行业发展状况的变化而变化，近两年整个行业的发展状况并不好，因此其资本支出也会有下降，无论是8英寸还是12英寸，其产能利用率都没有达到100%，所以也就不需要新增产能。

单从资本支出来看，台积电的资本支出明显高出其他家许多。根据上面的柱状图：台积电2022年的资本支出为362亿美元，2023年的则预计为326亿美元，而观察其他家的年资本支出，除了三星超过100亿美元之外，其余企业均未超过100亿美元。

在此背景下，2023年的年资本支出YoY%预计为-4.3%，到明年该数字将降到-8.4%。郭祚荣也补充表示，资本支出降低也不完全是坏事，“它原则上是产能开不出来，会让价格各更快回稳，产能利用率更快回升。”

·2022-2027年全球晶圆厂产能分布版图

8英寸和12英寸产能的差距到底在哪里？目前，12英寸是整个半导体行业的重中之重， 2022-2027年期间，预计平均复合增长率(CAGR)为7.4%，而同一时间段内的8英寸年复合增长率仅有1.4%。

其主要原因在于，很多半导体设备厂不再生产8英寸设备，目前在市场流通的只是二手8英寸设备，甚至还有一些代工厂为了扩张产能，选择去盖12英寸工厂，但还是采用8英寸技术。

也许大家会觉得，先进制程芯片占整个半导体的比重很高，可能达到4-5成。实际上，2022至2027年期间，先进制程与成熟制程的比例维持在3:7的水平。虽然两者在数量上会一直提升，但是两者的比例不会有太大的变化 (上图左边柱状图所示，深蓝色部分是先进制程，浅蓝色部分是成熟制程)。

再看全球各地区的投片量(右边圆饼图)，内圈是2022年的数据统计，外圈是对2027年的预估。可以看出，中国台湾2027年的占比有降低，主要是台积电等代工厂在海外扩产；中国大陆以成熟制程为主，其占比从2022年的24%将拉升到2027年的28%。

·2022-2027年全球先进与成熟工艺版图占比

先进工艺和成熟工艺的差别到底在哪？上图左边的圆饼图代表最先进的制程,中国台湾先进制程的占比在2022年将近80%，预计到2027年会降到60%。出现这种变化的主要原因，并非中国台湾的成熟制程将变多，而是台积电在海外扩产的原因，未来几年台积电海外工厂将陆续达产。

与此同时，美国在先进制程方面“横空出世”，2022年该国在先进制程方面并无太多建树，预计到2027年则会有超过10%的占比，其中大部分占比由台积电贡献。另外，日本也在先进制程方面有突破，到2027年将出现3%的占比。日本是现在的半导体材料大国，在40多年前也曾是半导体制造大国，日本政府希望借由区域竞争重新夺回往日殊荣。

在成熟制程部分，有两个地区有较大的变化——中国台湾的比重会持续降低，从2022年的49%，将降到2027年的42%；中国大陆的比重会从2022年的29%，拉升到2027年的33%。对于半导体代工而言，先进制程与成熟制程都很重要，区别在于不同的应用需要不同工艺的芯片。

·台积电、三星、英特尔先进工艺路线图

在全球主要代工厂的工艺路线图部分，郭祚荣以台积电、三星、Intel三家公司为例。

目前，台积电已经进入3nm工艺。比如，今年苹果的A17芯片，明年Intel部分型号的CPU都采用了台积电3nm技术，预计到2025-2026年会有更多企业采用台积电3nm。与此同时，到2025年台积电将开始做2nm芯片，届时其工艺也逐渐转向GAA制程，2026年之后将推出1.4nm(A14)，走向更先进的制程。

三星计划在2024年做3GAP(3nm工艺),到2025年将做SF2，2026年做SF2P，2026年之后做SF1.4。郭祚荣评价说，在先进工艺方面，三星在努力追赶台积电，但无奈目前其客户并不多。工艺的改善、良率的进步，建立在晶圆制造商与客户共同合作的基础上，但三星在先进制程上的订单数量不如台积电，即使原则上其工艺还不错，但在生意层面上与台积电仍有差距。

英特尔的20A/18A采用3nm工艺，20A和18A其实属于同一个工艺和技术。只不过，20A仅供英特尔、IBM自己的CPU使用，等这部分的技术成熟之后，英特尔会开放18A为客户代工，这两者是一样的技术，只是采用不同的命名。

·2027年AI芯片占比8%，但产值非常高

2023年以来，受生成式AI爆红影响，AI服务器也跟着走红。可能会有人认为，现在AI服务器数量占比一定非常高，但今年AI服务器在整个服务器大品类中的数量占比只有9%。即使到了2026年，其占比也只有16%左右。

从晶圆代工角度来看，2022年AI芯片只占先进制程芯片的4%，到2027年该数值将增长到8%。虽然AI芯片的数量占比并不高，但是其产值却非常高——具体来看，8英寸晶圆平均每片硅片的价格大概为300-500元美金；12英寸成熟制程晶圆的价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英寸先进制程晶圆，其每篇硅片的价格在15,000-25,000美金。即使AI芯片的占比并不高，但它使用的硅片单价最高，所以其对半导体的贡献也很大。

·自研AI芯片需求，催生新代工模式

AI会为晶圆代工产业带来哪些机会？从早期单纯的晶圆代工，到后面会往服务方向走。最传统的晶圆代工厂的业务模式是，芯片设计厂(比如英伟达、AMD等)的研发人员在设计好芯片之后，将订单委托给台积电、三星等代工厂，整个过程是把设计变成实体，最终卖给下游的客户。

自研AI芯片已经逐渐成为一种趋势。需要这些芯片的公司(比如云端企业)没有芯片设计公司那样的资源，但它又想自研AI芯片，此时它的选择有两种，第一种是内部建立研发团队，第二种是与芯片公司合作。

例如，美国的谷歌、亚马逊、Meta、微软，中国的百度、阿里巴巴、腾讯、字节跳动，这些企业开始寻求Design Service的服务。它们去找博通、Marvell、联发科等公司合作开发IC，因为这些IC设计公司与代工厂有长期的合作，通过这种渠道可帮助前者取得更好的代工价格。郭祚荣相信，在AI需求爆红的推动下，未来会形成新的商业模式。

其实，AI不仅能带动先进制程获利，也能让成熟制程分到一杯羹。因为AI应用的功耗很大，它需要很多电源管理芯片，在OSAT厂商，比如Amkor、日月光、矽品也都能受益于AI应用。