影響半導(dǎo)體未來(lái)增長(zhǎng)前景的5個(gè)關(guān)鍵趨勢(shì)

半導(dǎo)體行業(yè)現(xiàn)在是世界上最大、最有價(jià)值的行業(yè)之一。在眾多重疊的變量和市場(chǎng)力量的塑造下，半導(dǎo)體行業(yè)在不斷變化。接下來(lái)我們將重點(diǎn)介紹影響該行業(yè)的歷史、目前的健康狀況和未來(lái)增長(zhǎng)前景的5個(gè)關(guān)鍵趨勢(shì)。

1.周期性收入和高度的波動(dòng)性

半導(dǎo)體銷(xiāo)售主要由電子工業(yè)驅(qū)動(dòng)，具有高度的周期性和波動(dòng)性，其特點(diǎn)是繁榮和蕭條的周期可能持續(xù)多年（見(jiàn)圖1）。最近，市場(chǎng)在2019年收縮了10%以上，主要是由于存儲(chǔ)器價(jià)格的下降，但在2020年反彈，增長(zhǎng)接近7%（SIA Factbook, 2021）。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器像日用消費(fèi)品一樣，對(duì)價(jià)格高度敏感，比非存儲(chǔ)器半導(dǎo)體的波動(dòng)性大得多（SIA Databook, 2021）。

為了管理硅周期和每年的波動(dòng)性，半導(dǎo)體公司必須能夠控制成本，同時(shí)不犧牲對(duì)研發(fā)的關(guān)鍵投資。對(duì)于總部設(shè)在美國(guó)的半導(dǎo)體公司來(lái)說(shuō)，制造是最大的支出，平均占總成本的近三分之一，接下來(lái)是研發(fā)、折舊和攤銷(xiāo)，以及銷(xiāo)售和管理費(fèi)用（SG&A）（SIA Databook，2021）。

無(wú)廠化設(shè)計(jì)公司和IDM的成本可能有很大的不同，IDM由于擁有晶圓廠而擁有更多的資本設(shè)備支出。如果你的資產(chǎn)負(fù)債表上有來(lái)自生產(chǎn)設(shè)施的大量固定成本，那么要經(jīng)受住行業(yè)衰退的考驗(yàn)就是真正的挑戰(zhàn)。你不得不為所有這些設(shè)備支付費(fèi)用，即使工廠只以50%的產(chǎn)能運(yùn)行。由于制造和資本設(shè)備成本的增長(zhǎng)，在過(guò)去20年里，生產(chǎn)支出在總成本中的比例已經(jīng)大大增加。

2.高研發(fā)和資本投資

技術(shù)進(jìn)步的快速發(fā)展，促使半導(dǎo)體公司在核心研發(fā)上投入明顯的高額資本。自1999年以來(lái)，美國(guó)公司將年收入的15％至20％投入研發(fā)，是除制藥和生物技術(shù)以外的美國(guó)高科技行業(yè)中最高的（見(jiàn)圖2和圖3）。此外，美國(guó)公司每年將銷(xiāo)售額的8-20%投入到新的財(cái)產(chǎn)、廠房和設(shè)備中，是除替代能源以外的所有行業(yè)中最高的（SIA Databook, 2021）。

由于企業(yè)保護(hù)其長(zhǎng)期的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，資本和研發(fā)的投資一直相對(duì)不受銷(xiāo)售波動(dòng)的影響。根據(jù)美國(guó)半導(dǎo)體公司向USSEC提交的10K和10Q文件以及SIA估計(jì)的數(shù)據(jù)，從2000年到2020年，半導(dǎo)體研發(fā)和資本支出逐年增長(zhǎng)5.6%，僅在2020年，美國(guó)公司的支出就高達(dá)742億美元（SIA Factbook, 2021年）。

3.高回報(bào)和積極的生產(chǎn)力增長(zhǎng)

在過(guò)去幾十年里，一系列因素導(dǎo)致該行業(yè)的工資和生產(chǎn)力超過(guò)了其他行業(yè)。例如，平均年工資已從2001年的約8萬(wàn)美元增長(zhǎng)到2019年的16萬(wàn)美元以上，是所有制造業(yè)工作平均工資的兩倍多（SIA Databook, 2020）。

（SIA Databook, 2020）此外，每個(gè)員工的收入也是強(qiáng)有力的生產(chǎn)力指標(biāo)，它在過(guò)去20年里翻了一番，在2020年達(dá)到接近571000美元（SIA Databook, 2020）。與大多數(shù)行業(yè)不同的是，平均銷(xiāo)售價(jià)格的增長(zhǎng)速度等于或高于通貨膨脹率，單位成本的下降速度足以讓公司在不過(guò)度提價(jià)的情況下保持盈利能力。在重要原材料或制造成本價(jià)格下降的大環(huán)境下，只有通過(guò)提高生產(chǎn)效率，才能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的盈利。

4.長(zhǎng)期盈利能力

正如我們?cè)趫D5中看到的那樣，半導(dǎo)體行業(yè)的收入以劇烈波動(dòng)而聞名，但對(duì)人員和技術(shù)的廣泛投資還是為整個(gè)行業(yè)帶來(lái)了強(qiáng)勁的總回報(bào)。盈利集中在最大的競(jìng)爭(zhēng)者身上，他們有足夠的規(guī)模抵御經(jīng)濟(jì)衰退，并利用個(gè)人電腦和智能手機(jī)等顛覆性技術(shù)，自1999年以來(lái)，銷(xiāo)售平均獲得約20%的稅前利潤(rùn)，毛利率達(dá)到37%至57%（SIA Databook, 2020）。

未來(lái)5年的預(yù)期增長(zhǎng)看起來(lái)很有希望，目前的預(yù)測(cè)估計(jì)，市場(chǎng)總值到2026年大約為7750億美元，年化增長(zhǎng)率略低于8%（Lucintel, 2021）。主要的增長(zhǎng)動(dòng)力包括：

1）由于家庭可支配收入增加，城市化進(jìn)程加快，人口快速增長(zhǎng)，對(duì)消費(fèi)電子產(chǎn)品的需求增加（Fortune Business Insights, 2021）；

2）快速擴(kuò)張的新興經(jīng)濟(jì)體對(duì)集成電路的需求不斷增長(zhǎng)（Fortune Business Insights, 2021）；

3）技術(shù)驅(qū)動(dòng)力，包括物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、智能手機(jī)、5G通信，以及人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)（AI/ML）（Columbus, 2020）。如果要證明半導(dǎo)體行業(yè)的光明未來(lái)就在前方，那就看看COVID-19的大流行（新冠疫情）吧。在疫情開(kāi)始時(shí)，分析師預(yù)測(cè)銷(xiāo)售額將縮減5%至15%，但2020年的銷(xiāo)售額實(shí)際上從2019年的4130億美元增加到約4400億美元，增長(zhǎng)率為5.1%（Bauer et al., 2020年）（SIA Factbook, 2021）。

由于消費(fèi)者被困在家里，不花錢(qián)買(mǎi)汽油、度假或新的辦公室衣柜，他們把錢(qián)用于新的在家工作的電腦和游戲系統(tǒng)上。汽車(chē)、工業(yè)和部分消費(fèi)市場(chǎng)的需求減少又被服務(wù)器需求、個(gè)人電腦以及人工智能和5G等長(zhǎng)期增長(zhǎng)領(lǐng)域抵消了，幫助該行業(yè)超越預(yù)期并保持健康的增長(zhǎng)軌跡（eeNews, 2021）。

英偉達(dá)是圖像、人工智能和加密貨幣的處理器的領(lǐng)先者之一，在2021年的每個(gè)季度都創(chuàng)造了新的季度收入記錄，在2021年8月報(bào)告的季度收入達(dá)到了65億美元的高峰（Tyson, 2021）。盡管在過(guò)去的幾十年里，新技術(shù)和個(gè)人計(jì)算機(jī)、服務(wù)器和手機(jī)的爆炸性增長(zhǎng)對(duì)整個(gè)行業(yè)來(lái)說(shuō)是福音，但高度整合對(duì)許多公司產(chǎn)生了不利影響。

5.高度整合

隨著SoC設(shè)計(jì)變得越來(lái)越復(fù)雜，晶體管被推向其物理極限，設(shè)計(jì)和制造成本從來(lái)沒(méi)有像現(xiàn)在這么高。該行業(yè)的盈利能力一直依賴于研發(fā)突破帶來(lái)的持續(xù)的成本削減。作為一個(gè)整體，這已經(jīng)取得了成功，成本從2001年的每片0.98美元縮減到2019年的約0.63美元（SIA Databook, 2020）。

除了降低每顆芯片單位成本的壓力外，公司還面臨著從每臺(tái)設(shè)備中獲得更多收益的巨大壓力——這對(duì)消費(fèi)者來(lái)說(shuō)是福音，因?yàn)樗麄兛梢杂酶偷某杀精@得更大的計(jì)算能力。這種降低成本和提高性能的雙重壓力，推動(dòng)了競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手之間的激烈競(jìng)爭(zhēng)，并導(dǎo)致了我們今天看到的綜合巨頭。這種模式并不是半導(dǎo)體獨(dú)有的——資本密集型行業(yè)往往有利于規(guī)模，因?yàn)榕蛎浀墓潭ǔ杀究梢栽诟叩哪晔杖胫蟹謹(jǐn)偦蚍制趦斶€。

毫不奇怪，小公司的銷(xiāo)售成本（COGS）占收入的百分比明顯較高，因?yàn)樗鼈內(nèi)狈εc大公司競(jìng)爭(zhēng)的開(kāi)銷(xiāo)和規(guī)模經(jīng)濟(jì)。這個(gè)趨勢(shì)在很大程度上與推動(dòng)更大的整合一致，自2015年以來(lái)，平均每年的交易量延伸到688億美元（IC Insights, 2021）。

僅在2020年，就有三起大型收購(gòu)案躋身行業(yè)前五大半導(dǎo)體收購(gòu)案——英偉達(dá)以400億美元收購(gòu)ARM控股公司，AMD以350億美元收購(gòu)賽靈思，以及模擬器件公司（Analog Device）以210億美元吞下美信公司（Maxim）（IC Insights, 2021）。由于設(shè)計(jì)支出的激增和晶圓廠成本接近200億美元，只有擁有足夠?qū)嵙唾Y本的公司才能將固定成本分?jǐn)偟剿阶銐蚋叩哪晔杖牒蛦挝粩?shù)量上。結(jié)果形成了贏家通吃的態(tài)勢(shì)，前五家公司（三星、英特爾、臺(tái)積電、高通和蘋(píng)果）的年利潤(rùn)總額為355億美元，而行業(yè)其他公司的年利潤(rùn)為287億美元（McKinsey & Company, 2020）（見(jiàn)圖6）。這樣的動(dòng)態(tài)促使企業(yè)要么做大，要么破產(chǎn)，導(dǎo)致了過(guò)去幾年的快速整合期。根據(jù)麥肯錫2018年的一份報(bào)告, 2001年有29家公司提供先進(jìn)的晶圓廠服務(wù)，而現(xiàn)在只有5家，其中只包括兩家主要的代工廠、幾家EDA公司和一家光刻機(jī)供應(yīng)商（ASML）。

近年來(lái)，整合的趨勢(shì)越來(lái)越快——最有價(jià)值的51家半導(dǎo)體公司的收購(gòu)案有一半以上是在2015年以后發(fā)生的（Design and Reuse, 2021）。繼續(xù)整合似乎是可能的，但是，考慮到美國(guó)主要的半導(dǎo)體公司很少有保持獨(dú)立的情況，目前還不清楚會(huì)持續(xù)多久。圖7清楚地反映了這種勢(shì)頭，它描述了過(guò)去10年的半導(dǎo)體并購(gòu)活動(dòng)。在這個(gè)資本密集型的行業(yè)中，前10家半導(dǎo)體公司擁有55%的市場(chǎng)，小公司為了生存而掙扎，不得不通過(guò)發(fā)展來(lái)保持競(jìng)爭(zhēng)力（Hertz, 2021）。

為了了解這個(gè)圖表的背景，有幾件事需要注意：

①這些是交易公告，所有的交易不一定都能落實(shí)。這可能有多種原因，包括被股東拒絕，管理層的抵制，以及得不到監(jiān)管部門(mén)的批準(zhǔn)，就像2016年高通公司以近400億美元收購(gòu)恩智浦（NXP）的失敗。

② 2011-2020年的基礎(chǔ)累積估值數(shù)據(jù)來(lái)自《麥克林報(bào)告》（IC Insights 2021 McClean Report） （ IC Insights, 2021）。2021年的基礎(chǔ)累積估值數(shù)據(jù)估計(jì)為220億美元，但只包括前8個(gè)月的并購(gòu)公告報(bào)告（Design & Reuse, 2021）。

③我們借用了《麥克林報(bào)告》中的基準(zhǔn)假設(shè)，最主要的假設(shè)是覆蓋范圍包括“半導(dǎo)體公司、業(yè)務(wù)部門(mén)、產(chǎn)品線、芯片知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）和晶圓廠的購(gòu)買(mǎi)協(xié)議，但不包括IC公司對(duì)軟件和系統(tǒng)級(jí)業(yè)務(wù)的收購(gòu)……半導(dǎo)體資本設(shè)備供應(yīng)商、材料生產(chǎn)商、芯片封裝和測(cè)試公司以及設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件公司之間的交易”。

在充分披露的情況下，雖然我們?cè)噲D模仿IC Insight對(duì)所有焦點(diǎn)交易的限制條件，但根據(jù)他們使用的限制條件，可能有一些交易不應(yīng)該被包括在內(nèi)，或者高估了個(gè)別交易的凈值，因?yàn)檫@些交易的一部分或交易本身可能屬于其中的一個(gè)限制類(lèi)別。例如，在2016年，僅所有收購(gòu)的總價(jià)值就超過(guò)了IC Insights估計(jì)的1030億美元的并購(gòu)活動(dòng)——很可能每筆交易的一部分或其中一筆交易本身沒(méi)有包括在IC Insight的凈估計(jì)中。他們對(duì)最終被監(jiān)管機(jī)構(gòu)拒絕的恩智浦收購(gòu)案的價(jià)值估計(jì)也有差異——IC Insights估計(jì)這個(gè)交易的價(jià)值為385億美元，而我們引用的是在宣布收購(gòu)時(shí)的估值470億美元。

對(duì)于本圖所要傳達(dá)的整體信息來(lái)說(shuō)，這些錯(cuò)誤并不重要，但為了準(zhǔn)確起見(jiàn)，必須注意，任何單個(gè)交易的價(jià)值相對(duì)于任何特定年份的凈并購(gòu)活動(dòng)的比例可能過(guò)高。前面5個(gè)小節(jié)涵蓋了很多內(nèi)容；圖8給出了我們考察的5個(gè)主要行業(yè)動(dòng)態(tài)的摘要。

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▊《一看就懂的半導(dǎo)體：適合所有人的科技指南》

[美] 科里·理查德（Corey Richard）?編著半導(dǎo)體的奧秘一冊(cè)盡覽！從科技了解應(yīng)用，從應(yīng)用認(rèn)識(shí)產(chǎn)業(yè)，從產(chǎn)業(yè)探索未來(lái)。美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)資深資訊投資顧問(wèn)傾力打造，中國(guó)物理學(xué)會(huì)半導(dǎo)體物理專業(yè)委員會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)翻譯。

這本書(shū)介紹與半導(dǎo)體有關(guān)的各種基礎(chǔ)知識(shí)，包括物理、材料和電路，分立元件和集成電路系統(tǒng)、應(yīng)用和市場(chǎng)，以及半導(dǎo)體的歷史、現(xiàn)狀和未來(lái)。這本書(shū)適合所有對(duì)半導(dǎo)體感興趣的讀者。中學(xué)生完全可以讀懂這本書(shū)，專業(yè)人士也可以從中了解到市場(chǎng)、投資和政策制定方面的信息。

撰? 稿? 人：楊健亭責(zé)任編輯：?李馨馨審? 核? 人：曹新宇