半導體產業

產業趨勢、報告、以及相關洞見

獲利逐漸提高的現在,半導體業者如何持續領航全球?

從2022年的市場資料顯示,現在似乎是成為一家半導體公司的理想時機。隨著晶片需求的飆升,2020 年的年營業額增長了 9%,2021 年增長了 23%,遠高於 2019 年報告的 5%。甚至在肺炎疫情全球蔓延錢之前,資本市場就已然在獎勵該行業不斷飆升的盈利能力,半導體公司的年均收入增長從 2015 年底到 2019 年底,股東總回報 (TSR) 佔 25%。去年,隨著遠程工作成為常態,消費者和企業增加了技術採購,股東的回報率甚至更高,平均每年 50%,幫助加速數位轉型。

然而,在幕後,今天的半導體公司面臨著許多挑戰。即使工廠滿負荷運轉,他們也無法滿足需求,導致產品交付週期為六個月或更長時間。持續的半導體短缺現在經常成為頭條新聞,尤其是當它迫使汽車原始設備製造商推遲汽車生產時。更重要的是,半導體公司正在努力應對設計複雜性增加、人才短缺以及與流行病相關的問題,這些問題正在破壞連接不同市場參與者的複雜全球供應鏈。這種短缺現在令人擔憂,以至於促使更多大型科技公司和主要汽車原始設備製造商將芯片設計轉移到內部——這一趨勢可能對市場產生重大影響。

在其他行業,製造商通常通過增加產量來應對短缺。但是,半導體的晶圓廠建設和產能提升非常昂貴且耗時——通常需要一年的時間進行大規模擴張,或者需要三年多的時間才能建造新設施——這使得快速增加半導體產量變得困難。雖然增加容量有時可能會有所幫助,但它不會立即產生效果,並且通常需要多年的大量投資才能出現額外的收入。

半導體產業的趨勢為何?

在所有產品領域,半導體公司都在努力創新,因為更快、更強大的芯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(以營業額的百分比計算)。當我們檢查半導體業者的領先企業時,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。

專注於尖端芯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,芯片上的晶體管數量每兩年翻一番——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芯片上可包含的晶體管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,公司仍將嘗試推動這項技術,因為到 2025 年,對具有最小節點(7 納米 (nm) 及以下)的芯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細分而異,某些類別對前沿芯片的需求將比其他類別增長更多。由於客戶期望計算密集型應用程序具有高性能,因此以最小的可用技術節點設計芯片的半導體公司可能在這些領域具有明顯的優勢。在其他領域,更大的節點通常更合適,因為客戶對當前的芯片性能感到滿意或需要特定功能,例如快速切換,並且認為轉向更小的節點尺寸幾乎沒有優勢。

設備製造商可以通過創造實現領先創新所需的機器來獲得增長。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。

落實差異化之體現

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,預計這兩個類別的複合年增長率 (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%。

設備製造商可以通過推出專門用於處理 SiC 或 GaN 的機器來促進創新並抓住新機遇。鑑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無晶圓半導體廠商提供基於 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。這些芯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芯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芯片,而不是製造一個大芯片。較大的芯片通常具有較低的良率,下降通常會隨著芯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,佔封裝收入的 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。

客製化晶片

專用集成芯片 (ASIC) 將定義明確的算法和功能集成到其芯片設計中,並針對特定目的進行定制,例如用於人工智能和雲計算。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,以改進定制、區分他們的產品並縮短交貨時間。然後,他們將直接與鑄造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。

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