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      半導體為何如此燒錢?

      2022-03-17 10:48 來源:半導體產業縱橫 作者:

      2021年半導體行業資本支出飆升36%之后,IC Insights預計2022年半導體行業資本支出將增長24%,達到1904億美元的歷史新高。而就在三年前,半導體行業的資本支出僅為1025億美元,三年的時間,半導體行業的支出近乎翻了一倍。

      半導體為何如此燒錢?

      上圖中13家公司的總支出預計將是兩年前2020年的近2.5倍。支出的大幅度增長,主要是由于當前市場激增的需求導致的供不應求,未來隨著需求的逐步被滿足,未來半導體公司的支出根據銷售情況會進行調整。

      但是半導體企業大手筆的資本支出,反映出半導體產業對市場的信心。但半導體產業動輒幾十億幾百億的支出,都花在哪了呢?

      人才是第一競爭力

      對于半導體這類高壁壘、高科技的產業,只要技術過硬,并不需要華麗介紹就能夠贏得市場。而支撐產品競爭力的關鍵因素與核心技術人員的研發能力息息相關。正因如此,作為科技密集型產業,人才是半導體產業最重要的資源之一。也因此各大半導體的核心技術人員的薪資待遇成為公司的重要支出。

      有半導體行業的HR估算過極簡版的模擬芯片公司的人員成本。一個模擬芯片設計工程師加一個版圖工程師(layout)加一個應用工程師(AE)。假如設計工程師是老板本人,layout工程師一年50W,AE工程師50-70W,銷售全套配下來工資將達到250W。

      但一個模擬/射頻芯片設計工程師的工作基本可以等同于:架構師+電路設計工程師+驗證工程師+測試工程師+半個版圖工程師的集合體。所以想找到資深的模擬/射頻設計工程師難度很高,2021年,ADC,DAC, Serdes等方向,擁有十年經驗的資深模擬設計工程師的工資基本不會低于100W,而在人才缺口尚未補足的情況下,模擬設計工程師按照目前行情走下去也會只多不少。

      對于芯片團隊來說,至少要找三個架構師,包括一個系統級的,兩個微架構IP級的或者性能設計和PPA相關的架構師。資深一點的架構師的年薪基本已經是150W起步,如果想招業界超級大牛架構師,他們的薪資可能會達到200W。OPPO的馬里亞納 X芯片研發團隊超2000人;而vivo內部的ISP芯片人才年薪達到180萬元。

      而對于處于領先地位的半導體公司來說,為了保證技術的先進性,他們在人才上的支出更高。

      ASML在半年內大幅度漲薪15%~19%,中國臺灣分公司應屆碩士客戶支持工程師年薪達160萬新臺幣(約36萬人民幣)。芯片巨頭臺積電2022年預計雇傭 8000 多名員工,而碩士畢業的應屆工程師平均年薪達到新臺幣200萬新臺幣(約45萬人民幣)。

      可想而知,組建一個芯片人才團隊的成本有多高,而這還僅僅是薪酬一方面的數據。同時為了避免高端人才被挖走,各大公司還會以股票福利的形式留住人才。蘋果公司以限制性股票形式向部分工程師和軟件部門的工作人員發放提供了一筆股票福利。金額從5萬至18萬美元(約合人民幣32萬元-114萬元)不等。中芯國際在2021年7月向4000名員工發放了41億元的激勵股票,其中有75.35%的股票都發放給了技術及業務骨干人員,金額近31億。

      固定資產成本占比大

      中芯國際在第四季度快報中表示,計劃在2022年支出50億美元,這其中包括購買廠地、建設廠房、購買設備等。

      對于半導體制造公司來說,設備占據其支出的大部分。多家半導體公司的財報都表現出這一特點。

      從制造必須配備的光刻機來看,全球光刻機巨頭ASML,其生產光刻機在全球的市占率達到80%。ASML財報顯示2021年EUV系統的收入為63億歐元,而全年成功出貨并認可了42個EUV系統,以此估計每個系統價格在1.5億歐元左右。由于光刻機在先進制程上起到決定性作用,各大制造公司還需要斥巨資預定光刻機。2022年1月,英特爾宣布以高達3.4億美元的價格向ASML預定了仍在設計階段的High-NA量產型EUV光刻機EXE:5200。再一次讓公眾見識到,半導體有多么“燒錢”。

      更重要的是,由于半導體制造是極其精密的過程,因此半導體制造的環節對響應設備的要求都很高,這也就導致各種半導體設備的成本普遍都很高。用于封測的激光切割設備價格也很高,核心零部件激光頭的價格昂貴,單個激光頭的價值高達十萬美元以上,并且激光頭的壽命通常在兩年內。據長電科技公告,2021年其中設備購置費高達15.6 億元,劃片機計劃購買130臺(包括劃片機和切割機),總價3611萬美元。

      除了設備,半導體的廠房也是一大筆支出。對于晶圓廠來說,一個晶圓廠的布局大概分為7個功能不同的區域:

      1.爐管區。在爐管區,以高溫反應的方式,在硅晶體上形成一層硅化合物。這層化合物附著性好,為之后的打磨和刻蝕做準備。2. 離子植入區。該區將離子植入晶圓特定區域內,達到改變特定區域晶圓導電或者不導電的特性。3. 化學氣相沉積區。該區域利用化學反應將反應氣體生成固態,并沉積在晶片表面,形成薄膜。4. 微影區。生長了薄膜的晶圓,進入圖案轉錄的微影區,表面涂抹光刻膠,成為光阻。將其放置于光下進行曝光?,F在,硅晶圓表面一部分曝光,一部分沒有曝光。5. 蝕刻區。在這個區域內,已經曝光的地方將進一步蝕刻?,F在整個晶圓為單晶硅和硅化合物存留。6. 物理氣相沉積區。這個區域將實現導電功能,用金屬導線將元件連接起來。7. 化學機械研磨區。這個區域將使用化學反應和機械工具,對表面進行進一步打磨,方便后續封裝。

      這就導致晶圓廠需要極大的占地面積。英特爾預計在俄亥俄州建立的下一個主要制造基地將容納多達 8 個半導體生產設施,占地約400公頃。三星在平澤的工廠面積預計達到16個足球場。

      除了廠房占地面積大,半導體制造對產房的環境還有著極高的要求。

      為了控制制造過程中最小程度的受到污染,半導體產業開發需要使用潔凈室(無塵間)。無塵間是一個凈化過后的空間,用超級潔凈空氣將芯片與外界環境隔離,半導體無塵間的級別比手術室要嚴格10倍。晶圓廠的核心是潔凈室。所有制造步驟都在這里進行,因此可以控制環境以消除納米級的灰塵。潔凈室地板下是所謂的子晶圓廠,其中包含驅動激光器等輔助設備。

      在土地資源有限的情況下,半導體工廠對土地的需求導致場地費用成為制造、封測類半導體公司的大筆支出之一。

      半導體專用軟件也是高昂的成本

      芯片制造所用的相關軟件也是高昂的成本之一。

      為了讓芯片公司效率提高,相應的設計軟件系統應運而生。而隨著這些軟件的功能越來越完善,用于軟件的成本也開始升高。EDA軟件的報價相對不透明,即使通過折扣補貼并且只使用最核心功能,一家EDA軟件入門價也已經達到了百萬人民幣,但通常在使用中需要配上兩三家的軟件一起工作,如果設計涉及到先進節點,那么半導體公司在EDA軟件上的支出將會達到千萬人民幣。

      隨著芯片公司數量不斷增長,各大EDA供應商營收也積極向好。全球EDA設計軟件巨頭中Synopsys 2021年全年收入42億美元;Cadence 2021年全年收入達到28.13億美元。

      除了EDA,半導體公司還會用到其他的軟件,例如針對晶圓生產的半導體生產系統(MES)。

      與此同時,這些軟件的運行對于計算機來是巨大的工作量。因此想要保證這些軟件的使用,芯片公司需要配備百萬級的服務器來支撐這類專業的工具。

      這錢花的到底值不值?

      對于不同產業鏈環節上的半導體公司,花錢的側重點各有不同。制造環節的公司,將錢花在買設備、買地;設計類的公司則是請專業人士、買專利。

      對于設計公司來說,有時候單次流片費用就高達一個億,這些高昂的數字也會讓人想問,這些錢花的到底值不值。仍以流片為例,想要試產一款芯片,晶圓廠需要為設計公司制作掩膜,制程越先進掩膜價格就越高,如果設計有問題,那意味著本次流片投入全軍覆沒。但如果沒有試生產就不會提前發現設計上的缺陷,之后造成的損失將更加巨大。

      雖然半導體產業十分“燒錢”,但與此同時,產業鏈上下游之間又將成本分攤。如果半導體行業2022年的資本支出增長超過10%,這標志著自1993年至1995年半導體行業支出首次出現連續三年的兩位數增長率后,又一次實現連續三年的兩位數增長率??梢哉f,正是這些高昂的成本,讓整個產業鏈都向著更高的標準前進,成為了半導體產業源源不斷的動力。


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