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先進半導體制程的競爭正在進入一個新的階段。在過去的25年中，跟上前沿IC技術的發展步伐變得越來越昂貴。
國內最大的也是技術最先進的晶圓代工廠中芯國際目前能量產14nm工藝，與臺積電、三星和英特爾還有很大差距。全球的追趕者們想要追上三星和臺積電的先進制程，需要在至少未來五年每年投入300億美元（約1950億元），才有成功的機會。
圖片來自waferworld
資本支出最高的公司才能生產最先進的芯片
現在，還能投資邏輯器件最先進制程的公司僅剩三星、臺積電和英特爾三家。在這三家公司中，只有臺積電和三星兩家真正地處于領先地位，它們都可以量產7nm和5nm芯片。英特爾要量產7nm芯片預計要到2022年，預計屆時三星和臺積電將量產3nm制程芯片。
從歷史上看，資本支出水平最高的芯片公司也能夠生產最先進的產品。過去27年中，英特爾已連續25年位居全球半導體行業前兩大資本支出者之列（圖1），但2020年英特爾的資本支出僅是三星的一半左右，預計未來可能會再次遠低于三星資本支出的一半。
2010年，三星首次在半導體資本支出上花費超過100億美元，2016年增至113億美元， 2017年又增加了一倍以上，達到242億美元。此后，三星的半導體資本支出維持在高位，2018年的支出達到216億美元，2019年達到193億美元，2020年達到281億美元。
圖一：1994年-2021年全球半導體行業資本支出第一和第二大公司
在半導體行業的歷史上，三星在2017-2020年期間932億美元的資本支出是前所未有的，這一數值是同期所有中國本土半導體供應商447億美元總和的兩倍以上。
三星尚公布其2021年的資本支出指導，IC Insights估計該公司的支出將基本與2020年持平。
再看唯一提供領先技術的純晶圓代工廠臺積電，市場對其7nm和5nm工藝的需求非常強勁，兩個先進制程的收入占其2020年下半年銷售額的47%。目前，臺積電的大部分資本支出都為了增加7nm和5nm制程的產能。
引人關注的是，臺積電轉向5nm的速度非常快，在2020年上半年的時候，其基本沒有5nm制程收入，但5nm產品占2020年總銷售額的8%（35億美元）。
2021年1月14日，臺積電發布了重要消息，計劃將今年的資本支出增加至250-280億美元，比IC Insights預計的275億美元更高。臺積電預計今年每季度資本支大約為69億美元，是2020年第四季度支出的兩倍多。
現在看來，三星和臺積電都意識到了眼前的千載難逢的機遇。三星的資本支出在2017年開始激增，臺積電在2021年開始增加資本支出。ICInsights預計，三星和臺積電今年的資本支出合計將至少達到555億美元，創造前兩大資本支出占整個半導體行業資本支出比例的紀錄（圖2）。
圖2：全球半導體行業資本支出占比
由于目前尚無其它公司的資本支出能與其匹敵，因此三星和臺積電今年可能會在先進制程技術方面與競爭對手拉開更大的距離。
難以超越的三星臺積電
歐盟、美國和中國大陸政府能否通過投資趕上三星和臺積電？考慮到差距還很大，IC Insights認為，各國政府需要至少五年內每年最少花費300億美元，才可能獲得成功機會。
當然，除了資本支出帶來的技術領先，如今兩大公司的市占率也有絕對優勢。根據臺北研究機構TrendForce的數據，從地區看，2020年中國臺灣在全球晶圓代工市場中市占率高達63%，遠超占比18%的第二名韓國。
圖3：2020年全球晶圓代工市占率，數據來源：TrendForce
其中，僅臺積電一家就占有54%的份額，三星市占率為17%，中國最大的晶圓代工廠中芯國際市占率為5%，華虹宏力占比僅1%。
高市占率帶來了高營收，TrendForce的數據顯示，臺積電2021年第一季度的營收有望達到129.1億美元，高于2020年第一季度的103.1億，是市占率第二的三星營收的三倍多，比另外九大晶圓代工廠的營收總和還多。
圖4：全球十大晶圓代工廠營收
如果沒有其它芯片公司或政府采取迅速而果斷的行動，三星和臺積電就將成功占領世界領先的芯片工藝技術，這是未來所有先進電子系統的基石。
在這樣的局面下，任何一個追趕者都面臨著巨大的挑戰。對中國而言，即有決心長期投入大筆資金，也肯定會受到貿易問題的阻礙，因為貿易問題禁止一些最關鍵的過程設備出售到中國。
中國工程院院士、浙江大學微納電子學院院長吳漢明在今天的SEMICON CHINA的演講中也指出，我國集成電路產業注定艱難，面臨著政治壁壘和產業性壁壘。我國的芯片制造更是面臨圖形轉移、新材料&工藝和良率提升的三大挑戰。
吳漢明認為，”我國的芯片制造要用先進工藝外加特色工藝、先進封裝和系統結構。特色工藝支持系統先進性，先進封裝技術大有可為。”
參考資料：雷鋒網
https://www.icinsights.com/news/bulletins/Samsung-And-TSMC-Seeking-To-Spend-Their-Way-To-Worldwide-Domination-Of-Advanced-IC-Technology/ 雷鋒網
https://www.cnbc.com/2021/03/16/2-charts-show-how-much-the-world-depends-on-taiwan-for-semiconductors.html 雷鋒網
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