回顾 2021 年半导体制造产业的大事，芯片荒跟扩产这两件事情如果是第二，则应该没有事情敢说第一。因为在芯片荒的方面，其严重性不但冲击了全球各个产业，从汽车到消费性电子产品，甚至到头来连生产芯片的半导体设备自己都受到了影响。这情况，最后甚至惊动了美国白宫出面，邀请全球包括台积电、三星、英特尔等主要芯片制造商开会，商讨解决方式。会后，美国-甚至要求各主要芯片制造商“自愿”提供供应链资料，以进一步了解当前的市场缺芯片状况，进而闹出不少争议。
另外，这几天国内半导体制造业中的大事，就是处理器龙头英特尔首席执行官 Pat Gelsinger 在疫情期间旋风式访台的消息。市场传出，这次 Pat Gelsinger 拜访台湾与马来西亚的亚洲行，在台湾的方面重点就是与台积电签订 3 奈米先进制程的采购协议，以确保英特尔接下来在 2~3 年期间推出新 CPU 与 GPU 之际，台积电先进制程的供应不会有所失误。事实上，英特尔在 2020 年就曾经因为 14 奈米制程产能供应吃紧的问题造成缺货严重，酿成市场上哀鸿遍野，也让竞争对手 AMD 有机可乘，在市占率之争上一路崛起，进而如今威胁到英特尔市场的情况。所以，Pat Gelsinger 在记取了这样的缺晶圆产能教训，所以不得不在之前一句“台湾不是稳定地区”后引发台湾业界议论的情况下，仍旧必须亲自飞来台湾为晶圆产能固桩。
芯片荒造成各产业严重冲击，也带动半导体全面扩产
就因为自 2020 年下半年以来的全球芯片荒情况，严重的冲击的各产业的供应状况。尤其是汽车产业，根据顾问公司 AlixPartners 日前的市场分析报告显示，芯片短缺的问题预计将使全球汽车产业在 2021 年减少 770 万辆的汽车出货，损失金额高达 2,100 亿美元。因此，为了不使这样的情况持续恶化下去，各半导体制造商扩产的动作，也自 2021 年年开年以来始终不曾断过。而就整体市场需求来看，根据市场研究调查机构《IC Insights》先前出具告指出，由于全球市场对芯片的强劲需求，带动 2021 年整体芯片销售金额达 5,020 亿美元，较 2020 年增加 24%，除了创下历史新高，也首度突破 5,000 亿美元大关。
《IC Insights》进一步强调，2021 年芯片市况相当罕见，从 WSTS (世界半导体贸易统计协会) 统计的 33 个主要芯片类别来看，其中有 32 个预计 2021 年销售金额都将成长，更有 29 个类别会出现 1 成以上的显著成长情况。因此，尽管年中芯片产能已经恢复正常水平。不过，因为疫情下远距教学与居家办公需求的大幅成长，带动智能手机、电脑、电视、汽车与其他终端产品需求续强，整体芯片仍处于供不应求的情况，使得缺货情况预期持续到 2022 年。
而芯片市场除了 2021 年显著成长外，接下来 2022/2023 年更受惠于包括 5G、AI、AR/VR 与深度学习等新兴应用兴起，将再度推动手机、资料中心、云端、汽车及工控市场需求，届时全球 IC 销售金额将首度突破 6,000 亿美元，而且使得 2020 年到 2025 年之间的复合成长率 (CAGR) 达到 10.7%。而就是因为要应付这些庞大的芯片市场需求，所以根据 SEMI 国际半导体产业协会的统计，2021 年晶圆厂设备总销售金额将落在 800 至 900 亿美元之间，年成长约达到 23%~38%，金额将创下新高，这显示半导体制造业者回应着市场对晶圆产能的殷切需求，厂商们也积极投入大量经费进行扩产。
8 / 12 吋晶圆厂大幅扩建，台湾数量名列前茅
而就在 2021 年各半导体制造厂商积极投入大量经费扩产的情况下，SEMI 预估，随着许多新的 8 吋和 12 吋晶圆厂将在 2020 年至 2024 年期将陆续进入量产的情况下，从全球半导体制造商的所有公告的资讯进行统计，截至 2021 年 9 月份为止，从现在到 2024 年，将会有 25 座 8 吋晶圆厂投入量产。而在这 25 座 8 吋晶圆厂当中，其中有 5 座位于美洲，1 座位于欧洲/中东，19 座位于亚洲（其包括中国 14 座、日本 3 座和台湾 2 座）。因此，从 2020 年到 2024 年，全球8吋厂的晶圆总产能预计将成长 18%。
而除了 8 吋晶圆厂之外，在目前主要供应全球芯片制造需求的 12 吋晶圆厂部分，SEMI 也表示，自 2020 年开始到 2024 年为止，统计将有 60 座 12 吋晶圆厂新建或扩建。在这 60 座 12 吋晶圆厂当中，为在美洲的有 6 座、欧洲/中东的有 10 座、亚洲则达到 44 座之多（包括中国的 15 座、日本 5 座、韩国 8 座、新加坡 1 座，以及台湾的 15 座等。) 这些 12 吋厂在陆续投入量产之后，预计 12 吋晶圆的总产能将在 2020 年到 2024 年间成长达 48%。而一旦全球包括 8 吋及 12 吋晶圆厂的产能都能在 2024 年之后透入量产，SEMI 预估全球半导体产业到 2030 年的产值将突破 1 兆美元。
《IC INSIGHTS》最新研究报告指出，估计 2021 年全球半导体资本支出将达创纪录的 1,520 亿美元，约三分之一来自晶圆代工企业资本支出金额，包括 3 / 5 / 7 奈米新晶圆厂与设备支出，显示对晶圆代工商业模式日渐依赖程度。整体来说，2021 年全球半导体资本支出将较 2020 年大幅成长 34%，达 1,520 亿美元，也是 2017 年创下成长 41% 以来最大幅度。而各晶圆代工企业的资本支出达 35% 是最大部分，这也使得晶圆代工自 2014 年以来，持续蝉联全球半导体产业资本资出最高王座。而主要原因则是在于 IC 设计产业对晶圆代工先进制程需求日渐增加，晶圆代工企业不得不加码先进制程资本支出。
台积电扩产牵动全球半导体产业发展
而就在谈及晶圆代工企业的近期扩产行动中，其龙头台积电的一举一动莫不牵动整体市场的变化，使得各界都积极关注。台积电自 2020 年宣布，将斥资 120 亿美元的资金，于美国亚利桑那州兴建 5 奈米制程的 12 吋晶圆厂，并在 2024 年完工，将有月产能 2 万片的规模之后，2021 年的 5 月，台积电就在法说会上表示，因应芯片供应吃紧，加上持续发展先进制程的需要，计划 3 年内投入 1,000 亿美元资本支出，用于晶圆产能扩产与技术发展。其中，2021 年台积电的资本支出由原本 250 亿至 280 亿美元提升到 300 亿美元。而在这 300 亿元的资本支出中，预计 80% 用于先进制程，10% 用于更先进制程，以及 10% 特殊制程。
2021 年 11 月，传闻已久的日本设厂计划也正式拍板定案。台积电宣布，携手日本 SONY 半导体，将在日本九州熊本市合资设立子公司 Japan Advanced Semiconductor Manufacturing（JASM），并自 2022 年开始兴建 12 吋晶圆厂，预计该晶圆厂在 2024 年底前完工，届时将采用 22 奈米及 28 奈米制程来提供专业积体电路制造服务，产能约达到 4.5 万片，初期预估资本支出约 70 亿美元。其中，除了 SONY 半导体计划投资约 5 亿美元，并取得 JASM 不超过 20% 的股权之外，该计划也将获日本-的承诺支持。
而就在宣布日本设厂计划的同一天，台积电也证实，为因应市场需求，已决议将于高雄设立生产 7 奈米及 28 奈米制程的晶圆厂，预计于 2022 年开始动工，并于 2024 年开始量产。而其高雄厂厂址，台积电也确认将设在中油高雄炼油厂旧址。至于，投资金额，董事会于 11 月 9 日核准的 90.3644 亿美元资本预算 (约新台币2,394.65亿元) 当中，就包含高雄厂设厂的费用。
除了新建晶圆厂扩产，台积电也针对既有的产能进行扩产的动作。其中，在中国南京厂的部分，目前已逐步扩产达到 16 奈米制程月产能 2.5 万片的规模。另外，台积电也规划将采用 28 奈米制程来进一步扩大在当地业务，以支援客户迫切的需求。预计自于 2022 年下半年开始量产，并在 2023 年年中将中国南京厂的月产能，由目前的 2.5 万片，提升至 4 万片的规模。而在南科，有市场消息表示，台积电也将在此扩产当前是厂供不应求 28 奈米制程。也就是计划在南科晶圆 14 厂扩建中的 P8 厂区进行 28 奈米制程扩产，预计 2022 年下半年将可装机，并展开量产事宜。
三星挑战龙头积极扩产布局
面对台积电的全球布局，积极扩产动作，目前在晶圆代工市场中排名第二的韩国三星也不甘示弱，准备大笔银弹准备投资，企图拉近与台积电的差距。事实上，三星在 2019 年就宣布将投资 133 兆韩圜的资金，用于发展非内存的系统半导体，期望能在 2030 年登上该产业类型的龙头宝座。2021 年 5 月，三星再加码 38 兆韩圜，使得总总投资金额达到 171 兆韩圜，并在 2021年 10 月 28 日宣布，预计在 2026 年前将晶圆代工产能提高到目前三倍，使得市场预期，届时三星的晶圆代工客户将可以一举突破 300 家。
而三星扩产的重头戏，就是在美国设置第二座晶圆厂一事。而这消息几经波折，终于在三星集团副会长李在镕于 11 月访美时间敲定将落脚德州泰勒市，斥资 170 亿美元的金额兴建以 5 奈米先进制程为主的 12 吋晶圆厂。预计将于 2022 年动工，2024 年完工投产，目标锁定苹果、高通、辉达、超微等美系芯片设计业者，与台积电在亚历桑纳州的 5 奈米 12 吋晶圆厂互别苗头。
而除了在海外新建晶圆厂之外，三星晶圆代工业务在韩国境内的发展也没有稍作停歇。为因应高效能运算与 5G 芯片的客户需求，三星旗下的平泽新扩建采用极紫外光曝光设备 (EUV) 的 5 奈米厂，在 2021 年 6 月已经开出新产能，而且该厂区并力拼 4 奈米与 3 奈米开始展开风险试产的动作。至于，已经率先生产 5 奈米制程的华城厂，因为先前有韩国媒体曾经报导，其 5 奈米制程良率低于 50% 的情况。因此，市场预估目前三星正在努力提升良率之中，藉以进一步提高产能。
联电专注成熟制程，携手客户扩张产能
至于，国内晶圆双雄之一的联电，虽然先前已经暂缓先进制程的研发，专注于成熟制程的领域。但随着疫情期间全球芯片荒的情况，不但让联电的营收大幅提升，也使得联电晶圆产能供应吃紧。在此情况之下，使得向来对扩产态度保守的联电，也不得不宣布加入扩产的行列。联电 12 月 15 日宣布，董事会通过资本支出新台币 762.73 亿元，预计将以采购设备为主，包括进行南科 Fab 12A 的 P5 及 P6 厂区的扩产。
联电对此表示，本次资本预算执行案，主要供产能建置需求，投资时间将依各资本支出预算案计划而定。联电 2021 年资本支出达 23 亿美元，2022 年预期将上看 30 亿美元，投资重心为扩建南科 Fab 12A 厂 P5 及 P6 厂区的 28 及 22 奈米产能。其中在 Fab 12A 厂 P6 厂区方面，先前联电宣布，已与多家客户合作已与先收取产能订金的方式进行扩产。而 P6 厂区产能扩建将于 2022 年开始动工，2023 年第 2 季量产，规划产能为每月 2.75 万片，总投资金额约新台币 1,000 亿元。联电也估计，未来 3 年在南科总投资金额将达到约新台币 1,500 亿元。
除了国内扩厂，联电在中国也同步启动扩产计划。在苏州和舰 8 吋晶圆厂部分，预计到 2022 年第 3 季月产能增加 1 万片，增加幅度达到 13%。至于，厦门联芯的 12 吋晶圆厂方面，产能则已达第一阶段满载 2.75 万片规模，目前将以提升一厂营运效率为主。
英特尔重返晶圆代工市场，格罗方德、中芯国际、力积电各有盘算
处理器龙头英特尔在 2021 年由新任首席执行官 Pat Gelsinger 宣布其 IDM 2.0 计划之后，随即正式重返晶圆代工市场。根据英特尔的计划，预计将斥资 200 亿美元在美国亚利桑那州新建 2 座晶圆厂。而目前已正式动工，预自计 2024 年开始量产 7 奈米或更先进芯片，并设立代工服务部门，为其他半导体厂代工制造芯片。除此之外，Pat Gelsinger 先前在接受德国《法兰克福广讯报》（Frankfurter Allgemeine）访问时也表示，英特尔计划在欧洲投资新的晶圆产能，第一阶段将先建 2 座晶圆厂，之后持续增建，最后一共将盖 8 座，总投资金额 800 亿欧元（约新台币 2.6 兆元），年底决定设厂地点，2022 年开始动工。
晶圆代工市场市占率仅次台积电、三星、联电，排名第四的格罗方德，日前也宣布因应当前晶圆产能供不应求的情况，预计将投入超过 60 亿美元的金额为全球客户增加产能，有 40 亿美元将投放新加坡厂，扩产 12 吋晶圆厂制程，每年预计将增加 45 万片的产能。另外，20 亿元将分别投入于美国和德国厂。其中，在美国预计基于现有晶圆厂扩产，以年增 15 万片晶圆为主，后续有计划在此地新增一座晶圆厂。
中国本土最大半导体制造业者中芯国际，虽然当前遭到美国-的制裁，但为了因应中国境内客户的需求成长，日前也提出相关的扩产计划。中芯国际的主要扩产在于上海临港自贸区规划兴建 12 吋 28 奈米制程晶圆厂，计划投资金额为 88.7 亿美元，最高月产能将达到 10 万片。此外，也将于深圳市坪山区同样兴建 12 吋 28 奈米制程晶圆厂，锁定驱动芯片及电源管理芯片等产品，规划月产能为 4 万片。其他部分也继续扩产 12 吋晶圆 1 万片和 8 吋晶圆 4.8 万片的月产能，该部分产能也将于 2022 年开出。总计包括深圳、上海两地的所有扩产计划，将斥资 112.2 亿美元的资金。
国内重新回归资本市场的力积电，从力晶转型为晶圆代工企业后，整合力晶 12 吋晶圆厂与钜晶 8 吋晶圆厂，总计 2 座 8 吋晶圆厂，月产能共约 11 万片，3 座 12 吋晶圆厂，月产约 11 万片。董事长黄崇仁指出，汽车电子将取代一般 PC、智能手机，成为半导体芯片重大需求下，力积电都与客户签好长约，2022 年产能全满，必须投资兴建铜锣新厂，总投资达新台币 2,780 亿元，总产能预计达每月 10 万片，自 2023 年起分期投产。
(首图来源：台积电)
