详细分析全球半导体产业现状

2011 年受 2010 年全球半导体市场的鼓舞，全球半导体厂商的资本投入增长了 22.7%。2013 年和 2016 年则分别受 2012 年和 2015 年全球半导体市场低迷的影响，资本投入不但没有增加，反而出现了小幅衰退。2017 年全球半导体市场繁荣，激励了资本投入大幅度增长35%。对于全球晶圆产能整体而言，近年来全球晶圆产能比例持续向更小特征尺寸方向推进，这正反映了晶圆制造技术的持续提升。而其他特征尺寸的晶圆产能比例也反映了集成电路市场多元化的需要。

1 2017年全球半导体产业的资本投入

根据 IC Insights 2017 年11月“The McClean Report”发布的数据[1]，2017 年全球半导体产业的资本投入上升到 908 亿美元，比 2016 年的 673 亿美元大幅增长 35%。在 IC Insights 调研跟踪全球半导体市场和产业发展的 37 年中，也从未遇到过如 2017 年那样全球半导体产业资本投入的大幅增长。表 1 列出了 2011～2017 年各年全球半导体产业资本投入和增长率。

2017 年全球半导体产业资本支出最大的 10 家半导体厂商排名如表 ２ 所示。分析其中的数据可以看到，这 10 家厂商合计资本投入为 690 亿美元，占 2017 年全球半导体产业总资本投入的 76%。其中，三星的资本投入最大，达到了 260 亿美元的惊人地步。在 2017 年 11 月以前，三星一直计划 2017 年资本投入额为 125 亿美元，但到 12 月，三星突然宣布增加当年资本投入至 260 亿美元，这比原计划翻了一倍还多，比 2016年资本支出 113 亿美元增长了 130%。

2017 年，还有 2 家半导体厂商资本投入增长 20% 以上，一家是英特尔，同比增长 25%；另一家是格罗方德，同比增长 33%。英特尔每年发展新技术产能的巨大开支，使其资本投入一直保持在高位。格罗方德在 2016 年因产能节制严重，资本投入大减 62%。2017 年格罗方德决定跳过 10 nm 技术节点，直接挑战 7 nm 技术。可以想象其 2017 年的绝大多数的资本投入将用于采购新设备和新技术开发。

在 2017 年全球前 10 大投资支出的半导体厂商中，有 5 家是存储器厂商。从 2014 年到 2016年上半年，全球存储器市场疲软，致使三星和SK海力士在 2016 年的资本投入分别削减了 13% 和 14%。到 2017 年存储器市场状况有了根本转变，除了三星大幅度增加资本投入之外，SK 海力士也有 16% 的增长。另一家存储器厂商美光，2016 年其资本投入增长 28%，但在 2016 年年底收购中国***华亚科技之后，2017 年反倒削减资本支出13%。东芝和西部数据均对 2017 年资本投入保持3% 的稳步增长，主要用于扩张 3D NAND Flash 产能。

我国大陆地区的中芯国际（SMIC）在 2016 年资本投入大增 87%，增幅居各大厂商之首，不过在 2017 年其资本投入反而缩减 12%。我国***的联电，在 2016 年资本投入增长 50% 后，2017 年缩减 30%。

图 1 显示了三星从 2010 年到 2017 年各年的半导体资本投入情况。从 2010 年起，三星每年的半导体投资都超过了 10 亿美元。2016 年的投资支出已高达 113 亿美元，而到 2017 年 12 月出人意料地抬升到 260 亿美元。根据 IC Insights 的估计，三星 260 亿美元的半导体投资支出将主要用于以下方面。

（1）3D NAND Flash 为 140 亿美元，主要用于韩国平泽工厂的大规模产能扩展。

（2）DRAM 为 70 亿美元，主要用于 DRAM 制程提升和扩产，以及补充工艺提升过程中的产能损失。

（3）晶圆代工及其他为 50 亿美元，主要用于 10 nm 的产能建设。

三星如此扩大资本投入，将会对全球半导体产业造成影响。而首当其冲的是 3D NAND Flash市场。显而易见，未来全球 3D NAND Flash 将可能因为三星大规模扩充产能而造成产量过剩。虽然这个产量过剩并非由三星一家所造成，而是三星带给其他厂商，包括 SK 海力士、美光、东芝和英特尔等厂商的压力，有利于三星提高对全球存储器市场的掌控能力。当然，这也将阻止中国大陆地区在 DRAM 和 3D NAND Flash 等产品领域的新创公司进入市场。

表 3 展示了 2010～2017 年全球半导体产业“10 亿美元投资俱乐部”的成员名单。2013 年最少，只有 8 家，2016 年增至 11 家，2017 年又达到 15 家。自 2016 年下半年以来，在全球半导体市场日益高涨形势的鼓舞下，加入“10亿美元投资俱乐部”的成员显著增加。英飞凌（Infineon）和瑞萨（Renesas）两家出于快速提升汽车半导体市场地位的“雄心壮志”，2017 年在阔别了数年之后又重新加入了“俱乐部”。中国***地区的南亚科技（Nanya）和欧洲的意法半导体（ST）也是这样的情况。

中国大陆地区的中芯国际（SMIC）已连续 3 年成为“俱乐部”的成员，可以相信今后 2～3 年内中国大陆地区将会有更多的新建晶圆制造企业拔地而起，中国大陆地区还会有更多的企业加入“俱乐部”的成员名单。

在 2017 年“俱乐部”的 15 家成员名单中，有 5 家是 IDM 厂商，有 6 家是存储器厂商，还有4家是纯晶圆代工厂商。

根据 IC Insights 的分析数据，2017 年全球半导体资本投入在各大类产品领域的分布和增长速率如表 4 所示。晶圆代工领域的资本投入占据份额最大，达到 28%，但 2017 年投资增速仅为 4%。而在 DRAM/SRAM，以及 Flash/非挥发存储器领域的投资增速最快，在 2017 年各达到了 53% 和 33%。这与 2017 年存储器市场飙升相关。DRAM/SRAM 和 Flash/非挥发存储器两个领域的资本投入相加，就占到半导体产品领域总投资的 40%。近年来，随着高性能计算、智能设备和人工智能的快速发展，高端 MPU/MCU 的市场需求也日益彰显。2017 年，全球在此领域的资本投入提升了16%，投资份额也占到 14%。2017 年以来，汽车电子、物联网和功率驱动等领域需求日益旺盛，全球对于模拟芯片市场重新回暖，资本投入也提升了 21%。逻辑芯片受整体半导体市场的带动，2017 年资本投入也增长了 11%，但仅占投资总额的 9%。

2 2017 年全球半导体产业的研发支出

据 IC Insights 的统计数据，2017 年全球半导体产业研发支出总额为 589 亿美元，比 2016 年的 565 亿美元增长 4.2%。其中全球前 10 大半导体厂商的研发经费支出为 359 亿美元，比 2016 年的 340 亿美元增长 6.0%，占当年全球半导体产业研发支出总额的 60% 左右。2017 年全球前 10 大半导体厂商研发经费支出情况如表 5 所示。

英特尔的研发支出为 130.98 亿美元，占全球前10 大半导体厂商研发支出的 36%，在行业中继续保持首位，比 2016 年增长 3%，低于 2001 年以来平均 8% 的增长率。尽管如此，英特尔 2017 年的研发支出仍超过了排在其下面的 4 家厂商（高通、博通、三星和东芝）研发支出的总和。考虑到开发半导体新技术成本的不断增加，英特尔在过去 20 年间的研发支出与销售收入比例大幅攀升。2017 年，英特尔的研发支出占销售收入的比例为 21.2%，虽然低于 2015 年的 24.0%，但显著高于 2010 年的 16.4%、2005 年的 14.5%、2000 年的 16.0% 和 1995 年的9.3%。

高通是全球最大的 IC 设计公司（Fabless），2017 年高通研发支出排名在第 2 位，但研发支出数额比 2016 年下降了 4%，这是在 2016 下降 7% 之后的又一次下降。排名第 3 位的是博通，其研发支出比 2016 年上升了 4%。三星 2016 年和 2017 年研发支出分别上升了 4% 和 19%，尽管三星 2017 年研发支出同比增长 19%，但是其研发支出与其当年销售收入规模相比是低的。在 2016 年占 6.5%，在 2017 年下降至 5.2%。2017 年，三星的 DRAM 和 NAND Flash 强劲增长，半导体销售收入同比增长 49%，但其研发支出基本上保持原位。

排名第 5 位的东芝和排名第 6 位的台积电在2017 年的研发支出数额基本相同[2]。东芝的 2017 年研发支出下降了 7%，而台积电为力超晶圆代工的竞争对手，如三星和格罗方德，2017 年研发支出增长 20%。

在表 5 中，排名后几位的分别是联发科、美光、英伟达和 SK 海力士。英伟达的研发支出从 2016 年的第 11 位上升至 2017 年的第 9 位，取代了 2016 年排名第 9 位的恩智浦，研发支出也比 2016 年增长了 23%，是 2017 年全球半导体行业研发经费支出上升幅度最大的厂商。SK 海力士仍处于第 10 位。

就全球半导体行业而言，2017 年共有 18 家半导体厂商的研发投入超过了 10 亿美元，除了表 5 中的 10 家厂商之外，其余 8 家分别是恩智浦（NXP）、德州仪器（TI）、意法半导体（ST）、超微（AMD）、瑞萨（Renesas）、索尼（Sony）、模拟器件（ADI）和环球晶圆（Global Foundries）。

3 2017 年全球晶圆产能规模和晶圆产能扩张

IC Insights 的全球晶圆产能报告显示，2017年全球晶圆月产能为 1 790 万片/月（等效于 8 英寸晶圆，以下相同），比 2016 年增长 7%。2017 年 12 月世界各地区拥有的晶圆产能规模如表 6 所示。其中，中国***地区的晶圆产能规模最大，达到 400 万片/月。韩国其次，拥有 360 万片/月，日本为 310 万片/月，美国为 240 万片/月，中国大陆地区为 200 万片/月。欧洲最少，仅为 110 万片/月。

到 2017 年年底，世界各地区晶圆产能按加工特征尺寸分类所占的比例如表 7 所示。对于 ＜20 nm 的晶圆产能所占比例，韩国、日本和美国最高，在韩国 ＜20 nm 的晶圆产能占比最高，占了韩国晶圆总产能的 61%，这正与韩国三星和 SK 海力士是全球最大的两家存储器制造厂商相关。而日本和美国 ＜20 nm 的晶圆产能主要用于制造逻辑芯片和微处理器。对于 ≥0.2μm 晶圆产能所占的比例，欧洲最高，占了晶圆总产能的 51%。这是因为欧洲的半导体厂商更注重于发展模拟芯片、新型功率器件和传感器等产品。在中国大陆地区，＜28 nm 的晶圆产能占了晶圆总产能的 35%，这主要是在华投资的外资晶圆制造厂商的贡献，如三星（西安）和 SK 海力（无锡）等，而本土晶圆制造厂商的先进技术的主体还处于 28～65 nm 范围。

对于全球晶圆产能整体而言，用于加工 ＜20 nm 的比例最高，占 32%。近年来全球晶圆产能比例持续向更小特征尺寸方向推进，这正反映了晶圆制造技术的持续提升。

近年来，全球晶圆产能越来越显示出集中的趋势。图 2 显示了 2017 年 12 月全球晶圆产能集中于少数几家晶圆制造厂商的情况。处于领导地位的最大的 5 家晶圆制造厂商，占了全球产能的 51%。而前 25 家晶圆制造厂商也只占全球晶圆产能的 89%。而相对于 2009 年，前 5 家最大的晶圆制造厂商仅占全球晶圆总产能的 36%，前 25 家晶圆制造厂商才占全球晶圆总产能的 78% 左右。

IC Insights 发布的《2018～2022 年全球晶圆产能报告》也给出了 1998～2019 年每年全球晶圆产能的增长率，如图 3 所示。在经过 2017 年增长 7% 之后，2018 年和 2019 年全球晶圆产能都将继续增长 8%。在这两年中，众多的 DRAM 和 3D NAND Flash 生产线导入是晶圆产能增加的主导因素。

而在图 4 中，更具体地给出了 1998～2019 年每年全球晶圆产能增减的数量。可见，在 2017 年全球晶圆的年产能增加 730 万片（等效于 8 英寸晶圆，下同），2018 年和 2019 年将各增加 1 730 万片和 1 810 万片。

4 结语

由此可见，2011 年受 2010 年全球半导体市场的鼓舞，全球半导体厂商的资本投入增长了 22.7%。2013 年和 2016 年则分别受 2012 年和2015 年全球半导体市场低迷的影响，资本投入不但没有增加，反而出现了小幅衰退。2017 年全球半导体市场繁荣，激励了资本投入大幅度增长 35%。对于全球晶圆产能整体而言，近年来全球晶圆产能比例持续向更小特征尺寸方向推进，这正反映了晶圆制造技术的持续提升。而其他特征尺寸的晶圆产能比例也反映了集成电路市场多元化的需要。