被制裁的美国存储芯片厂商美光科技（Micron）◈★★ღ，早前公布了2023财年第二季报告◈★★ღ，当季在计提超14亿美元的库存损失后◈★★ღ，总亏损金额23.1亿美元◈★★ღ，这是美光过去二十年来最严重的季度亏损◈★★ღ。无独有偶◈★★ღ，SK海力士2023年Q1的净亏损约合32亿美元◈★★ღ，三星电子存储芯片部门在2023年Q1也亏损了约30亿美元◈★★ღ，而且半导体部门一直以来都是三星电子的主要利润来源◈★★ღ，高峰期贡献了公司80%的利润◈★★ღ，那半导体产业还能挣钱吗？
三大存储厂商2023年Q1亏损◈★★ღ，主要原因还在于DRAM和NandFlash价格持续走低◈★★ღ，从上图的价格指数走势看◈★★ღ，存储芯片平均价格在一年多来已经跌去了约57.8%◈★★ღ，再叠加当前市场需求惨淡◈★★ღ，库存高企的短周期影响◈★★ღ，出现严重亏损在意料之中◈★★ღ，属于特例◈★★ღ。
半导体产业到底挣不挣钱？我们统计了15家全球主要半导体设计公司在2022年的营收数据◈★★ღ，总销售额3,521.3亿美元◈★★ღ，平均净利率为20.8%◈★★ღ。8家主要晶圆代工厂◈★★ღ，营收总额1304.6亿美元◈★★ღ，平均净利润率高达33.8%◈★★ღ，这些数据都远高于世界500强企业6.57%的平均利润率◈★★ღ。
半导体是一个技术密集◈★★ღ、资本密集◈★★ღ、人才密集型产业◈★★ღ，经过半个多世纪的发展◈★★ღ，它已成长为一个年销售额超过5,735亿美元的重要支柱型产业◈★★ღ。根据半导体芯片的制造流程◈★★ღ，我们可以将产业链分为主产业链和支撑产业链◈★★ღ。主产业链包括芯片设计◈★★ღ、芯片制造和封测核心流程◈★★ღ，支撑产业链包括EDA◈★★ღ、IP◈★★ღ、材料和设备◈★★ღ。
当我们认真分析一下◈★★ღ，会发现无论是主产业链还是支撑产业链◈★★ღ，每个流程和环节都充斥着满满的黑科技◈★★ღ。以目前最新的3nm芯片生产工艺为例◈★★ღ，3nm尺度仅相当于十几个硅原子排列的长度◈★★ღ，因此基于这种控制精度来批量生产芯片◈★★ღ，是一件非常具有挑战性的工作◈★★ღ，需要用到大量的精密设备和高纯度材料BALLBET全站app◈★★ღ。
国际半导体产业协会（SEMI）的统计数据显示◈★★ღ，2022年全球半导体材料的市场规模692亿美元◈★★ღ，其中用于晶圆制造的材料451亿美元◈★★ღ，用于封测的材料约241亿美元◈★★ღ。也就是说基于这692亿美元的原材料◈★★ღ，半导体产业创造出了5,735亿美元的市场规模开车视频下载正版软件◈★★ღ，实现了超过8倍的增值◈★★ღ，下面我们一起来捋一捋这个重科技行业里“点石成金”的秘密◈★★ღ。
任何芯片在生产前都需要经过设计环节◈★★ღ，是设计赋予了芯片的应用价值◈★★ღ，因此它在产业链中的价值输出占比最高◈★★ღ。芯片设计是一项庞大而复杂的工作◈★★ღ，包括数字电路◈★★ღ、模拟电路◈★★ღ、物理后端◈★★ღ、封装开车视频下载正版软件◈★★ღ、测试等方面的设计等◈★★ღ，它高度依赖于EDA（电子自动化设计）软件和IP（验证可重复使用的功能组块）来完成◈★★ღ。
IC Insights统计的数据显示◈★★ღ，2022年全球半导体企业的研发支出增至805亿美元◈★★ღ。ESD Alliance和Ipnest的统计数据显示◈★★ღ，2022年全球EDA软件市场规模将达到133.83亿美元◈★★ღ，半导体IP市场规模将达到60亿美元◈★★ღ。目前◈★★ღ，美国企业在芯片设计环节仍占据主导地位◈★★ღ，欧美芯片公司毛利率通常在50%~80%开车视频下载正版软件◈★★ღ，国内的芯片公司也可做到35%~60%开车视频下载正版软件◈★★ღ。
在收集了包括intel◈★★ღ、高通◈★★ღ、SK海力士◈★★ღ、博通等15家主要半导体设计厂商近期发布的数据◈★★ღ，我们预估芯片设计环节2022年度的平均毛利率在49.5%◈★★ღ，平均净利润率在20.8%◈★★ღ。
根据SEMI统计的数据◈★★ღ，用于晶圆制造的材料主要包括硅片◈★★ღ、光刻胶及配套试剂◈★★ღ、光掩膜◈★★ღ、电子特气◈★★ღ、湿电子化学品◈★★ღ、溅射靶材◈★★ღ、CMP研磨垫及研磨液等◈★★ღ。其中◈★★ღ，硅片的占比最大◈★★ღ，份额约为35%◈★★ღ，电子特气◈★★ღ、光掩膜◈★★ღ、光刻胶试剂BALLBET全站app◈★★ღ、及湿电子化学品的份额占比分别为13%◈★★ღ、12%◈★★ღ、8%和7%◈★★ღ。
除了半导体材料外◈★★ღ，晶圆制造的主要成本还来自各类昂贵生产设备的折旧◈★★ღ。根据IC Insights统计的数据◈★★ღ，2022年◈★★ღ，厂商为扩充产能的资本支出额增加到1817亿美元◈★★ღ。半导体设备的折旧年限通常是5-7年半导体保险元件◈★★ღ。◈★★ღ，以平均值6年来计算◈★★ღ，可以估算出2022年度设备折旧费用预计在1064亿美元左右◈★★ღ。
因此晶圆代工制造环节◈★★ღ，是一个高技术◈★★ღ、高投入◈★★ღ、高能耗的“三高”产业◈★★ღ，根据台积电◈★★ღ、联电◈★★ღ、格芯◈★★ღ、中芯国际等主要厂商公布的2022年营收和毛利率数据看◈★★ღ，晶圆代工环节在2022年度的平均毛利率大约在53.1%◈★★ღ，平均净利率达到33.8%左右◈★★ღ，不负众望取得了“高回报”◈★★ღ。
封测是集成电路制造的最后一道工序◈★★ღ，通常分为封装与测试两个环节◈★★ღ，传统的封测行业属于资本密集和劳动密集型产业◈★★ღ，技术含量并不太大◈★★ღ。根据日月光◈★★ღ、安靠◈★★ღ、长电等厂商公布的2022年营收和毛利率数据看◈★★ღ，封测环节的平均毛利率大约在17.6%◈★★ღ，平均净利率约为9.3%左右◈★★ღ。
随着3D◈★★ღ、SiP◈★★ღ、MEMS◈★★ღ、FC◈★★ღ、TSV◈★★ღ、Bumping◈★★ღ、Fan-Out◈★★ღ、WLP等先进封装技术的出现◈★★ღ，封测环节的技术附加值越来越高◈★★ღ，先进封装的均价通常是传统封装均价10倍以上◈★★ღ，而且占比正在不断提升◈★★ღ。
后摩尔时代◈★★ღ，芯片性能提升遇到瓶颈◈★★ღ，Chiplet应运而生◈★★ღ，它采用同构扩展提升处理单元数量◈★★ღ，或异构集成不同功能芯片两大方案◈★★ღ，助力芯片算力提升◈★★ღ，可以应对各种AI应用对大算力的需求◈★★ღ。采用Chiplet系统级架构设计的芯片BALLBET全站app◈★★ღ，可以让10nm工艺的芯片达到7nm芯片的等效集成度◈★★ღ，而且综合的研发费用还更低◈★★ღ，先进封装技术是Chiplet实施的基础和前提◈★★ღ。
据Frost & Sullivan数据预测◈★★ღ，中国大陆先进封装市场增长迅速◈★★ღ，2021-2025的年复合增长率约为29.9%◈★★ღ，预计2025年中国先进封装市场规模为1137亿元◈★★ღ，占中国大陆整体封装市场的比例约为32.0%◈★★ღ。
半导体制造企业能否赚钱◈★★ღ，有一个很重要的因素就是“良率”指标◈★★ღ，半导体芯片生产的良率细分为Wafer良率◈★★ღ、Die良率和封测良率◈★★ღ，总良率就是这三种良率的乘积◈★★ღ。一般情况下要求总良率在85%以上才具备量产条件◈★★ღ，行业普遍的要求都在90%以上◈★★ღ。
更高的良率◈★★ღ，意味着投入相同的资源可以产出更多的合格芯片◈★★ღ，单颗芯片的成本自然就越低◈★★ღ。因此对于3D NAND存储晶圆厂而言◈★★ღ，1%的良率提升可能意味着每年增加1.1亿美元的净利润◈★★ღ。而对于高端逻辑晶圆厂而言◈★★ღ，1%的良率提升意味着1.5亿美元的净利润增长◈★★ღ。
在晶圆的制造过程中◈★★ღ，影响良率的因素很多◈★★ღ，主要包括技术成熟度ballbet贝博体育◈★★ღ，◈★★ღ、Wafer尺寸◈★★ღ、Die尺寸和环境因素◈★★ღ。新工艺刚推出时良率通常会比较低◈★★ღ，随着技术改良成熟度会不断提升◈★★ღ。对于成熟制程而言开车视频下载正版软件◈★★ღ，更大的Wafer和更小的Die尺寸有助于提升晶圆的良率和利用率◈★★ღ。另外就是制造过程中材料纯度◈★★ღ、尘埃◈★★ღ、温湿度◈★★ღ、光照度等环境因素对良率会产生较大的影响◈★★ღ，因此芯片制造和封测对环境和材料的要求很高开车视频下载正版软件◈★★ღ，通常都需要在超净的恒温◈★★ღ、恒湿环境里进行◈★★ღ。
台湾电子时报统计的数据显示◈★★ღ，2004年台积电发布90nm工艺时◈★★ღ，晶圆代工的报价还不到2000美元◈★★ღ。随着制程不断进步◈★★ღ，2022年最新推出的3nm制程晶圆代工价格将超过2万美元BALLBET全站app◈★★ღ，有机构认为会超过3万美元◈★★ღ。考虑到12吋硅片的材料成本约110美元◈★★ღ，3nm晶圆制造过程中的价值增长超过180倍◈★★ღ，台积电的毛利率约为60%◈★★ღ，因此“科技与狠活”带来的成本上涨惊人◈★★ღ。
调研机构IBS的统计数据显示◈★★ღ，从成本的角度出发◈★★ღ，晶圆厂在3nm制程的工艺研发投入需要40-50亿美元◈★★ღ，建造一座月产4万片3纳米制程的晶圆生产线万美元的成本◈★★ღ。
昂贵的不仅仅是代工费用◈★★ღ，芯片设计公司在研发先进制程芯片的费用也同样价格不菲◈★★ღ。芯片的研发费用主要包括芯片设计◈★★ღ、IP◈★★ღ、EDA◈★★ღ、设备等费用◈★★ღ。Semi Engineering的统计数据显示◈★★ღ，28纳米制程的芯片开发费用大约为5130万美元◈★★ღ，而最新的3nm工艺芯片◈★★ღ，研发费用预计需要接近10亿美元◈★★ღ。
因此台积电2023年投产最新的第二代3nm制程N3E◈★★ღ，目前也只有苹果最新的A17和M3处理器采用◈★★ღ，高通和MTK的最新处理器预计还将使用较为便宜的4nm工艺◈★★ღ。
在晶圆制造环节需要用到大量的高纯度材料半导体制程◈★★ღ！◈★★ღ，例如用于芯片生产的超高纯度硅片◈★★ღ，纯度要求达到99.999999999%以上◈★★ღ，业内称之为11个9◈★★ღ，工艺制程等级越高对硅片的要求就越高◈★★ღ。同样◈★★ღ，用于芯片制造过程中清洗和蚀刻的UP-SSS级（G5级）氢氟酸◈★★ღ，其对金属杂质要求为≤0.01ppb（ppb◈★★ღ，十亿分之一◈★★ღ，比ppm提升了一千倍）◈★★ღ，这些高纯度材料都具备制备难度大且价格昂贵的特点◈★★ღ。
随着芯片工艺制程提升◈★★ღ，对晶圆表面污染物的控制要求也越来越高◈★★ღ。为了提升芯片制造良率贝博ballbet◈★★ღ，清洗成了重要工艺环节开车视频下载正版软件◈★★ღ，工序数量约占所有芯片制造工序步骤的30%以上◈★★ღ。在60～80nm制程里有约100个清洗步骤◈★★ღ，20nm以下制程里的清洗步骤增加到200个以上◈★★ღ。清洗工艺用到大量的超纯水◈★★ღ，超纯水需要将水中的导电介质◈★★ღ、杂质◈★★ღ、气体和有机物几乎完全去除◈★★ღ，电阻率要大于18.2MΩ*cm◈★★ღ，避免在清洗时损害到复杂精密的晶圆表面◈★★ღ。据悉◈★★ღ，生产一个2g重的芯片大概需要32公斤的水资源◈★★ღ，台积电3nm工厂一天的用水量高达13万吨◈★★ღ。
环境因素对晶圆良率开车视频下载正版软件◈★★ღ、Die良率和封测良率都会产生影响◈★★ღ，因此它的重要性不言而喻◈★★ღ。大家常见的用于半导体生产的“黄光”车间◈★★ღ，空气净化通常要求达到百级（等同于ISO Class 5）◈★★ღ，也就是每立方英尺的空间中◈★★ღ，≥0.5μm之灰尘粒子不能超过100颗（3,520颗/立方米）半导体核心技术◈★★ღ。◈★★ღ。而在半导体生产的关键局部区域◈★★ღ，需要达到ISO Class 2级和ISO Class1级水准◈★★ღ。
作为简单的数据对比◈★★ღ，我们日常生活中◈★★ღ，质量较好的空气中的粉尘粒子颗粒物数量一般每立方英尺有28.5万个左右◈★★ღ，而在普通污染程度的城市空气中甚至多达2850万个◈★★ღ。
光刻机被誉为是半导体工业皇冠上的明珠◈★★ღ，是半导体芯片生产的核心设备◈★★ღ。自20世纪50年代以来◈★★ღ，光刻技术经历了g-Line（波长436nm）◈★★ღ、i-Line（波长365nm）◈★★ღ、KrF（波长248nm）◈★★ღ、ArFi（波长193nm◈★★ღ，采用浸没式工艺等效134nm）和EUV（波长13.5nm）五个发展阶段◈★★ღ。
以目前最先进的EUV光刻机为例◈★★ღ，它是由超过10万个精密零部件组成◈★★ღ，设备重达180吨◈★★ღ，根据型号不同单价在1.2-1.5亿美元◈★★ღ，价值远超同等重量的白银◈★★ღ。新一代的EXE◈★★ღ：5000光刻机◈★★ღ，将NA孔径从之前的0.33提升到0.55◈★★ღ，是制造3nm以下制程的关键设备◈★★ღ，这种光刻机价格约为3.2亿美元◈★★ღ。
EUV光刻机之所以如此昂贵◈★★ღ，是因为它所使用的技术都是最先进的◈★★ღ，而且这些技术几乎都是逼近物理学◈★★ღ、材料学以及精密制造的极限◈★★ღ。包括德国的光学镜头◈★★ღ、英国的真空设备◈★★ღ、美国的EUV光源◈★★ღ、日本的光刻胶等都全球最尖端的技术◈★★ღ，汇聚组成了EUV光刻机的豪华版供应链◈★★ღ。
在半导体芯片的主产业价值链上BALLBET全站app◈★★ღ，芯片设计贡献了49.5%的毛利率◈★★ღ，晶圆制造环节贡献了53.1%的毛利率◈★★ღ，封测环节贡献了17.6%的毛利率◈★★ღ，主产业链合计实现了2.7倍的价值提升◈★★ღ。
但是从原材料到半导体整体市场规模之间有8倍的增值◈★★ღ，这个差值落在支撑产业链上◈★★ღ，不论是高纯度材料制备◈★★ღ、各式设备制造还是EDA和IP服务◈★★ღ，都通过各自领域的科技与狠活◈★★ღ，为半导体产业的成长贡献了力量◈★★ღ。
半导体芯片是现代信息社会的基石◈★★ღ，是引领新一轮科技革命和产业变革的关键◈★★ღ。因此半导体产业是当前的科技制高点◈★★ღ，是全球各主要经济体的竞争焦点◈★★ღ，不论是当前还是未来◈★★ღ，发展前景都值得期待◈★★ღ。返回搜狐◈★★ღ，查看更多
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