劉佩真

2021-08-05

 

半導體晶片面臨全球短缺問題。(Photo by Johannes Plenio on Unsplash)

雖然美國現階段依舊為全球最大半導體供應國,但強項集中於晶片設計與IDM,反觀美國在晶圓代工方面僅有個位數的佔比,同時Intel的先進製程技術正落後於台積電,甚至需委外台積電來進行代工的局面,也因台積電實質成為全球最具影響力的半導體業者,加上中國近年來於半導體業的快速發展,讓美國備感威脅;因而美國拜登總統提出五年投入520億美元提振半導體業,且透過美國創新及競爭法等措施來深化美國製造,更與日、韓、台共組半導體聯盟來共同對抗紅色供應鏈,顯然美國欲成為形塑未來全球科技供應鏈的主動角色,此局面勢必也將牽動國際主要半導體供應國版圖的變化及競合態勢。

 

壹、全球半導體發展始源於1970年代掌握研發技術的美國,當時亦為美國的全盛時期,爾後世界焦點隨時序逐步移轉至歐、日、韓、台、中,而目前美國雖仍為全球第一大半導體供應國,但強項多集中於IDM、晶片設計


全球半導體產業的發展歷程主要起源於美國,特別是1947年美國貝爾實驗室科學家成功發明第一顆點接觸電晶體,1952年TI進入半導體業,更於1954年發展出第一科商用矽晶電晶體,此後半導體業才真正開始商業化的發展;爾後Intel也推出商用IK DRAM成為電腦記憶體標準產品,MOS製程則成為半導體技術主流。

事實上,美國早期擁有產業群聚和接近市場優勢,再加上歷年美國業者在IC設計業的表現優異,美國半導體大廠主導先進技術規格與標準制定,況且過去美國IDM廠將PC發展上的主導權發揮的淋漓盡致;爾後隨著半導體產業的致勝關鍵因素,從過去技術研發掌握與管理制度等能力提昇,進展到資本/規模經濟為主的核心優勢,也促使全球半導體市場發展的焦點隨時序逐步移轉至歐洲、日本、韓國、台灣、中國;況且隨著PC低價化的影響浮現,導致美國IDM廠急速削減在PC事業上的投入,進而集中資源轉向成長趨勢較為強勁的網際網路與資訊家電;再者2001年美國IDM廠在生產策略上已逐漸對12吋晶圓廠的設置有力不從心的感覺,進而轉向Fabless、Fab-lite的走向。

而目前美國仍為全球第一大半導體供應國,強項多集中於IDM、晶片設計,且由於美國是最早發展半導體的國家,扮演產品規格制訂的重要角色,並掌握關鍵技術及專利,也具有足夠大的市場胃納量,因此對全球半導體技術的發展趨勢、未來產品創新應用、標準制訂等仍具有動見觀瞻的重要性。但若以全球半導體製造與委外封測代工產能分布來看,美國本土實質所佔比重極為有限,根據表一的統計數據可知,若以晶圓廠所有權來看,美國所拿下的比重為21%,僅次於台灣的22%,但實際上按晶圓廠座落的地點來說,美國卻僅有12%,顯然美系業者多將產能移往海外市場,同樣地,委外封測代工領域也是如此,按所有權來看,美國有12%,但實際上按委外封測代工的座落點僅有2%,此皆反映美國欲將供應鏈拉回本土境內來重振半導體榮耀,希望能在半導體各環節中奪回市場主導權。
 
 
表一 全球半導體晶圓廠產能、委外封測代工廠比重之分布概況
單位: %
國家 製造產能地區分布 國家 委外封測代工產能地區分布
  按晶圓廠地點 按晶圓廠所有權   按委外封測代工地點 按委外封測代工所有權
美國 12 21 美國 2 12
中國 13 7 中國 29 21
台灣 22 22 台灣 33 42
日本 16 13 日本 8 5
南韓 22 26 南韓 14 10
歐洲 9 10 歐洲 4 3
其他 7 1 其他 12 7
總計 100 100 總計 100 100
注:製造和封測代工產能是使用2019年數據計算,其中製造產能統計是採用8吋晶圓產能為主,5Kwpm或/吋以下的產能排除不計算。
資料來源: BCG、台灣經濟研究院產經資料庫整理,2021年7月

 

貳、疫情、美中科技戰、地緣政治變化暴露全球半導體業部分環節高度區域集中性而導致市場存在單點失效、全部失效的潛在風險,然而各國追求完整半導體供應鏈恐出現高額前期投資、整體半導體價格上漲、技術進展緩慢的負面效應

 
有鑑於2020~2021年全球發生新冠病毒肺炎疫情,各國陸續出現社區感染、軟硬封城、鎖國等現象,對外運輸也出現困難,加上2020~2021年以來美中兩強爭霸戰不斷,從貿易戰延伸至科技戰,並以半導體為攻防的核心,以及美中對抗也使得全球地緣政治掀起漣漪,各國開始關注到半導體已升級為重要戰略物資,且為預防任何天災或政治干擾而使半導體供應鏈出現斷鏈的封顯,包括美國、歐盟、日本、韓國、中國均大舉提出振興半導體業的策略,期望能在自家建立完整環節的供應鏈,並搶佔戰略的制高點。

事實上,全球半導體供應鏈至少有超過50個產業活動是由單一區域供應全球65%以上的市場,顯然存在單點失效、全部失效的潛在風險,特別是價值鏈分布於全球,但個別環節在地理上卻呈現高度集中,例如IC設計端重要的晶片、EDA、核心IP多集中於美國,DRAM則是由韓國寡佔,另外台灣在全球先進製程邏輯IC佔比極高,而委外封測代工則重於台灣與中國,至於半導體設備與工具多由美、日、歐所掌控,半導體原料中的光阻、光罩以日本為主,特殊氣體全球則以歐盟為重。

整體來說,過去全球半導體供應鏈高效率的運作模式,主要是以行業專業分工、各國比較利益為出發點,但未來全球半導體市場將不再以最佳營運效率為主要訴求,反而是以國家安全、搶奪戰略制高點、各國擁有完整全產業鏈、強化上中下游各環節供應鏈競爭力等為最優先的指導原則。而假設美、中、台日韓、歐洲四大區域都建立起自給自足半導體供應鏈,則整體行業將付出相當大的代價,對於產業的潛在衝擊,在不考慮投資失敗成本與產能過剩的情況下,全球總前期投資(資本支出和研發)將高達9,000億美元~1.22兆美元,年增量營運成本高達450~1,250億美元,甚至整體半導體價格將會上漲35~65%,也將會出現全球半導體技術進展遞延的負面效果,此則呼應台積電創辦人張忠謀先生於APEC線上領袖峰會所表達對於當前全球半導體供應鏈發展的憂心,他認為只有基於自由貿易體系的供應鏈才是最佳的作法。

 

参、美國欲重振半導體榮耀,不但邀請全球領導型業者赴美國投資,也激起各國陸續仿效自建供應鏈,顯然將影響未來全球半導體投資區塊且市場競爭將更為激烈


面對世界的變局,特別是全球兩大強權的爭霸,預計未來美中科技戰乃至於兩大強國之間的博弈依舊反覆,美國與中國雙方破裂與競爭的敵對關係也難以修補,顯然美中貿易摩擦、政經局勢的複雜恐是常態化、長期化趨勢,而預料科技戰主軸仍不變,半導體依舊為當中的核心關鍵。

而近來美國欲重振半導體榮耀,不但祭出為半導體生產建立有效激勵措施法案、美國晶圓代工法案、美國五年投入520億美元提振半導體業、美國創新及競爭法等措施,更邀請全球領導型廠商赴美國進行投資,台積電則為首選,公司將在2024年於亞利桑納州量產5奈米製程的12吋廠,月產能為12萬片,Samsung也宣布將以170億美元加碼投資美國,顯然美國龐大的市場,以及未來在新興科技領域仍佔有一席之地的位置,仍讓全球第二名、第三名的半導體業者將美國視為海外布局的一大重心,當然本土廠商Intel也是不遑多讓,不但宣布IDM 2.0的計畫,更拋出欲收購Global Foundries來測試市場風向;事實上,在美國軟硬兼施期望全球主要半導體廠投資減少往中國傾斜,同時變相加碼美國,以及各國陸續祭出振興半導體計畫來自建完整供應鏈之下,將影響國際半導體投資區塊,且各環節市場競爭預計將更為激烈。

整體而言,無論美中兩強競爭最終結果如何,未來全世界形成所謂美規與中規兩大體系的可能性仍未減,從中國積極進行供應鏈去美國化的動作,以及美國為了促使全球供應鏈去中國化,美方政府正在推動設立多邊性質的信任夥伴聯盟,以降低美國生產業務對中國依賴等動作即可知,世界各國乃至於我國面臨選邊站的問題仍是遲早的問題,因而台灣如何有效槓桿兩大體系及市場則至為重要。面對美中關係的不確定性,乃至於美國積極祭出半導體產業發展策略,我國半導體業需透過全球布局來降低風險,且進行體系內的轉型升級,政府對於半導體產業政策更需有長期策略與方針、完善的資本市場體系、完整的人才培育系統,以求在美中貿易衝突情勢趨向長期化之際,台灣半導體業仍可穩中求進。

(本專欄文章作者意見不代表論壇立場)
關於作者
劉佩真目前任職為台灣經濟研究院產經資料庫研究員暨總監,也擔任台灣亞太產業分析專業協進會(APIAA)理事、產業顧問、認證委員會委員,同時也是台北市政府三創生活園區營運績效評估委員會委員。