所有的半导体投资都去了哪里

公司和国家正在向半导体制造、材料和研究投入巨额资金——未来十年至少会投入5000亿美元，甚至更多——以确保芯片和专有技术的稳定供应，以支持越来越多以数据为中心的行业的增长。

在相对和平时期，构建能够保证产能和基本电子元件的重复供应链，是有史以来最集中、最昂贵的技术建设。但这也引发了人们对人才短缺、重复低效率以及未来某个时候可能出现的供应过剩的担忧，这些过剩将引发价格战和库存减记。从积极的方面来看，至少在不久的将来，它正在创造半导体及相关服务和设备史上最大的繁荣之一。

在这一连串投资背后(参见下面的详细表格)，有几个主要的趋势，以及未来的一些潜在陷阱。

地缘政治、流行病和更多的竞争

基本芯片(包括在成熟节点开发的芯片)的持续短缺，引发了多个行业和地区对芯片和稀土、镍、氖和锂等基本材料供应连续性的担忧。美国和中国继续进行口水战和贸易限制，大多数晶圆厂和包装工厂都位于亚洲，其中越来越多的工厂位于中国，这对美国和中国没有任何帮助。

然而，尽管言辞激烈，两国之间的商业往来依然活跃。根据美国人口普查局在美国，2020年美国向中国出口了价值1250亿美元的商品，进口了价值4330亿美元的商品。2021年，出口增至1510亿美元，进口增至5050亿美元。2022年前10个月，出口与2021年基本持平，而进口实际增长了16.4%。10月份有下降，但这对整体数字几乎没有影响。

至少部分原因可以用大流行相关的影响来解释，封锁促使消费者购买笔记本电脑、相机、调制解调器和大屏幕电视。其结果是对所有类型芯片的需求激增，尤其是那些在成熟节点上开发的芯片。但这一需求影响了其他越来越依赖200mm晶圆厂和更老晶圆厂的行业，包括汽车、白色家电和工业零部件，以及制造这些芯片所需的设备，而主要航运枢纽的交货减少和放缓加剧了这一切。

这些短缺的突然出现尤其令芯片行业感到担忧。在大流行之前，半导体供应链被认为几乎不受短缺或库存过剩的影响。在1999年至2000年的互联网繁荣之后，由于供应不足，芯片的订单增加了两倍或三倍，随后出现了严重的崩溃。芯片制造商随后转向即时生产模式。因此，尽管2008年又一次严重衰退，但过剩库存远低于2001年和2002年。

然而，从那以后，半导体对更多行业变得越来越重要，供应故障被视为一种经济和政治威胁。不再仅仅是智能手机和个人电脑。从军事/航空和人工智能系统到超大规模数据中心、医疗设备、交通运输(汽车、卡车、船舶、飞机、铁路)，芯片被广泛应用。这些芯片的设计和制造，以及围绕它们的研究，可以提供数十万个高薪工作岗位，这使得在岸/回流成为政治上的热门话题。

这就是为什么晶圆代工厂和设备公司正在制定计划并规划巨额投资的原因，也是为什么政府在自己的后院大力投资半导体和相关技术的原因。参见图表在本报告的最后)。这些投资可能会在未来几十年里创造就业机会，从建筑到工艺工程再到材料科学。

例如，英飞凌计划在德国德累斯顿投资51亿美元扩建300mm模拟、混合信号和功率半导体，预计将增加1000个新工作岗位，或者IBM未来十年在纽约投资200亿美元，用于制造包括量子计算机在内的所有类型服务器的芯片。与此同时，英特尔计划在未来十年在各地投资超过1730亿美元，从尖端晶体管到先进封装。美光科技(Micron)计划向最先进的存储晶圆厂投入350亿美元(初期)(未来20年将投入近1150亿美元)。

这仅仅是个开始。有报道称，还有超过2000亿美元的额外投资尚未得到供应商的证实，甚至还有更多传言或正在考虑中。

扩建是世界性的。在多年投资不足后，日本正在加大生产先进芯片的力度。据统计，1988年，日本公司占全球半导体销售额的51%战略与国际研究中心但日本与美国的贸易摩擦以及来自韩国和中国的竞争削弱了日本的领导地位。现在，他们正在利用私人和公共资金重新夺回部分市场份额。

众多日本科技公司和日本政府正在联合开发先进的芯片Rapidus．日本政府出资约5亿美元，其他参与方各出资约700万美元。此外，日本还计划在一项计划中预算24亿美元共同努力与美国合作，在2020年之前开发并批量生产电路宽度为2纳米的先进半导体。日本企业正在进行重大投资。其中包括:

• 台积电和索尼半导体正在生产价值70亿美元的28/22nm芯片专业工厂在日本熊本;
• TEL宣布计划投资超过6亿美元设备制造设施在日本。
• 瑞萨正在投资超过6亿美元翻新并将现有的功率半导体工厂改造为300mm，东芝正在努力投资另外10亿美元用于新的300mm功率半晶圆厂;
• 佳能正在建设一个2.62亿美元的项目光刻技术制造工厂。

单独来看，这些都是对未来的巨大赌注。总的来说，这可能会转移芯片制造的重心，使设计和制造在区域基础上更加接近。但影响多久才能显现仍不确定。

麦肯锡(McKinsey & Co.)高级合伙人Ondrej Burkacky表示:“在世界其他地方重建任何半导体供应链元素都需要时间，一个新的半导体工厂需要5年。技术的研发开发很容易就需要10到15年。如果你开始一段旅程，在供应链中创造更强的弹性，更多的本地化，一天之内你就无法改变什么。供应链是全球性的，没有什么是真正本地化的，因为它是为全球市场服务的。因此，没有比半导体行业更全球化的起点了。”

然而，对改变的承诺是非常真实的。通过芯片的行为在美国，以及拟议的欧洲芯片法案只是个开始。所有这些投资都对这个竞争日益激烈的行业的未来产生广泛影响。

Burkacky说:“如果这是一个国家的商业案例或商业决策，而不是一个公司的商业案例或决策，那么就需要一些激励措施。”这可能是补贴或市场关税，基本上是一个国家可以进行一些市场监管的方式。”

技术拐点

除了更大的经济变化之外，技术方面也正在发生翻天覆地的变化。由于规模的扩大，功耗、性能和成本效益的降低，以及将soc分解为异构封装，正在整个芯片行业中造成巨大的动荡。在过去的几个工艺节点中，最大的驱动因素之一是十字线的尺寸，它被限制在858mm²。这反过来又限制了单个平面模具所能包含的功能的数量。

这基本上是一个空间问题，芯片制造商开始通过使用各种类型的高级封装、桥接以及连接各种模具和分区功能的新方法来规避这个问题。但是，数据的爆炸式增长和对更快处理数据的需求加剧了这一问题，随着摩尔定律收益的下降，解决方案变得越来越复杂，越来越个性化，设计也越来越困难。

该公司总经理尚卡尔•克里希纳莫蒂(Shankar Krishnamoorthy)表示:“对改进的需求永无止境。Synopsys对此的EDA组。“人工智能需要巨大的计算能力。所以你可以尽量扩大规模。但我们现在看到每个人都在做的是我们所说的“以上所有”策略。真正对能量敏感的部件可以放在最新的节点上。但是你可以有很多不同节点的芯片。这方面的演变非常迅速。每个客户都把它放在他们的路线图上——甚至是移动公司，传统上都是单一的、2d类型的设计。他们现在正在寻求向3D发展。”

在这个超融合的世界里，曾经的单个芯片现在变成了多个芯片或小芯片——英特尔的维奇奥桥架构用9种不同的工艺开发了多达47个不同的瓦片。这使得定制设计的组件变得至关重要，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:“分裂将会持续下去。“这都是关于在工作负载层面上交付的性能，有很多不同的方法来实现这一目标。”

数据也证明了这一点。Amkor正在越南开发一个新的包装工厂，初期投资为2亿至2.5亿美元，而日ASE计划在马来西亚投资3亿美元建设一家包装工厂。

人民的力量

要让所有这些投资发挥作用，需要受过高等教育的劳动力。在过去10年里，行业高管们一直是这样在更远的地方寻找工程师半导体产业。在此期间，大多数人选择了软件工作。

德勤咨询(Deloitte Consulting)半导体行业负责人布兰登•库利克(Brandon Kulik)表示:“只要有一些人才，你在哪个行业都不重要，因为你仍然需要更多人才。”“所以有公司职能和财务，随着一个行业的发展，它需要更多其他人拥有的东西，它必须与其他行业竞争这些共同的人才。但在半导体领域，工程和制造是非常具体的。我们在工程领域的变化是，随着我们的客户开始转向更集成的解决方案，更多的软件，更多的基于平台的解决方案，工程组合开始发生变化。除了标准的传统设计，你还需要更多的软件和系统工程师，这意味着他们需要与一些大型软件公司竞争。”

Meta、Twitter、微软和Salesforce.com等公司最近的裁员可以帮助填补这一空缺。多年来，工程专业的毕业生蜂拥到大型系统公司寻找软件工程的工作。但是直到最近，他们在很大程度上忽略了硬件方面，因为他们认为在每个新的流程节点上性能会继续得到足够的提高。现在情况已经不同了。软件工程师越来越需要了解他们编写的代码的功耗和热影响，包括给定操作需要多少计算周期，以及如何更好地利用硬件一直到RTL级别。

从这个角度来看，这个行业需要更多的人，而今天在这个行业工作的许多人将需要补充培训。

麦肯锡的Burkacky说:“未来的头号瓶颈是人才。”限制硅产业发展的不会是锂或氖。将会是人。”

德勤的库利克对此表示赞同，并补充说，企业需要撒更大的网。他说:“我们需要开发更多的非传统资源，才能满足所有的需求。”“所以我们需要女子学院和STEM项目，以及历史上的黑人学院和大学。即使需求下降，人才短缺也将持续存在，因为这个行业的长期增长趋势是向上的。即使需求下降，对供应链弹性的需求也将推动一些产能。你需要进行更大规模的设计和生产。世界仍处于连接事物的早期阶段。所以经济周期会像往常一样，因为这是一个周期性的行业。但我们对客户的建议是把眼光放长远，展望3到5年，在人才战略方面甚至更长远。这将继续是一场斗争。”

数据

那么这些钱都去哪了?下表列出了2021年和2022年宣布的新的芯片行业投资。它包括2021年和2022年宣布的选定的新制造(和一些设计)设施和晶圆厂，但除此之外还有更多的投资。例如，原台积电亚利桑那州晶圆厂是在2020年宣布的，因此不包括在内。该表格目前按公告日期降序排列，但可按国家或公司排序。

来源:Linda Christensen/Semiconductor Engineering根据公司报告编译

注:以上投资为保守估计，原因如下:1)许多工厂/晶圆厂未披露投资金额;2)这并不包括三星追加投资在德克萨斯州和其他地方台积电在亚利桑那州的投资，尚未由有关公司确认/正式公布;3)这份名单是根据公司公告编制的，细节可能会有所变化，4)这包括重要的公告和是不意味着包罗万象。

按国家划分的投资选择

以上述选定的投资(及相关注意事项)为例，按国家进行总结:

国别数据被低估了，因为只包括了选定的设施，而且许多公司没有披露财务条款，包括台积电在高雄的新工厂。

**更新11月18日在德国的额外投资**

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