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半導體大蕭條必將到來?

2021-09-18
作者: 湯之上隆
來源:半導體行業觀察
關鍵詞: 半導體

  自2020年2月前后開始,新冠疫情在全球范圍內蔓延,人們的生活也發生了巨大變化。TSMC于今年(2021年)6月2日召開了一場科技座談會,會上指出下面的幾種新生活方式(New Normal)正在被推廣和普及。

  1. 八個星期的網購銷售額堪比過去十年。

  2. 在三個月的時間里,遠程辦公人數增加到20倍。

  3. 線上學習的人數在兩周內增長至2億5,000萬。

  4. 在五個月里,線上游戲的下載量堪比過去七年。

  由于以上這些新生活方式的出現,各個領域都呈現出嚴重的半導體供給不足問題。逐一列舉如下:

  1.由于半導體供給不足以及東南亞零部件工廠發生聚集性感染的原因,日本、美國、歐洲等全球汽車廠家相繼停工。2.由于多種半導體都存在供給不足問題,PC、服務器無法按需生產。3.由于智能手機需要的半導體涉及90納米的傳統工藝到5納米的尖端工藝,導致無法生產智能手機。4.游戲機和各種家電產品也因半導體供給不足而無法生產。5.另外,因為缺少半導體,最終導致無法制造出半導體生產設備。

  為解決以上這些半導體供給不足的問題,全球范圍內正如火如荼地擴產半導體。具體情況如下文所示。

  全球半導體市場和半導體生產設備市場的動向

  下圖1是全球半導體和生產設備市場的推移表。2018年存儲半導體泡沫破裂,當年全球半導體規模為4,688億美元(約人民幣30,472億元),達到峰值,2019年半導體市場規模下滑至4,123億美元(約人民幣26,799億元)。然而,2020年雖然出現了新冠疫情,市場規模卻恢復至4,404億美元(約人民幣28,626億元)。

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  圖1:全球半導體和生產設備市場的推移表。筆者根據WSTS和SEMI的數據制作了此圖。(圖片出自:jbpress)

  此外,據世界半導體貿易統計協會(WSTS,World Semiconductor Trade Statistics)預測,今年(2021年)的市場規模將會超過2018年,達到5,272億美元(約人民幣34,268億元),而2022年將會達到歷史最高值,為5,734億美元(約人民幣37,271億元)。但是,如果上調預測值,可能在今年(最晚明年)就超過6,000億美元(約人民幣39,000億元)。

  圖1雖然記錄了全球半導體和半導體生產設備市場規模的推移,但是僅從表格很難看出具體規模,因此將生產設備相關的數值記錄在了右側(如下圖2)。全球半導體設備市場在2018年(存儲半導體泡沫)達到頂峰,為620.9億美元(約人民幣4,035.85億元),在2019年下滑至597.5億美元(約人民幣3,883.75億元),而在2020年迅速恢復,甚至超過了2018年泡沫時期的峰值,達到了711.9億美元(約人民幣4,,627.35億元)。

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  圖2 :全球半導體和生產設備市場的推移表。筆者根據WSTS和SEMI的數據制作了此圖。(圖片出自:jbpress)

  此外,據業界組織SEMI(Semiconductor Equipment and Materials International)預測,今年(2021年)也可能會刷新記錄,達到952億美元(約人民幣6,188億元),明年(2022年)將首次超過1,000億美元。此外,業界普遍認為還有可能再上調以上這些預測值。

  把2000年IT泡沫時的數值看做單位“1”

  從圖1和圖2 可以看出半導體和生產設備市場的上下浮動趨勢基本保持一致。但是也存在一些不同點。為了進一步看清二者的不同點,我們分別把2000年IT泡沫時的雙方的數值看做單位“1”,即如下圖3所示。

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  圖3:把2000年IT泡沫時的數值看做單位“1”后的半導體和生產設備的全球市場。筆者根據WSTS和SEMI的數據制作了此圖。(圖片出自:jbpress)

  全球半導體市場在2000年(IT泡沫)之后,暫時下滑,后又迅速恢復,2004年“完美”地超過了IT泡沫時的峰值。除去后來“雷曼沖擊”時的下滑,幾乎呈直線上漲,2018年(存儲半導體泡沫)的規模是IT泡沫時的2.3倍。

  另一方面,生產設備市場在2000年(IT泡沫)之后,有幾次幾乎接近了“1”,但是并沒有超過“1”。在IT泡沫過去18年之后的2017年,超過了“1”。后來,就沒有低于“1”,2018年(存儲半導體泡沫)的規模是IT泡沫時的1.4倍,2020年(新冠疫情)是IT泡沫時的1.6倍,據預測,今年(2021年)的規模將會是IT泡沫時的2.1倍,2022年為2.3倍。

  半導體生產設備市場為什么沒有超過“1”?

  那么,為什么半導體生產設備市場規模一直沒有超過存儲半導體泡沫時的出貨金額呢?筆者認為有兩條理由,第一,各種設備的吐出量(每小時處理的晶圓數量)飛躍式上漲。

  比方說,與2000年相比,用于涂覆感光膠(Resist)的涂布顯影設備(Coater  Developer)、單片式清洗設備等的吐出量提高了5一一6倍。因此,在2000年需要5一一6臺設備,而如今僅需要一臺。但是,盡管設備的吐出量呈現爆發式增長,生產設備的單價卻沒有什么變化。即,生產設備廠家用自己的努力“砸了自己的生意”,真具諷刺意味!

  第二個主要原因是研發微縮化的半導體廠家越來越少。2015年以后,僅剩英特爾、三星電子、TSMC三家公司。結果導致需要尖端生產設備的半導體廠家也越來越少,最終導致全球生產設備市場低迷。

  為什么2017年設備市場規模超過IT泡沫時?

  由于各種生產設備的吐出量呈現飛躍式增長,而對尖端微縮化進行研發的企業卻越來越少,最終導致半導體生產設備市場持續低迷,那么為何2017年超過了IT泡沫時的規模呢?

  最大的原因在于NAND型閃存(以下簡稱為:“NAND”)從2D過渡為3D。NAND的微縮化極限在15納米一一16納米。如果進一步進行微縮化,鄰近存儲單元格(Memory Cell)之間會出現串擾(Crosstalk)現象,因此很難通過微縮化來實現高集成度。

  但是,PC和服務器卻要求NAND進一步實現高集成化和低成本化。于是,NAND開始采用豎向堆疊的3D方式。自2016年開始,3D NAND開始被大批量生產。3D NAND的量產需要大量使用CVD設備(用于在存儲單元上成膜)、干蝕刻設備(Dry Etching,用于在存儲單元上開孔)。

  下圖4是各種生產設備的出貨金額推移表。2015年以后,干蝕刻設備的出貨金額超過了之前的TOP 1一一曝光設備的出貨金額,成為第一。此外,CVD設備市場也呈現飛躍式增長。很明顯,這是3D NAND的作用。

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  圖4:半導體生產設備的出貨金額推移表(一一2020年)。筆者根據野村證券的數據制作了此圖。(圖片出自:jbpress)

  此外,曝光設備的市場規模也在迅速擴大!這主要是受到3D NAND和DRAM市場增長的影響,以及為實現邏輯半導體微縮化而使用的尖端曝光設備EUV(自2019年開始使用,價格達到160億一一180億日元,約人民幣9.44億一一10.62億元)的影響。此外,由于中國正在強化國產半導體生產,因此中國成了全球最大的半導體設備市場,也是超過“1”獲得增長的主要原因。

  無論生產多少半導體,都不夠用!

  時隔18年,生產設備市場規模超過了IT泡沫時期,后來也是穩步增長。然而,在新冠疫情帶來的“新生活方式”之下,半導體出現了嚴重的供給不足問題(如上文所述)。為了解決半導體供給不足問題,全球范圍內在進行巨額投資!

  TSMC計劃在未來三年內投資約11兆日元(約人民幣6,490億元),僅今年就投資了3.3兆日元(約人民幣1,947億元)。此外,三星電子明確表示在2030年之前,在Foundry業務上投資16.5兆日元(約人民幣9,735億元),剛剛獲釋的李在镕副會長表示,要在未來三年內投資約240兆韓元(約人民幣13,570億元)(但并未指出是否是半導體方向的投資)。更換了CEO的美國英特爾也計劃在未來三年內投資240億美元(約人民幣1,560億元)。

  此外,據說中國在《中國制造2025》中指出為了強化半導體的國產化,預計投資約11,800億元。與中國進行高科技戰爭的美國拜登政府也為了強化國內半導體生產,計劃投資520億美元(約人民幣3,380億元)。

  被玩弄的半導體廠家們

  據8月28日日本經濟新聞報道,全球十家半導體廠家僅今年就進行了約12兆日元(約人民幣7,080億元)的設備投資。此外,據預測,在2021年一一2022年期間,全球新建半導體工廠如下:美國六處、中國臺灣八處、中國大陸八處、韓國兩處、日本兩處,合計26處新工廠。

  即便如此,巨額的投資與工廠的“泛濫”還是屬于異常現象。在筆者看來,瘋狂進行投資的半導體廠家就和電影《漢姆林衣色斑駁的吹笛手(英文名:The Pied Piper of Hamelin)》中的老鼠一樣!如下圖5。

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  圖5:全球半導體擴產狂想曲。(圖片出自:jbpress)

  乘著半導體供給不足這一浪潮,各國半導體廠家都奔向了同一個方向!然而,等在前方的是懸崖絕壁。在懸崖的下面是“半導體價格大幅度下滑”!如果半導體價格大幅度下滑,半導體行業將會出現嚴重的大蕭條!

  這是半導體業界人士在歷史上多次經歷的經驗之談。2001年IT泡沫破裂時,筆者被日立制作所勸退,不得不離職。2008年雷曼沖擊時,已經啟動的投資計劃破產,筆者陷入困境,不得不靠失業保險度日。

  2018年的存儲半導體泡沫破裂時,很意外,筆者沒有受到任何影響。但是,在新冠疫情襲擊的2020年,由于與多家客戶中斷了顧問協議,不得不靠政府補助度過艱難時期。

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  圖6:每個季度的DRAM出貨金額(一一2021年第二季度)。筆者根據WSTS的數據制作了此圖。(圖片出自:jbpress)

  筆者認為半導體大蕭條會在2023年前后到來,而半導體的大蕭條到底有多殘酷呢?筆者能否順利都度過危機呢?不僅是筆者,業界的同仁也請從現在就開始做好心理準備!

 

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