肯砸钱的公司才能生产最先进的芯片：每年投 300 亿美元才有机会超越台积电和三星

先进半导体制程的竞争正在进入一个新的阶段。在过去的25年中，跟上前沿IC技术的发展步伐变得越来越昂贵。国内最大的也是技术最先进的晶圆代工厂中芯国际目前能量产14nm工艺，与台积电、三星和英特尔还有很大差距。全球的追赶者们想要追上三星和台积电的先进制程，需要在至少未来五年每年投入300亿美元（约1950亿元），才有成功的机会。资本支出最高的公司才能生产最先进的芯片现在，还能投资逻辑器件最先进制程的公司仅剩三星、台积电和英特尔三家。在这三家公司中，只有台积电和三星两家真正地处于领先地位，它们都可以量产7nm和5nm芯片。英特尔要量产7nm芯片预计要到2022年，预计届时三星和台积电将量产3nm制程芯片。从历史上看，资本支出水平最高的芯片公司也能够生产最先进的产品。过去27年中，英特尔已连续25年位居全球半导体行业前两大资本支出者之列（图1），但2020年英特尔的资本支出仅是三星的一半左右，预计未来可能会再次远低于三星资本支出的一半。2010年，三星首次在半导体资本支出上花费超过100亿美元，2016年增至113亿美元，2017年又增加了一倍以上，达到242亿美元。此后，三星的半导体资本支出维持在高位，2018年的支出达到216亿美元，2019年达到193亿美元，2020年达到281亿美元。▲图一：1994年-2021年全球半导体行业资本支出第一和第二大公司在半导体行业的历史上，三星在2017-2020年期间932亿美元的资本支出是前所未有的，这一数值是同期所有中国本土半导体供应商447亿美元总和的两倍以上。三星尚公布其2021年的资本支出指导，ICInsights估计该公司的支出将基本与2020年持平。再看唯一提供领先技术的纯晶圆代工厂台积电，市场对其7nm和5nm工艺的需求非常强劲，两个先进制程的收入占其2020年下半年销售额的47%。目前，台积电的大部分资本支出都为了增加7nm和5nm制程的产能。引人关注的是，台积电转向5nm的速度非常快，在2020年上半年的时候，其基本没有5nm制程收入，但5nm产品占2020年总销售额的8%（35亿美元）。2021年1月14日，台积电发布了重要消息，计划将今年的资本支出增加至250-280亿美元，比ICInsights预计的275亿美元更高。台积电预计今年每季度资本支大约为69亿美元，是2020年第四季度支出的两倍多。现在看来，三星和台积电都意识到了眼前的千载难逢的机遇。三星的资本支出在2017年开始激增，台积电在2021年开始增加资本支出。ICInsights预计，三星和台积电今年的资本支出合计将至少达到555亿美元，创造前两大资本支出占整个半导体行业资本支出比例的纪录（图2）。▲图2：全球半导体行业资本支出占比由于目前尚无其它公司的资本支出能与其匹敌，因此三星和台积电今年可能会在先进制程技术方面与竞争对手拉开更大的距离。难以超越的台积电和三星欧盟、美国和中国大陆政府能否通过投资赶上三星和台积电？考虑到差距还很大，ICInsights认为，各国政府需要至少五年内每年最少花费300亿美元，才可能获得成功机会。当然，除了资本支出带来的技术领先，如今两大公司的市占率也有绝对优势。根据台北研究机构TrendForce的数据，从地区看，2020年中国台湾在全球晶圆代工市场中市占率高达63%，远超占比18%的第二名韩国。▲图3：2020年全球晶圆代工市占率，数据来源：TrendForce其中，仅台积电一家就占有54%的份额，三星市占率为17%，中国最大的晶圆代工厂中芯国际市占率为5%，华虹宏力占比仅1%。高市占率带来了高营收，TrendForce的数据显示，台积电2021年第一季度的营收有望达到129.1亿新台币，高于2020年第一季度的103.1亿，是市占率第二的三星营收的三倍多，比另外九大晶圆代工厂的营收总和还多。▲图4：全球十大晶圆代工厂营收如果没有其它芯片公司或政府采取迅速而果断的行动，三星和台积电就将成功占领世界领先的芯片工艺技术，这是未来所有先进电子系统的基石。在这样的局面下，任何一个追赶者都面临着巨大的挑战。对中国而言，即有决心长期投入大笔资金，也肯定会受到贸易问题的阻碍，因为贸易问题禁止一些最关键的过程设备出售到中国。中国工程院院士、浙江大学微纳电子学院院长吴汉明在今天的SEMICONCHINA的演讲中也指出，我国集成电路产业注定艰难，面临着政治壁垒和产业性壁垒。我国的芯片制造更是面临图形转移、新材料&工艺和良率提升的三大挑战。吴汉明认为，”我国的芯片制造要用先进工艺外加特色工艺、先进封装和系统结构。特色工艺支持系统先进性，先进封装技术大有可为。”