麦肯锡:“半导体黄金十年”发展策略
在新冠疫情的催化下,半导体市场供应的短缺问题已经成为行业热点问题,并对电动汽车等新兴科技应用行业领域造成了不小的影响,尤其凸显了包括人工智能在内的越来越多的新兴技术对半导体技术创新和芯片稳定供应的技术与市场的强大需求。
为此,半导体行业近期掀起企业并购热潮,头部公司加速全球布局。然而,由于半导体行业的回报周期较长,但从建厂扩产单方面很难再短时期内解决断供问题。而除了扩大产能之外,本文提出从技术、投资、适应力、人才、行业生态合作共6个方面的半导体企业发展策略,全面提升半导体行业公司的战略布局与建设手段,并对最近“扩大产能”的热点做法进行分析,对不同规模晶圆厂的建设成本和效益进行量化,判断是否适合进行扩产,以及确定合理的扩产时机。最后建议企业、政府为成就即将到来的“半导体的黄金十年”奠定战略与行动基础。
随着半导体的市场需求持续超过供应,半导体公司可以采取不同的方式来把握新的机会。
背景:半导体供应短缺原因
1.3 应对短缺方法的策略
将芯片设计转移到公司内部(大型科技公司,原始设备制造商):目前,半导体供应短缺十分严重,促使更多大型科技公司和主要汽车原始设备制造商将芯片设计转移到公司内部,而这一趋势很可能将重塑全球半导体行业生态,对市场影响重大。
半导体公司直接投资新建晶圆厂,但难以实现短期盈利:在其他行业,制造商通常通过增加产量来应对短缺。但是,半导体晶圆厂的建设和增加产量的成本极高,而且非常耗时(通常需要一年的时间进行大规模扩张,或者需要三年多的时间来建设一个新工厂),因此想要在短期内实现半导体的大规模产量十分困难。虽然提高生产能力无可厚非,但无法立即解决眼下供应短缺的问题,反而需要多年、大量投资才会产生收益。
与下游客户公司合作投资,扩大晶圆厂产能:半导体公司可以与其下游客户共同投资提高晶圆厂产能的项目,可以减少半导体公司的前期投资,缓解潜在的资本支出限制。但考虑到晶圆厂建设和产量提升的漫长时间线,这种方式也不会立即缓解半导体的短缺问题。
2.企业策略
半导体行业公司的六大发展策略
2.1 保持技术领先
所有产品细分领域的半导体公司都在力求创新,因为强大的芯片和先进的设备有助于在所有价值链领域创造更高收益。在一项跨行业分析中,半导体行业的研发支出仅次于制药和生物技术(以销售额的百分比计算)。
图:半导体产业的平均研发支出很高
半导体行业领头企业常用的技术研发策略如下:
2.1.1 关注尖端芯片和制造芯片所需机器
几十年来,随着半导体公司不断缩小技术节点,芯片上的晶体管数量每两年翻一番。然而,随着越来越接近单个芯片上可以包含的晶体管数量的物理极限,晶体管翻倍的速度已经放缓了。尽管如此,半导体公司仍将努力推动这项技术,预计到2025年,最小节点芯片(7nm及以下)的平均需求增长将比供应增长高出4个百分点。
图:半导体产业专家预计,碳化硅和氮化镓功率器件的增长率都将大幅度提高
2.2 大胆的长期研发投资
半导体行业研发周期可能非常长,有时会超过十年,因此回报周期也相对较长,资助主体以政府为主。然而,大胆的长期投资最终会带来丰厚的回报。例如,荷兰ASML公司在17年间投资约70亿美元开发极紫外光微影技术及其批量生产能力。如今,该技术成为ASML公司最主要的收入来源。同样,英国Arm公司花了6年时间开发了一款64位计算处理器,该处理器如今也成为该公司核心产品。
诸如此类的长期投入,其效益远不止技术节点的进步,其带来的技术飞跃还可能有助于改善整个社会发展。比如,量子计算专用芯片可以改善制药开发、可持续性计划和其他跨行业计划。但是在大多数情况下,半导体公司还是倾向于在已经发展壮大的领域增加投资,而不是进入新的领域以进一步扩大技术优势。
2.3 在动荡的世界中提高适应能力
对了应对新冠危机带来的供应链与需求的巨大变化,半导体公司及其利益相关者仍在制定新的战略,特别要求企业具有更强的适应能力。
短期措施“集中产能”:在本地供需严重不匹配的市场,半导体公司可以考虑将更多产能用于人们最迫切需要的节点,作为一种短期的缓解方式。例如,欧洲终端客户在很大程度上需要节点大于28nm的半导体用于汽车和工业应用程序,而美国客户对节点小于7nm的半导体有需求更大。扩大“关键点”的产能不仅可以满足需求,还可提高供应链弹性,减少市场间的依赖。
提高灵活响应能力:半导体公司还可以通过提高灵活性和响应能力来缩短交付周期,例如扩大供应商基础、强化定价策略、改善客户的芯片分配、与行业组织合作探索芯片短缺的解决方案,以及邀请客户共同投资定制芯片的开发。
资本运营策略:资本支出最小化,收入最大化。例如,半导体公司可以修改首付政策,并向客户收取固定的预付款,或者要求客户提前18个月以上提供绑定的需求预测。
随着半导体对产品差异化变得越来越重要,一些电子公司、汽车原始设备制造商和超大规模制造商正在将芯片设计转移到公司内部,加强定制化并消除瓶颈。此举使得本已稀缺的半导体人才竞争比以往更加激烈。同时,随着半导体功能扩展,芯片设计复杂化,尤其是制造5nm技术节点,设计难度最大,耗时长,对高技术人才需求增加。
与学术机构建立合作伙伴关系。半导体公司可以考虑支持学习项目,指导相关课程设置,培养更具半导体工作技能的高技术人才与劳动力,从而缓解劳动力人才短缺问题。
目前业内的生态主流模式:
加强与客户合作,开发定制方案。半导体公司与其客户的合作已经日渐普遍。例如,许多希望提高设计能力的汽车原始设备制造商现在正在与半导体公司合作,开发特定应用解决方案方面(如自动驾驶汽车)。
创建新的“生态模式”及其未来发展趋势:
开发“知识产权模块”。半导体公司可以创建新的生态模式,如可以开发出适用于各类客户的知识产权模块。例如,Arm公司开发了一种处理器架构,可同时开放多个公司的使用授权,该策略就可明显降低所有参与公司的成本。 知识产权合作。一些半导体公司还与学术机构建立了强大的知识产权合作伙伴关系,加强知识产权的开发与保护。 联合开发和调整技术模块。此举可降低公司技术开发投资的风险。同时,行业协会可以为长期技术路线发展提供重要指导,如比利时的微电子研究中心(IMEC)等专门研究半导体的机构,可以在竞争前研究期间召集半导体公司进行合作。 企业收购战略的程序化。即根据特定主题采取一系列方法进行较小规模的收购。此举可通过收购获得直接受益,使半导体公司可直接打开重要市场,或者提高对未来增长和扩大技术领先地位至关重要的能力。然而,目前收购目标总体稀缺 ,需要迅速调查并快速展开合并。 其他非正式合作方式。如建设或扩大设计和制造中心、合作开发知识产权等等。
2.6 产能的优化:投资扩厂的决策要素
成本最优的产能水平。由于投资金额巨大,扩大产能首先需要仔细考虑工厂的生产能力,从而有效控制成本。分析表明,产能至少为600,000 LSPW的晶圆厂成本最优,根据不同产品,相当于每周产能为12,000到20,000个晶圆。
图:运营和建造成本随着产能的增加而下降,产能为600,000 LSPW时达到平稳水平
投资扩厂抓住区位优势。通过在已有类似企业集群的地区建造晶圆厂,半导体公司可以获得一些成本优势,有助于确保足够的人才和资源(如土地、能源和水)。
配管技术升级。可以通过升级二次配管,节省并更快收回投资成本。
引入先进的虚拟数据分析技术。半导体公司可与设备制造商建立伙伴关系,应用先进的分析技术来提高产量。例如,通过先进的组合学习实现建模,即从物理计量转换到虚拟数据的计量方式,完成整个设计制造周期的测试,从而降低成本和缩短上市时间。
贸易环境与政策因素。由于地缘政治因素,导致芯片供不应求、供应链中断等贸易问题复杂化,为了提高本地前端制造能力,政府很可能加大晶圆厂建设的补贴措施,也会加快半导体工资的投资回笼。
3.评析
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转自丨学术plus
作者丨Teresa,文文子
编辑丨郑实
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