半導體公司的新機會，如何把握？

在過去的20年里，該行業在許多價值鏈環節中變得越來越整合，並且在每個領域都出現了一些冠軍（圖2）。因此，專業知識通常集中在某些市場（例如，美國擁有最多的無晶圓廠參與者，即僅晶片設計和設備製造）。沒有一個本地市場具備端到端半導體設計和製造所需的全部能力，專業知識的集中在價值鏈上形成了一個相互依賴的網絡（圖3）。

圖2

專業知識的集中帶來了一些優勢，因為它通常允許公司共享資源，例如電源，即使它們是競爭對手，這有助於降低成本。擁有合適技能的員工也可能會被專業集群所吸引，從而形成強大的人才庫。但相互依存關係也意味著本地衝擊可能會產生全球影響，例如 2011 年泰國的洪水導致該國多個內存後端工廠停止生產，並將內存晶片的價格推高 30%。

圖3：沒有一個本地市場或公司具有端-端半導體設計和製造所需的所有能力。

半導體短缺背後的因素

在疫情之前，半導體工廠已經接近滿負荷運轉，因為它們試圖避免投資超出滿足客戶需求所需的新資本設備。不確定的貿易動態也促使一些參與者增加其半導體庫存水平以確保供應。這場流行病刺激了人們購買計算機和其他遠程工作設備，然後將需求推向了更高的高度。

對於汽車OEM和其他公司來說，一種反應是偏離他們典型的「及時」訂購。相反，他們已經開始訂購比需要更多的晶片，這樣他們就可以建立庫存並擁有手頭的儲備。然而，在短期內，這一舉措放大了供需之間的差距。從長遠來看，一些公司可能會考慮要求籤訂具有約束力的「接受或支付」合同，在合同中他們可以接受一定數量的籌碼，或者如果他們拒絕接受則支付費用。這種安排有助於公司更準確地將晶片需求與製造能力保持一致。

客戶還可以考慮與半導體公司共同投資旨在提高晶圓廠產能的項目。此類項目可以讓半導體公司減少前期投資，緩解潛在的資本支出限制。但鑒於晶圓廠建設和產能提升的時間很長，共同投資不會立即改善半導體短缺問題。

實現並保持在半導體行業的領先地位

儘管目前存在不確定性，但隨著越來越多的產品和服務越來越數字化，半導體行業有望實現額外增長。半導體行業當前企業價值的一半以上基於盈利增長預期，這反映在當前估值中：假設最近的利潤率軌跡，投資者預計長期每年增長7%至8%。

但是哪些策略可以幫助該行業實現這些目標呢？雖然答案可能會因公司的優勢和劣勢而有所不同，但所有半導體公司都可以通過在六個關鍵領域重新思考他們的方法而受益：技術領先、長期研發、彈性、人才、生態系統能力和更大的能力。當然，這裡的最後一個領域不會帶來立竿見影的好處，但它可能是長期戰略的重要組成部分。我們已經量化了與不同規模的晶圓廠相關的成本，以幫助半導體公司確定產能擴張是否適合他們。

根據最近對集成設備製造商 (IDM) 和Fabless廠商的分析，我們認為所有半導體公司都有可能實現強勁增長，無論規模大小（圖4）。儘管最大的公司產生了最大的經濟利潤，但也有一些小型的、具有高營業利潤率的利基公司。

圖4：各種規模的半導體公司都有很高的營業利潤率。

技術領先

在所有產品領域，半導體公司都在努力創新，因為更快、更強大的晶片和先進設備有助於在所有價值鏈領域產生更大的銷售額。擁有最獨特技術和產品的公司很可能成為全球冠軍。在跨行業分析中，半導體行業的研發支出僅次於製藥和生物技術,按銷售額的百分比計算（圖表5）。當我們檢查行業冠軍時，我們發現他們通常通過將以下策略納入其研發計劃而取得成功。

圖5：半導體行業的平均研發支出非常高。

專注於尖端晶片和製造它們所需的機器。對於半導體製造商而言，傳統上創建更小的節點尺寸是成功的途徑。幾十年來，隨著半導體公司不斷縮小技術節點的尺寸，晶片上的電晶體數量每兩年翻一番,這是摩爾定律預測的速度。然而，近年來，由於技術挑戰隨著行業接近單個晶片上可包含的電晶體數量的物理極限而增加，因此翻倍的速度有所放緩。儘管如此，半導體公司仍將嘗試推動該技術，因為到 2025 年，對具有最小節點（7 納米 (nm) 及以下）的晶片的平均需求增長將比供應增長高 4 個百分點。

節點大小的重要性因設備類別而異，某些類別對前沿晶片的需求將比其他類別增長得多得多。由於客戶期望在計算密集型應用中獲得高性能，因此在最小可用技術節點上設計晶片的半導體公司可能在這些領域具有明顯優勢。在其他細分市場，較大的節點通常是合適的，因為客戶對當前的晶片性能或要求特定的功能，如快速切換，並認為移動到較小的節點大小沒有什麼優勢。

設備製造商可以通過創造實現領先創新所需的設備來獲得增長。此外，他們可以創建包含先進技術的設備，以優化過程控制以及產量監控和提高。

對特定成熟節點（40 至 65 nm）的需求也高於平均水平，因為它們用於汽車和其他關鍵產品。然而，從歷史上看，它們的利潤率往往較低，因此有時難以支持擴大成熟節點容量的商業案例。如果新建晶圓廠，高昂的前期成本將意味著公司最初從這些晶圓廠獲得的利潤將低於現有資產折舊晶圓廠的利潤。為了確保長期穩定的回報，玩家可以努力從客戶那裡得到堅定的承諾，以保證新晶圓廠一旦上線就具有高利用率。

通過「超越摩爾」實現差異化。除了縮小結構尺寸外，一些半導體公司還在追求「超越摩爾」的創新，以使其產品與眾不同。例如，一些人正在開發基於矽以外的材料的半導體。碳化矽 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 等化合物半導體材料特別適合需要高功率和高頻率的應用，因為它們限制了能量損失並允許創建更小的外形尺寸。

對提高可持續性和電氣化的推動正在推動 SiC 和 GaN 功率器件的採用，預計這兩個類別的復合年增長率 (CAGR) 將遠遠超過整個功率半導體市場預測的5%的增長率（圖表6）。在基本情況下，SiC 器件的年市場增長率預計為 23%，GaN 功率器件的年增長率為 40%。

圖6：半導體行業專家們預計，氮化鎵和碳化矽功率器件的增長率都將很高。

設備製造商可以通過推出專門用於處理 SiC或GaN的設備來促進創新並抓住新機遇。鑒於對這些機器的需求將低於對主流尖端設備的需求，製造商應仔細審查開發這些最初利基產品的商業案例。代工廠可以為更廣泛的Fabless廠商提供基於 SiC 和 GaN 的創新。

對創新功能的關注在物聯網等高增長領域可能特別有價值，因為它有助於將產品與競爭對手區分開來（例如，通過優化多個射頻應用所需的快速切換）。一些 IDM和代工廠已經在成熟節點上開發此類產品。

半導體元件的先進封裝。這些技術在操作過程中提供了更好的熱管理，使公司能夠將半導體組件更緊密地放置在一起。這些晶片具有更多的連接點，可提供更高的數據傳輸率和更好的性能。此外，先進封裝允許半導體公司將成熟和領先的晶片組合在一個集成系統中，用於需要這兩種類型的應用，從而降低成本。這種稱為異構集成的趨勢使公司能夠組合多個較小的晶片，而不是製造一個大晶片。較大的晶片通常具有較低的良率，下降通常會隨著晶片尺寸的增加而縮小，因此異構集成可能會帶來巨大的成本優勢。

2020 年，先進封裝市場價值 200 億美元，預計到 2026 年這一數字將上升到 450 億美元，占封裝收入的 50% 左右。儘管領先的 IDM 和代工廠正在推動封裝創新，但先進技術也為整個價值鏈中的其他參與者創造了機會，因為它們促進了對新材料和新設備的需求。

專門的應用程式。專用集成晶片 (ASIC) 將定義明確的算法和功能集成到其晶片設計中，並針對特定目的進行定製，例如用於人工智慧和雲計算。該細分市場最近顯著增長，可能為其他參與者提供良好的機會。想要專注於開發專用半導體的小公司仍然會發現他們的產品需求量很大，即使他們的客戶群相對較小。

ASIC 的客戶群包括許多不同的公司，例如汽車OEM和超大規模製造商，他們的需求會有所不同。一些客戶可能決定在內部設計自己的ASIC，以改進定製、區分他們的產品並縮短交貨時間。然後，他們將直接與代工廠合作以滿足他們的製造需求。其他參與者，通常是較小的參與者，更願意讓 ASIC 合作夥伴負責從設計到最終產品所需的所有步驟，因為這需要許多專業能力。

大膽的長期研發投資

半導體行業的研發周期可能很長，有時會超過十年，而且公司通常不會立即看到回報。從歷史上看，一些政府為此類工作提供了資金，因為大多數上市公司並不總是對此類長期投資有興趣。

儘管許多投資者可能對長期提供資金持懷疑態度，但半導體公司已經證明，大膽的長期投資最終可以帶來可觀的回報。例如，ASML花了17年時間和大約 70 億美元開發其EUV光刻技術，包括批量生產該技術的能力。漫長的研發時間是值得的，因為該工具現在是 ASML 的主要收入來源。同樣，Arm 花了六年時間開發 64 位計算處理器，該處理器現在是公司收入的重要來源。

其他大量投資於長期研發項目的公司可以幫助促進技術飛躍，通常遠遠超過節點的縮小，這有助於改善社會。例如，為量子計算創建專用晶片可以改善藥物開發、可持續發展計劃和其他跨行業的舉措。在大多數情況下，半導體公司都專注於在他們已經很強大的領域增加投資，而不是擴展到新的領域以進一步擴大他們的技術優勢。

在動盪的世界中增強彈性

與其他企業一樣，半導體公司和其他行業利益相關者仍在嘗試製定新戰略，以應對 COVID-19 危機帶來的巨大破壞，包括供應鏈問題和需求變化。有一點很清楚：疫情之後的世界可能會更加動盪，這將需要企業更大的韌性。

在當地供需嚴重不匹配的市場中，半導體公司可以考慮為最急需的節點提供更多產能，以提供一些短期緩解。例如，歐洲終端客戶主要需要節點大於 28 納米的半導體用於汽車和工業應用，而美國客戶對節點小於 7 納米的半導體的需求要高得多。最好調整額外產能以滿足此類需求。除了幫助當地市場外，這些舉措還將提高供應鏈的彈性並減少市場間的依賴性。

半導體公司還可以通過提高敏捷性和響應能力來幫助縮短交貨時間，例如擴大供應商基礎、加強定價策略、改善對客戶的晶片分配、與行業組織合作探索晶片短缺的解決方案以及邀請客戶共同投資在定製晶片的開發中。

當前的經濟形勢要求提高靈活性。雖然現在對半導體的需求強勁，但主要市場的低迷，可能需要新的戰略來最小化資本支出和最大化收入。例如，半導體公司可能會考慮修改其首付政策並預先向客戶收取專用產能，或者他們可能會要求客戶提前 18 個月以上提供具有約束力的需求預測。

強大的人才輸入

隨著半導體對產品差異化變得越來越重要，一些電子公司、汽車OEM和超大規模製造商正在內部轉移晶片設計，以增加定製化並消除瓶頸。這些舉措使得本已稀缺的半導體人才的競爭比以往更加激烈。同時，隨著半導體功能的擴展，晶片設計也變得越來越複雜，需要更多的勞動力。5nm 節點的勞動力增加尤其高，這是最難設計且需要最多勞動天數的節點（圖表 7）。

圖7：隨著半導體節點尺寸的減小，對成本和勞動力的要求增加。

隨著競爭的加劇，半導體公司將加大招聘人才的力度，包括具有工藝技術和運營管理專業知識的員工。但首先，他們必須解決形象問題。在最近的一項員工調查中，半導體行業在工作場所吸引力的多個維度上排名低於科技和汽車行業，包括工作與生活的平衡、職業機會以及多樣性和包容性（圖表 8）。公司可能希望審查自己的運營，以確保它們在這些領域具有競爭力。

圖8：在工作場所吸引力方面，半導體公司的排名低於其他行業。

隨著半導體公司加大招聘力度，他們可能需要建立自己的品牌。通常，與終端產品相比，半導體產品受到的關注較少，未來的員工可能對該行業內許多強大的創新公司知之甚少。公司可能還需要審查薪酬以及學習和發展機會，以確保它們與其他行業的企業相提並論。

勞動力短缺的一種可能解決方案可能涉及與學術機構建立合作夥伴關係，特別是在人才供應非常短缺的市場。如果半導體公司考慮支持學習計劃，並可能為所提供的課程提供指導，那麼畢業生更有可能具備在該行業工作所需的技能。

改善半導體生態系統內的協作

晶片設計的複雜性增加，加上價值鏈的轉變和人才競爭的加劇，增加了半導體行業生態系統建設的重要性。與客戶的合作夥伴關係已經變得越來越普遍。例如，許多希望提高設計能力的汽車原始設備製造商現在正在與半導體公司合作，特別是在開發特定應用的解決方案方面，例如用於自動駕駛汽車的解決方案。

在另一種類型的合作中，公司可以創建生態系統，其中一個參與者開發許多客戶可以利用的智慧財產權 (IP) 塊。例如，Arm 已經為其他人可能許可的處理器開發了一種架構。這一策略降低了所有相關人員的成本。一些公司還與學術機構建立了強大的智慧財產權合作夥伴關係。

主要的半導體廠商也長期以來一直聯手開發和調整其技術塊，從而減少一個組織創造不適合價值鏈的技術的機會。同樣，行業協會可以在為長期技術路線圖提供指導方面發揮重要作用，比利時的 Imec等專門的半導體研究機構可能會召集參與者在競爭前研究期間進行合作。

除了合作夥伴關係之外，隨著行業整合，半導體公司可能希望採取程序化併購戰略——一種針對特定主題的小型收購的連續方法。如果他們這樣做，他們可能會通過專注於收購而受益，這些收購將使他們能夠擴展到鄰近領域、打開重要市場或增加對未來增長和擴大技術領先地位至關重要的能力。然而，目前目標的稀缺性要求潛在的收購方迅速調查和執行合併。

與其他生態系統成員的合作也可以採取更非正式的形式。如果多家半導體公司同意建立或擴大設計和製造中心，他們可能更容易吸引人才，並可能獲得其他好處，例如在 IP 開發方面進行合作的能力。

更大的產能

對於一些半導體公司來說，產能擴張可以帶來好處。但鑒於建設和設備所需的巨額資金，公司領導必須在繼續推進之前仔細考慮工廠產能。以每 12 英寸掩模層為索引時，運營和建設成本會隨著產能的增加而下降。例如，對於每周開工 25萬層 (LSPW) 的晶圓廠來說，索引建設和運營成本都在 30 億美元左右。產能為 40萬LSPW 的晶圓廠的指數化建設成本降至 20 億至 30 億美元之間，之後將趨於平穩。產能約為57.5萬 LSPW 的晶圓廠的運營成本達到穩定水平。

我們的分析表明，產能至少為 60萬 LSPW 的晶圓廠成本最高（圖表 9）。這相當於每周啟動 12,000 到 20,000 個晶圓，具體取決於產品。正在生產的晶片類型將顯著影響成本，成本會隨著節點尺寸的縮小而呈指數增長。建造一個產能至少為 60萬LSPW 的 40 納米製造廠可能需要大約 50 億美元，其中約 80% 的投資用於設備支出。但生產最小節點尺寸的前沿晶圓廠可能要花費 100 億美元或更多。

圖9：隨著產能增加，晶圓廠的建設和運營成本下降，達到每產能60萬LSPW 左右的平穩水平。

半導體公司可能能夠通過在已經有類似業務集群的地區建立晶圓廠來獲得一些成本優勢，因為這可能有助於確保足夠的人才供應和資源（例如土地、能源和水）。在另一個節省成本的舉措中，玩家可以嘗試改進工具連接和升級，以更快地收回投資成本。他們的努力可能涉及與設備製造商建立合作夥伴關係，以應用提高產量的高級分析。例如，通過高級組合學習實現的建模可能會在整個製造周期中取代物理測試的某些元素，從而降低成本和上市時間。再比如，公司可以使用數據從物理計量轉向虛擬計量。

在晶片需求超過當地供應的市場中，一些政府官員也在考慮提高當地前端製造能力的策略，特別是因為最近更大的供應鏈中斷和地緣政治問題使貿易變得複雜。在某些情況下，他們可能會補貼晶圓廠建設，研究表明這可以幫助公司更快地收回投資。但許多政府官員可能沒有意識到他們在努力趕上領先市場時將面臨的所有挑戰。

由於半導體價值鏈如此複雜和專業化，在可預見的未來，該行業可能仍將是一個高度相互依存的全球網絡。由於沒有一個市場擁有擁有整個端到端價值鏈所需的所有能力的公司，因此每家公司都應專注於加強其在目前處於領先地位的領域的地位。這一戰略將幫助市場在最新的半導體時代保持相關性。

雖然它們可能隱藏在設備中，但半導體現在在每個人的生活中發揮著比以往任何時候都更加重要的作用，從學童到療養院的病人。當前的半導體短缺凸顯了這一事實，並使該行業對運作良好的半導體供應鏈的依賴非常明顯。一些最令人興奮的趨勢，包括與自動駕駛、汽車電氣化和人工智慧相關的趨勢，都依賴於半導體技術的持續創新和穩定的晶片供應。

我們相信，如果利益相關者現在準備好抓住未來的機遇，這些趨勢可能會將未來十年變成「黃金半導體十年」。