半導(dǎo)體為何如此燒錢？
半導(dǎo)體為何如此燒錢？
2021年半導(dǎo)體行業(yè)資本支出飆升36%之后，IC Insights預(yù)計(jì)2022年半導(dǎo)體行業(yè)資本支出將增長(zhǎng)24%，達(dá)到1904億美元的歷史新高。而就在三年前，半導(dǎo)體行業(yè)的資本支出僅為1025億美元，三年的時(shí)間，半導(dǎo)體行業(yè)的支出近乎翻了一倍。
上圖中13家公司的總支出預(yù)計(jì)將是兩年前2020年的近2.5倍。支出的大幅度增長(zhǎng)，主要是由于當(dāng)前市場(chǎng)激增的需求導(dǎo)致的供不應(yīng)求，未來隨著需求的逐步被滿足，未來半導(dǎo)體公司的支出根據(jù)銷售情況會(huì)進(jìn)行調(diào)整。
但是半導(dǎo)體企業(yè)大手筆的資本支出，反映出半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)對(duì)市場(chǎng)的信心。但半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)動(dòng)輒幾十億幾百億的支出，都花在哪了呢？
人才是第一競(jìng)爭(zhēng)力
對(duì)于半導(dǎo)體這類高壁壘、高科技的產(chǎn)業(yè)，只要技術(shù)過硬，并不需要華麗介紹就能夠贏得市場(chǎng)。而支撐產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵因素與核心技術(shù)人員的研發(fā)能力息息相關(guān)。正因如此，作為科技密集型產(chǎn)業(yè)，人才是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)最重要的資源之一。也因此各大半導(dǎo)體的核心技術(shù)人員的薪資待遇成為公司的重要支出。
有半導(dǎo)體行業(yè)的HR估算過極簡(jiǎn)版的模擬芯片公司的人員成本。一個(gè)模擬芯片設(shè)計(jì)工程師加一個(gè)版圖工程師（layout）加一個(gè)應(yīng)用工程師（AE）。假如設(shè)計(jì)工程師是老板本人，layout工程師一年50W，AE工程師50-70W，銷售全套配下來工資將達(dá)到250W。
但一個(gè)模擬/射頻芯片設(shè)計(jì)工程師的工作基本可以等同于：架構(gòu)師+電路設(shè)計(jì)工程師+驗(yàn)證工程師+測(cè)試工程師+半個(gè)版圖工程師的集合體。所以想找到資深的模擬/射頻設(shè)計(jì)工程師難度很高，2021年，ADC,DAC, Serdes等方向，擁有十年經(jīng)驗(yàn)的資深模擬設(shè)計(jì)工程師的工資基本不會(huì)低于100W，而在人才缺口尚未補(bǔ)足的情況下，模擬設(shè)計(jì)工程師按照目前行情走下去也會(huì)只多不少。
對(duì)于芯片團(tuán)隊(duì)來說，至少要找三個(gè)架構(gòu)師，包括一個(gè)系統(tǒng)級(jí)的，兩個(gè)微架構(gòu)IP級(jí)的或者性能設(shè)計(jì)和PPA相關(guān)的架構(gòu)師。資深一點(diǎn)的架構(gòu)師的年薪基本已經(jīng)是150W起步，如果想招業(yè)界超級(jí)大牛架構(gòu)師，他們的薪資可能會(huì)達(dá)到200W。OPPO的馬里亞納 X芯片研發(fā)團(tuán)隊(duì)超2000人；而vivo內(nèi)部的ISP芯片人才年薪達(dá)到180萬元。
而對(duì)于處于領(lǐng)先地位的半導(dǎo)體公司來說，為了保證技術(shù)的先進(jìn)性，他們?cè)谌瞬派系闹С龈摺?/p>
ASML在半年內(nèi)大幅度漲薪15%～19%，中國臺(tái)灣分公司應(yīng)屆碩士客戶支持工程師年薪達(dá)160萬新臺(tái)幣（約36萬人民幣）。芯片巨頭臺(tái)積電2022年預(yù)計(jì)雇傭 8000 多名員工，而碩士畢業(yè)的應(yīng)屆工程師平均年薪達(dá)到新臺(tái)幣200萬新臺(tái)幣（約45萬人民幣）。
可想而知，組建一個(gè)芯片人才團(tuán)隊(duì)的成本有多高，而這還僅僅是薪酬一方面的數(shù)據(jù)。同時(shí)為了避免高端人才被挖走，各大公司還會(huì)以股票福利的形式留住人才。蘋果公司以限制性股票形式向部分工程師和軟件部門的工作人員發(fā)放提供了一筆股票福利。金額從5萬至18萬美元（約合人民幣32萬元-114萬元）不等。中芯國際在2021年7月向4000名員工發(fā)放了41億元的激勵(lì)股票，其中有75.35%的股票都發(fā)放給了技術(shù)及業(yè)務(wù)骨干人員，金額近31億。
固定資產(chǎn)成本占比大
中芯國際在第四季度快報(bào)中表示，計(jì)劃在2022年支出50億美元，這其中包括購買廠地、建設(shè)廠房、購買設(shè)備等。
對(duì)于半導(dǎo)體制造公司來說，設(shè)備占據(jù)其支出的大部分。多家半導(dǎo)體公司的財(cái)報(bào)都表現(xiàn)出這一特點(diǎn)。
從制造必須配備的光刻機(jī)來看，全球光刻機(jī)巨頭ASML，其生產(chǎn)光刻機(jī)在全球的市占率達(dá)到80%。ASML財(cái)報(bào)顯示2021年EUV系統(tǒng)的收入為63億歐元，而全年成功出貨并認(rèn)可了42個(gè)EUV系統(tǒng)，以此估計(jì)每個(gè)系統(tǒng)價(jià)格在1.5億歐元左右。由于光刻機(jī)在先進(jìn)制程上起到?jīng)Q定性作用，各大制造公司還需要斥巨資預(yù)定光刻機(jī)。2022年1月，英特爾宣布以高達(dá)3.4億美元的價(jià)格向ASML預(yù)定了仍在設(shè)計(jì)階段的High-NA量產(chǎn)型EUV光刻機(jī)EXE:5200。再一次讓公眾見識(shí)到，半導(dǎo)體有多么“燒錢”。
更重要的是，由于半導(dǎo)體制造是極其精密的過程，因此半導(dǎo)體制造的環(huán)節(jié)對(duì)響應(yīng)設(shè)備的要求都很高，這也就導(dǎo)致各種半導(dǎo)體設(shè)備的成本普遍都很高。用于封測(cè)的激光切割設(shè)備價(jià)格也很高，核心零部件激光頭的價(jià)格昂貴，單個(gè)激光頭的價(jià)值高達(dá)十萬美元以上，并且激光頭的壽命通常在兩年內(nèi)。據(jù)長(zhǎng)電科技公告，2021年其中設(shè)備購置費(fèi)高達(dá)15.6 億元，劃片機(jī)計(jì)劃購買130臺(tái)（包括劃片機(jī)和切割機(jī)），總價(jià)3611萬美元。
除了設(shè)備，半導(dǎo)體的廠房也是一大筆支出。
對(duì)于晶圓廠來說，一個(gè)晶圓廠的布局大概分為7個(gè)功能不同的區(qū)域：
1.爐管區(qū)。在爐管區(qū)，以高溫反應(yīng)的方式，在硅晶體上形成一層硅化合物。這層化合物附著性好，為之后的打磨和刻蝕做準(zhǔn)備。2. 離子植入?yún)^(qū)。該區(qū)將離子植入晶圓特定區(qū)域內(nèi)，達(dá)到改變特定區(qū)域晶圓導(dǎo)電或者不導(dǎo)電的特性。3. 化學(xué)氣相沉積區(qū)。該區(qū)域利用化學(xué)反應(yīng)將反應(yīng)氣體生成固態(tài)，并沉積在晶片表面，形成薄膜。4. 微影區(qū)。生長(zhǎng)了薄膜的晶圓，進(jìn)入圖案轉(zhuǎn)錄的微影區(qū)，表面涂抹光刻膠，成為光阻。將其放置于光下進(jìn)行曝光?，F(xiàn)在，硅晶圓表面一部分曝光，一部分沒有曝光。5. 蝕刻區(qū)。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，已經(jīng)曝光的地方將進(jìn)一步蝕刻。現(xiàn)在整個(gè)晶圓為單晶硅和硅化合物存留。6. 物理氣相沉積區(qū)。這個(gè)區(qū)域?qū)?shí)現(xiàn)導(dǎo)電功能，用金屬導(dǎo)線將元件連接起來。7. 化學(xué)機(jī)械研磨區(qū)。這個(gè)區(qū)域?qū)⑹褂没瘜W(xué)反應(yīng)和機(jī)械工具，對(duì)表面進(jìn)行進(jìn)一步打磨，方便后續(xù)封裝。
這就導(dǎo)致晶圓廠需要極大的占地面積。英特爾預(yù)計(jì)在俄亥俄州建立的下一個(gè)主要制造基地將容納多達(dá) 8 個(gè)半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)施，占地約400公頃。三星在平澤的工廠面積預(yù)計(jì)達(dá)到16個(gè)足球場(chǎng)。
除了廠房占地面積大，半導(dǎo)體制造對(duì)產(chǎn)房的環(huán)境還有著極高的要求。
為了控制制造過程中最小程度的受到污染，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)開發(fā)需要使用潔凈室（無塵間）。無塵間是一個(gè)凈化過后的空間，用超級(jí)潔凈空氣將芯片與外界環(huán)境隔離，半導(dǎo)體無塵間的級(jí)別比手術(shù)室要嚴(yán)格10倍。晶圓廠的核心是潔凈室。所有制造步驟都在這里進(jìn)行，因此可以控制環(huán)境以消除納米級(jí)的灰塵。潔凈室地板下是所謂的子晶圓廠，其中包含驅(qū)動(dòng)激光器等輔助設(shè)備。
在土地資源有限的情況下，半導(dǎo)體工廠對(duì)土地的需求導(dǎo)致場(chǎng)地費(fèi)用成為制造、封測(cè)類半導(dǎo)體公司的大筆支出之一。
半導(dǎo)體專用軟件也是高昂的成本
芯片制造所用的相關(guān)軟件也是高昂的成本之一。
為了讓芯片公司效率提高，相應(yīng)的設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。而隨著這些軟件的功能越來越完善，用于軟件的成本也開始升高。EDA軟件的報(bào)價(jià)相對(duì)不透明，即使通過折扣補(bǔ)貼并且只使用最核心功能，一家EDA軟件入門價(jià)也已經(jīng)達(dá)到了百萬人民幣，但通常在使用中需要配上兩三家的軟件一起工作，如果設(shè)計(jì)涉及到先進(jìn)節(jié)點(diǎn)，那么半導(dǎo)體公司在EDA軟件上的支出將會(huì)達(dá)到千萬人民幣。
隨著芯片公司數(shù)量不斷增長(zhǎng)，各大EDA供應(yīng)商營收也積極向好。全球EDA設(shè)計(jì)軟件巨頭中Synopsys 2021年全年收入42億美元；Cadence 2021年全年收入達(dá)到28.13億美元。
除了EDA，半導(dǎo)體公司還會(huì)用到其他的軟件，例如針對(duì)晶圓生產(chǎn)的半導(dǎo)體生產(chǎn)系統(tǒng)（MES）。
與此同時(shí)，這些軟件的運(yùn)行對(duì)于計(jì)算機(jī)來是巨大的工作量。因此想要保證這些軟件的使用，芯片公司需要配備百萬級(jí)的服務(wù)器來支撐這類專業(yè)的工具。
這錢花的到底值不值？
對(duì)于不同產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)上的半導(dǎo)體公司，花錢的側(cè)重點(diǎn)各有不同。制造環(huán)節(jié)的公司，將錢花在買設(shè)備、買地；設(shè)計(jì)類的公司則是請(qǐng)專業(yè)人士、買專利。
對(duì)于設(shè)計(jì)公司來說，有時(shí)候單次流片費(fèi)用就高達(dá)一個(gè)億，這些高昂的數(shù)字也會(huì)讓人想問，這些錢花的到底值不值。仍以流片為例，想要試產(chǎn)一款芯片，晶圓廠需要為設(shè)計(jì)公司制作掩膜，制程越先進(jìn)掩膜價(jià)格就越高，如果設(shè)計(jì)有問題，那意味著本次流片投入全軍覆沒。但如果沒有試生產(chǎn)就不會(huì)提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)上的缺陷，之后造成的損失將更加巨大。
雖然半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)十分“燒錢”，但與此同時(shí)，產(chǎn)業(yè)鏈上下游之間又將成本分?jǐn)偂Ｈ绻雽?dǎo)體行業(yè)2022年的資本支出增長(zhǎng)超過10%，這標(biāo)志著自1993年至1995年半導(dǎo)體行業(yè)支出首次出現(xiàn)連續(xù)三年的兩位數(shù)增長(zhǎng)率后，又一次實(shí)現(xiàn)連續(xù)三年的兩位數(shù)增長(zhǎng)率?？梢哉f，正是這些高昂的成本，讓整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈都向著更高的標(biāo)準(zhǔn)前進(jìn)，成為了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)源源不斷的動(dòng)力。
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