一萬億美元投資，正在涌入半導體產業

麥肯錫預計到2030年，全球半導體產業的年收入將超過1.6萬億美元，預計計劃投資額約為1萬億美元。

半導體芯片是眾多技術的基礎，隨著各國政府競相爭奪技術領先地位、供應鏈韌性和國家安全，半導體制造已成為一個戰略競爭激烈的行業。預計到2030年，芯片領域的投資額將達到約1萬億美元。半導體在被稱為“晶圓廠”的高度專業化工廠中生產，在開始產生收入之前，數十億美元的資金就已經投入其中。雖然設備和材料占晶圓廠成本的大部分，但不同地區的成本差異相對較小。真正的成本差距在于勞動生產率、建設成本、能源成本，以及項目從規劃到晶圓廠建設、從鋼結構建設到大規模生產的轉化速度。這意味著，能否將資本與高效的勞動力和快速的執行力相結合，將決定下一代芯片制造的價值所在。

這份投資案例是麥肯錫全球研究院報告《催化競爭力：投資發生在哪里以及為什么》的十個基礎案例之一。該報告探討了類似項目的基本經濟差異如何影響全球不同地區的投資決策，以及這些決策對未來全球競爭力和增長的影響。

一萬億美元的額外投資正涌入世界上最復雜的制造系統之一。預計到2030 年，全球半導體產業的年收入將超過 1.6 萬億美元，預計計劃投資額約為 1 萬億美元。行業需求主要受人工智能數據中心蓬勃發展以及計算、無線、工業和汽車應用領域持續增長的推動。

半導體晶圓廠通常根據圖案的分辨率進行專業化生產，例如，在硅晶圓上壓印的工藝節點和密度范圍。這些圖案以納米為單位，即十億分之一米。半導體的復雜性在不斷發展。智能手機或用于訓練人工智能模型的所謂尖端半導體，其制造節點尺寸極小，僅為2納米甚至更小。這些芯片極其復雜，目前全球只有三家公司生產。而節點尺寸在22納米到65納米之間的先進半導體，則是許多電子、汽車和工業應用領域的主力軍，預計在中期內仍將占據相當大的產能份額。這些芯片技術要求較低，技術更加成熟，并擁有更豐富的全球設備、工藝技術和運營經驗支持，因此有更多制造商在生產此類芯片。最后，成熟的半導體采用90納米及以上的制程節點，用于計算密度要求不高、成本較低的簡單功能，例如控制家用電器和工業設備中電機驅動器的基礎芯片。它們通常在較老的晶圓廠生產。

現代領先的半導體晶圓廠通過數百道嚴格控制的工序生產300毫米晶圓——薄薄的圓形硅片。這些晶圓要經過反復的光刻、薄膜沉積、離子注入、加熱、蝕刻（去除材料）、清洗以及化學和機械拋光等工序，最終形成平整的表面。晶圓制造完成后，還要進行測試、切割成單個芯片、封裝和質量檢驗，然后才能發貨給電子產品制造商。這些最后工序，即后端工序，通常由專門的組裝和測試公司完成，這些公司被稱為外包半導體組裝和測試公司（OSAT）。

盡管政策推動產能更接近需求，但芯片生產仍然集中在亞洲。邏輯芯片的產能主要集中在亞洲。這一點在尖端芯片領域尤為明顯，臺積電和三星是僅有的兩家能夠大規模生產此類芯片的代工廠。在先進制程節點方面，中國臺灣和韓國是亞洲的主要生產商，而中國大陸已積累了相當可觀的產能，并且正在快速擴張。然而，成熟制程節點的產能增長最快的是中國大陸，目前其產能已超過中國臺灣和韓國生產此類大制程邏輯芯片的現有產能。日本和新加坡也擁有相當可觀的先進制程和成熟制程節點產能。

美國和歐洲的情況則有所不同。雖然它們擁有重要的研發能力和相當可觀的產能，但它們在尖端芯片方面嚴重依賴進口，并且仍然大量進口先進節點邏輯芯片。

在各大經濟體中，政策目標各有側重。中國的產業政策旨在通過提高先進成熟工藝節點的國內產量，尤其是面向國內市場的產量，來提升自主生產能力。而美國和歐洲則更注重降低進口依賴、增強供應鏈韌性，并支持現有產業和技術重點領域的關鍵產能。在2020年至2023年期間遭受芯片短缺困擾的汽車和工業領域，芯片制造廠的地理位置優勢尤為重要。盡管存在這些差異，但一個共同的政策模式很明確：各國政府正在將資金支持與立法和其他措施相結合，以加強當地的晶圓廠生態系統。

中國臺灣作為先進半導體的主要生產地，在成本比較中占據主導地位。我們的基本案例是一家年產能為40萬片晶圓的28納米邏輯芯片晶圓廠。之所以選擇中國臺灣作為基本案例的所在地，是因為它是迄今為止全球領先的先進半導體生產地。我們以中國大陸、美國和德國（歐洲芯片產能最大的半導體制造中心）規模相近、采用相同技術的工廠為基準進行對比。

在基準情況下，晶圓和耗材（包括光刻膠、特種氣體、靶材和漿料）等材料占平準化成本的25%，平準化成本衡量的是項目生命周期內的平均生產成本。運行生產線所需的設備（例如光刻、沉積、蝕刻、計量和相關工具）約占35%。公用設施和建設成本各占平準化成本的10%至15%，維護和人工成本則構成剩余部分。中國臺灣在運營層面也為全球比較奠定了基礎。中國臺灣的晶圓廠兼具高效的執行力、供應商的便利性和悠久的制造規范，這使得其在“純運營”層面具有極具競爭力的單位成本。許多領先的晶圓廠總部都設在中國臺灣，而外包半導體組裝測試（OSAT）和材料供應商的存在也為速度和韌性提供了保障（圖表1）。

歐美地區工資上漲和建設速度放緩推高了晶圓廠的成本。勞動力成本是運營層面上最重要的成本差異因素，尤其是在比較亞洲與歐洲和美國時。在基準情景下，勞動力成本占總成本的比例不到10%，但卻能解釋中國臺灣與德國之間超過35%的成本差異，以及中國臺灣與美國之間約50%的成本差異。中國臺灣與美國勞動力成本差異中，約四分之三是由于美國工資水平較高造成的。其中約20%的差距與中國臺灣更高的時薪有關，剩余的5%則與中國臺灣員工更長的工作時長有關。比較德國和中國臺灣，德國更高的工資水平可以解釋60%的成本差異，中國臺灣更高的時薪可以解釋30%的成本差異，而中國臺灣每位員工更長的工作時長可以解釋10%的成本差異。盡管中國大陸的工資水平略低，但中國臺灣工人的時薪比中國大陸高出約30%，這使得中國臺灣的勞動力成本更具競爭力。

晶圓廠的勞動生產率反映了維持穩定、高產能運行所需的勞動強度。這包括生產線所需的操作員數量、各班次生產流程的一致性，以及維護和工程團隊確保關鍵設備可用性的效率。擁有大量經驗豐富的操作員、技術人員和設備工程師的地區，能夠以較低的勞動強度維持更高的有效利用率，從而降低單位成本。先進的半導體產業集群也受益于晶圓廠、設備供應商和材料供應商之間的人才流動，這有助于傳播運營知識和最佳實踐。勞動力成本的差異可能也部分解釋了不同地區維護成本的差異。

建設成本是造成不同地區平準化成本差異的第二大因素，占亞洲與歐洲和美國之間成本差異的30%至40%。若不計設備成本，在歐洲和美國建造一座年產40萬片晶圓的工廠，其建設成本至少是中國臺灣的兩倍。若不計審批和設計時間，中國大陸和中國臺灣的晶圓廠通常在開工建設后12至16個月開始投產，而歐洲和美國的項目通常需要24個月才能投產。亞洲的建筑工人人均生產率更高，這主要是由于亞洲工時更長，而歐洲和美國的監管更為嚴格，這可能迫使項目采用成本更高、工期更長的設計方案。審批流程會增加幾個月的時間，但由于晶圓廠的建設過程高度模塊化，審批可以與施工同步進行，因此審批并非主要的成本驅動因素。

能源和公用事業是造成平準化成本差異的第三大因素，尤其對德國的影響更為顯著。德國的平均工業能源價格比中國臺灣高出30%，而公用事業成本約占兩國成本差異的10%。當然，能源價格會因項目而異，某些補貼或價格更優惠的長期購電協議可能會導致項目間成本差異。如果將德國的公用事業價格降至中國臺灣的水平，相當于將德國的勞動力成本降低約15%。在不計任何補貼價格協議的情況下，中國大陸和美國的電力價格分別比中國臺灣低20%和40%。同樣，如果美國不考慮其能源優勢，其與中國臺灣的平準化成本差距將擴大15%。

設備和原材料雖然占總成本的很大一部分，但各地區價格相近，對半導體生產成本的相對差異影響甚微。光刻、蝕刻、沉積和熱處理所需的專用設備，以及特種氣體、漿料、光刻膠和晶圓，均由少數幾家全球供應商提供。盡管物流和關稅會產生影響，但主要生產中心的基準價格和合同結構成本基本相當。

明確的激勵措施和稅收在全球成本差異中發揮著重要作用，抵消了歐美較高的建設成本。由于這些激勵措施因項目而異，因此難以精確量化。即使在同一國家內部，補貼金額也可能相差一個數量級。在歐洲，補貼通常由各國政府以一次性撥款的形式發放，并需經歐盟27國批準；而美國則通過聯邦芯片和科學法案撥款、投資稅收抵免以及其他稅收抵免等多種方式提供補貼。據報道，中國的激勵計劃旨在促進成熟和先進工藝節點的生產，提供數額可觀但并不透明的補貼，包括大額稅收返還、低利率、土地使用權補貼，以及為購買中國芯片的客戶提供高達50%的電價補貼。

此類激勵措施能顯著改善國內新增產能的經濟效益，超出本文分析范圍。例如，德國近期對歐洲半導體制造公司（ESMC）的支持，相當于該項目已公布投資額的一半左右，這筆支持有望顯著縮小產能缺口。在我們的模型中，對資本支出和啟動成本應用類似的支持，可以將晶圓的平準化成本從大約 4,000 美元降低到 3,000 美元，使其接近中國臺灣的基準情況。雖然許多補貼難以確定且針對特定項目，但最有效的措施是按晶圓發放透明補貼，這可以加快收入增長。

市場準入和買家偏好會影響芯片生產的回報。半導體產品易于交易，但售價會因買家偏好和政策管制而有所不同。值得注意的是，據報道，中國大陸先進半導體的價格比中國臺灣、歐洲和美國生產的同類芯片價格低25%至30%。這似乎是三重因素共同作用的結果。首先，中國政府的支持和補貼鼓勵多家中國企業擴大產能，加劇了國內市場的競爭。這種競爭促使供應商采取激進的價格策略以贏得國內市場份額，從而降低了利潤。最后，客戶的資質要求、出口管制和地緣政治風險可能會限制部分國際買家的需求，從而加大企業在國內銷售芯片的壓力。

成本固然重要，但韌性、地理位置和政策在投資中正發揮著越來越重要的作用。將平準化成本與投資預測進行比較表明，成本競爭力在投資決策中起著至關重要的作用。目前，中國大陸、韓國和中國臺灣地區在所有制程節點上的產能占全球總產能的60%以上，預計到2029年，這三個地區將吸引全球半導體資本支出的55%以上。

中國臺灣和韓國的領先廠商通常會在制程節點仍處于或接近技術前沿時增加產能。這些芯片代表了最先進的技術，并能從追求極致性能的客戶那里獲得最高價格。隨著技術前沿向更小的制程節點轉移，這些晶圓廠可以繼續生產相同尺寸的芯片，而這些尺寸的芯片已不再被視為前沿技術。通過在芯片處于前沿技術階段時進入市場，亞洲廠商可以享受早期溢價、多年的良率提升、更高的利用率以及更低的長期折舊，而如今以先進制程節點尺寸進入市場的晶圓廠則無法做到這一點（見圖表2）。

因此，目前正在建設先進制程節點產能的地區處于劣勢。歐洲或美國新建的28納米制程工廠，在亞洲領先生產商已經攫取了大部分早期利潤，并且運營著更老舊、利用率更高，甚至在某些情況下已經基本折舊的工廠之后，才進入市場。建設速度放緩會加劇這一問題，因為收入的產生會進一步推遲到制程節點成熟階段之后。

然而，成本競爭力并非決定投資方向的唯一因素。與價格或經濟無關的因素也日益影響著晶圓廠的資金流向。汽車和工業客戶通常重視本地供應和更短的供應鏈，這促使他們在歐洲和美國進行投資，即使這些地區的運營成本高于亞洲。對于時效性產品以及復雜供應鏈中的多源采購策略而言，最短距離也是至關重要的。

預計到2029年，全球投資增長率平均為6%，低于美洲地區預計的12%和中東及非洲地區預計的7%。基于供應鏈韌性和公共政策等因素（這些因素正日益影響著新產能的建設地點），預計美洲地區將在2029年超越中國，成為半導體資本支出最大的目的地。

總體而言，先進節點芯片的需求不斷增長，且生命周期較長，尤其是在那些擁有強大的生態系統、供應商專業化和合格勞動力的地區，這使得先進芯片制造廠的投資前景十分誘人。

支持創新領導力、速度、生態系統和需求的政府和政策行動可以改善投資前景。政策選擇將決定晶圓廠規劃轉化為實際動工的速度。在中國、歐盟27國、日本、韓國和美國，扶持計劃將資金補助、稅收抵免和勞動力發展相結合。實踐中，最有效的方案通常包含三個要素。首先是速度和可預測性，這得益于清晰的監管和審批流程，它們支持快速建設和快速產能提升，從而降低進度風險。其次是生態系統共同投資，強調靠近設備服務、特種氣體、化學品、OSAT（外包半導體加工中心）和備件供應商。這可以縮短產能提升時間并減少停機時間。第三是需求可見性。長期客戶承諾可以降低市場風險，并改善先進節點項目的商業前景。這種可見性是歐洲一些項目面臨的主要障礙。在速度、生態系統深度和需求可見性相匹配的情況下，即使單位成本高于亞洲效率最高的地區，項目也更有可能順利推進。

這些措施可以改善晶圓廠的經濟效益，但不會改變節點生命周期的整體邏輯。在當前技術前沿進行生產的廠商能夠獲得節點的大部分經濟利潤，而隨著節點的成熟，這些利潤會逐漸減少。后來者如果建設先進節點產能，就必須與那些已經獲得早期利潤、并受益于多年良率提升、更高利用率和更低折舊的現有廠商展開競爭。當韌性、客戶距離和戰略供應至關重要時，建設先進節點產能仍然具有吸引力。但那些希望在半導體制造領域占據更有利地位的地區，也可以考慮更接近技術前沿，因為那里創造了更多的行業經濟利潤。

*聲明：本文系原作者創作。文章內容系其個人觀點，我方轉載僅為分享與討論，不代表我方贊成或認同，如有異議，請聯系后臺。