【產(chǎn)通社，12月24日訊】今天的半導(dǎo)體公司正面臨著一系列挑戰(zhàn)，即使晶圓廠滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，也無法滿足需求。該行業(yè)包括許多不同的細(xì)分市場，如存儲器、邏輯、模擬、分立、光學(xué)元件和傳感器。單個半導(dǎo)體公司及其生產(chǎn)基地傾向?qū)Ｗ⒂谔囟ǖ募?xì)分市場，他們的最終客戶通常需要所有半導(dǎo)體領(lǐng)域的產(chǎn)品，依賴于多家供應(yīng)商。因此，缺少一個專門的芯片會使最終產(chǎn)品的生產(chǎn)陷入停頓，即使所有其他組件都可用。

半導(dǎo)體產(chǎn)品制作過程復(fù)雜和多層次。當(dāng)考慮所有生產(chǎn)階段時，整個過程從材料采購延伸到后端制造。對于每個產(chǎn)品領(lǐng)域，大多數(shù)公司專注于三個或更少的步驟，并可能將一些活動，如印刷電路板組裝，外包給合作伙伴。在后端制造之后，半導(dǎo)體成為電子價值鏈的一部分。

半導(dǎo)體價值鏈從材料采購延伸到后端制造

過去20年里，行業(yè)價值鏈在許多環(huán)節(jié)中變得越來越整合，在每個領(lǐng)域都出現(xiàn)了一些冠軍企業(yè)。因此，專業(yè)知識通常集中在某些市場（例如，美國的無晶圓廠企業(yè)（即僅芯片設(shè)計(jì)）和設(shè)備制造企業(yè)最多）。沒有一個本地市場具備端到端半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和制造所需的所有能力，專業(yè)知識的集中已經(jīng)在價值鏈上形成了一個相互依賴的網(wǎng)絡(luò)。


半導(dǎo)體行業(yè)在某些細(xì)分市場中變得越來越整合


專業(yè)知識的集中傳達(dá)了一些優(yōu)勢，因?yàn)樗ǔＴ试S公司共享資源，如電力供應(yīng)，即使它們是競爭對手，這有助于降低成本。擁有合適技能的員工也可能被吸引到專業(yè)集群，從而形成強(qiáng)大的人才庫。但這種相互依存關(guān)系也意味著，局部沖擊可能會產(chǎn)生全球性影響，比如2011年泰國的洪水導(dǎo)致該國多家內(nèi)存后端晶圓廠停產(chǎn)，并推高了內(nèi)存芯片的價格高出百分之十，因?yàn)闆]有一個本地市場或公司具備端到端半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和制造所需的所有能力。


R&D在半導(dǎo)體行業(yè)的平均支出非常高


對于半導(dǎo)體制造商來說，制造更小的節(jié)點(diǎn)尺寸一直是成功的途徑。幾十年來，隨著半導(dǎo)體公司不斷縮小技術(shù)節(jié)點(diǎn)的規(guī)模，芯片上的晶體管數(shù)量每兩年翻一番——這是摩爾定律預(yù)測的速度。然而，近年來，翻倍的速度已經(jīng)放緩，因?yàn)殡S著行業(yè)接近單個芯片上可以包含的晶體管數(shù)量的物理極限，技術(shù)挑戰(zhàn)增加了。盡管如此，公司仍將試圖推動這項(xiàng)技術(shù)，因?yàn)榈?025年，最小節(jié)點(diǎn)芯片（7納米及以下）的平均需求增長將比供應(yīng)增長高出4個百分點(diǎn)。

節(jié)點(diǎn)尺寸的重要性因設(shè)備細(xì)分市場而異，對尖端芯片的需求在某些類別中將比其他類別增長更多。由于客戶期望計(jì)算密集型應(yīng)用的高性能，在最小可用技術(shù)節(jié)點(diǎn)上設(shè)計(jì)芯片的半導(dǎo)體公司可能在這些領(lǐng)域具有明顯的優(yōu)勢。在其他領(lǐng)域，較大的節(jié)點(diǎn)通常是合適的，因?yàn)榭蛻魧Ξ?dāng)前的芯片性能感到滿意，或者需要特定的功能，如快速切換，并且認(rèn)為轉(zhuǎn)移到較小的節(jié)點(diǎn)尺寸沒有什么優(yōu)勢。

設(shè)備制造商可以通過創(chuàng)造實(shí)現(xiàn)前沿創(chuàng)新所需的機(jī)器來抓住增長。此外，他們可以創(chuàng)造出包括先進(jìn)技術(shù)的設(shè)備，以優(yōu)化過程控制，以及產(chǎn)量監(jiān)測和提高。


半導(dǎo)體行業(yè)如何保持領(lǐng)先？


對特定成熟節(jié)點(diǎn)的需求（40到65納米）也高于平均水平，因?yàn)樗鼈冇糜谄嚭推渌P(guān)鍵產(chǎn)品。然而，他們的利潤率歷來較低，因此有時很難支持?jǐn)U展成熟節(jié)點(diǎn)容量的商業(yè)案例。如果建造新的晶圓廠，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于從資產(chǎn)已折舊的現(xiàn)有晶圓廠獲得的利潤。為了確保長期穩(wěn)定的回報(bào)，玩家可以努力從客戶那里獲得硬性承諾，以保證新晶圓廠上線后的高利用率。


通過“超越摩爾”實(shí)現(xiàn)差異化


除了減小結(jié)構(gòu)尺寸，一些半導(dǎo)體公司還在追求“比摩爾更多”的創(chuàng)新，以使他們的產(chǎn)品與眾不同。例如，一些公司正在開發(fā)基于硅以外材料的半導(dǎo)體�；衔锇雽�(dǎo)體材料，如碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN），特別適用于要求高功率和高頻率的應(yīng)用，因?yàn)樗鼈兿拗屏四芰繐p失，并允許形成更小的形狀因子。

對提高可持續(xù)性和電氣化的推動正在刺激SiC和GaN功率器件的采用，這兩個類別的復(fù)合年增長率（CAGR）預(yù)計(jì)將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過功率半導(dǎo)體市場整體5%的預(yù)測增長率。


預(yù)計(jì)氮化鎵和碳化硅功率器件的增長率會很高


設(shè)備制造商可以通過推出專門加工SiC或GaN的機(jī)器來促進(jìn)創(chuàng)新并抓住新的機(jī)遇。鑒于對這些機(jī)器的需求將低于對主流前沿設(shè)備的需求，制造商應(yīng)仔細(xì)審查開發(fā)這些最初利基產(chǎn)品的商業(yè)案例。代工廠可以為更廣泛的無晶圓廠半導(dǎo)體廠商提供基于SiC和GaN的創(chuàng)新技術(shù)。

對創(chuàng)新功能的關(guān)注在高增長細(xì)分市場（如物聯(lián)網(wǎng)）中可能尤其有價值，因?yàn)檫@有助于將產(chǎn)品與競爭對手區(qū)分開來（例如，通過優(yōu)化幾種射頻應(yīng)用中所需的快速切換）。幾個IDM和代工廠已經(jīng)在成熟的節(jié)點(diǎn)中開發(fā)這樣的產(chǎn)品。

半導(dǎo)體元件的先進(jìn)封裝。這些技術(shù)在操作過程中提供了更好的熱量管理，允許公司將半導(dǎo)體元件放置得更近。由于連接點(diǎn)數(shù)量更多，這些芯片提供了更高的數(shù)據(jù)傳輸率和更好的性能。此外，先進(jìn)的封裝允許半導(dǎo)體公司將成熟和領(lǐng)先的芯片結(jié)合在一個集成系統(tǒng)中，用于需要這兩種類型的應(yīng)用，從而降低成本。這種趨勢被稱為異構(gòu)集成，使公司能夠組合多個較小的芯片，而不是制造一個大芯片。較大的芯片通常具有較低的成品率，其下降通常與芯片尺寸成比例，因此異構(gòu)集成可能帶來巨大的成本優(yōu)勢。

高級包裝市場價值2000萬美元，這個數(shù)字預(yù)計(jì)到2026年將上升到450億美元，屆時將占包裝收入的50%左右。雖然領(lǐng)先的IDM和代工廠正在推動包裝創(chuàng)新，但先進(jìn)技術(shù)也為價值鏈上的其他參與者創(chuàng)造了機(jī)會，因?yàn)樗鼈兇碳ち藢π虏牧虾托略O(shè)備的需求。

專業(yè)應(yīng)用。專用集成芯片（ASIC）將明確定義的算法和功能集成到其芯片設(shè)計(jì)中，并為特定目的定制，如用于AI和云計(jì)算。這一領(lǐng)域最近發(fā)展迅速，可能會為更多的參與者提供一個良好的機(jī)會。希望專注于開發(fā)專用半導(dǎo)體的小公司仍會發(fā)現(xiàn)自己的產(chǎn)品需求旺盛，即使它們的客戶群相對較小。

ASICs的客戶群包括許多不同的公司，如汽車原始設(shè)備制造商和超大規(guī)模制造商，他們的需求會有所不同。一些客戶可能會決定自行設(shè)計(jì)專用集成電路，以改善定制，區(qū)分他們的產(chǎn)品，并縮短交付周期。然后，他們將直接與代工廠合作，滿足他們的生產(chǎn)需求。其他參與者，通常是較小的參與者，更喜歡有一個ASIC合作伙伴來負(fù)責(zé)從設(shè)計(jì)到最終產(chǎn)品所需的所有步驟，因?yàn)檫@需要許多專業(yè)能力。

雖然半導(dǎo)體可能隱藏在設(shè)備中，但它現(xiàn)在在每個人的生活中扮演著前所未有的重要角色，從學(xué)童到療養(yǎng)院的病人。當(dāng)前的半導(dǎo)體短缺突出了這一事實(shí)，并使該行業(yè)對運(yùn)行良好的半導(dǎo)體供應(yīng)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、車輛電氣化和AI相關(guān)的趨勢，依賴于半導(dǎo)體技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新和穩(wěn)定的芯片供應(yīng)。我們相信，如果利益相關(guān)者現(xiàn)在就準(zhǔn)備抓住未來的機(jī)會，這些趨勢可能會將未來十年變成“半導(dǎo)體黃金十年”。

查詢進(jìn)一步信息，請?jiān)L問官方網(wǎng)站https://www.mckinsey.com/industries/semiconductors/our-insights/strategies-to-lead-in-the-semiconductor-world。（張怡，產(chǎn)通發(fā)布）