半導體為何如此燒錢？
半導體為何如此燒錢？
2021年半導體行業(yè)資本支出飆升36%之后，IC Insights預計2022年半導體行業(yè)資本支出將增長24%，達到1904億美元的歷史新高。而就在三年前，半導體行業(yè)的資本支出僅為1025億美元，三年的時間，半導體行業(yè)的支出近乎翻了一倍。
上圖中13家公司的總支出預計將是兩年前2020年的近2.5倍。支出的大幅度增長，主要是由于當前市場激增的需求導致的供不應求，未來隨著需求的逐步被滿足，未來半導體公司的支出根據(jù)銷售情況會進行調(diào)整。
但是半導體企業(yè)大手筆的資本支出，反映出半導體產(chǎn)業(yè)對市場的信心。但半導體產(chǎn)業(yè)動輒幾十億幾百億的支出，都花在哪了呢？
人才是第一競爭力
對于半導體這類高壁壘、高科技的產(chǎn)業(yè)，只要技術過硬，并不需要華麗介紹就能夠贏得市場。而支撐產(chǎn)品競爭力的關鍵因素與核心技術人員的研發(fā)能力息息相關。正因如此，作為科技密集型產(chǎn)業(yè)，人才是半導體產(chǎn)業(yè)最重要的資源之一。也因此各大半導體的核心技術人員的薪資待遇成為公司的重要支出。
有半導體行業(yè)的HR估算過極簡版的模擬芯片公司的人員成本。一個模擬芯片設計工程師加一個版圖工程師（layout）加一個應用工程師（AE）。假如設計工程師是老板本人，layout工程師一年50W，AE工程師50-70W，銷售全套配下來工資將達到250W。
但一個模擬/射頻芯片設計工程師的工作基本可以等同于：架構(gòu)師+電路設計工程師+驗證工程師+測試工程師+半個版圖工程師的集合體。所以想找到資深的模擬/射頻設計工程師難度很高，2021年，ADC,DAC, Serdes等方向，擁有十年經(jīng)驗的資深模擬設計工程師的工資基本不會低于100W，而在人才缺口尚未補足的情況下，模擬設計工程師按照目前行情走下去也會只多不少。
對于芯片團隊來說，至少要找三個架構(gòu)師，包括一個系統(tǒng)級的，兩個微架構(gòu)IP級的或者性能設計和PPA相關的架構(gòu)師。資深一點的架構(gòu)師的年薪基本已經(jīng)是150W起步，如果想招業(yè)界超級大牛架構(gòu)師，他們的薪資可能會達到200W。OPPO的馬里亞納 X芯片研發(fā)團隊超2000人；而vivo內(nèi)部的ISP芯片人才年薪達到180萬元。
而對于處于領先地位的半導體公司來說，為了保證技術的先進性，他們在人才上的支出更高。
ASML在半年內(nèi)大幅度漲薪15%～19%，中國臺灣分公司應屆碩士客戶支持工程師年薪達160萬新臺幣（約36萬人民幣）。芯片巨頭臺積電2022年預計雇傭 8000 多名員工，而碩士畢業(yè)的應屆工程師平均年薪達到新臺幣200萬新臺幣（約45萬人民幣）。
可想而知，組建一個芯片人才團隊的成本有多高，而這還僅僅是薪酬一方面的數(shù)據(jù)。同時為了避免高端人才被挖走，各大公司還會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41億元的激勵股票，其中有75.35%的股票都發(fā)放給了技術及業(yè)務骨干人員，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中表示，計劃在2022年支出50億美元，這其中包括購買廠地、建設廠房、購買設備等。
對于半導體制造公司來說，設備占據(jù)其支出的大部分。多家半導體公司的財報都表現(xiàn)出這一特點。
從制造必須配備的光刻機來看，全球光刻機巨頭ASML，其生產(chǎn)光刻機在全球的市占率達到80%。ASML財報顯示2021年EUV系統(tǒng)的收入為63億歐元，而全年成功出貨并認可了42個EUV系統(tǒng)，以此估計每個系統(tǒng)價格在1.5億歐元左右。由于光刻機在先進制程上起到?jīng)Q定性作用，各大制造公司還需要斥巨資預定光刻機。2022年1月，英特爾宣布以高達3.4億美元的價格向ASML預定了仍在設計階段的High-NA量產(chǎn)型EUV光刻機EXE:5200。再一次讓公眾見識到，半導體有多么“燒錢”。
更重要的是，由于半導體制造是極其精密的過程，因此半導體制造的環(huán)節(jié)對響應設備的要求都很高，這也就導致各種半導體設備的成本普遍都很高。用于封測的激光切割設備價格也很高，核心零部件激光頭的價格昂貴，單個激光頭的價值高達十萬美元以上，并且激光頭的壽命通常在兩年內(nèi)。據(jù)長電科技公告，2021年其中設備購置費高達15.6 億元，劃片機計劃購買130臺（包括劃片機和切割機），總價3611萬美元。
除了設備，半導體的廠房也是一大筆支出。
對于晶圓廠來說，一個晶圓廠的布局大概分為7個功能不同的區(qū)域：
1.爐管區(qū)。在爐管區(qū)，以高溫反應的方式，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)，達到改變特定區(qū)域晶圓導電或者不導電的特性。3. 化學氣相沉積區(qū)。該區(qū)域利用化學反應將反應氣體生成固態(tài)，并沉積在晶片表面，形成薄膜。4. 微影區(qū)。生長了薄膜的晶圓，進入圖案轉(zhuǎn)錄的微影區(qū)，表面涂抹光刻膠，成為光阻。將其放置于光下進行曝光。現(xiàn)在，硅晶圓表面一部分曝光，一部分沒有曝光。5. 蝕刻區(qū)。在這個區(qū)域內(nèi)，已經(jīng)曝光的地方將進一步蝕刻?，F(xiàn)在整個晶圓為單晶硅和硅化合物存留。6. 物理氣相沉積區(qū)。這個區(qū)域?qū)崿F(xiàn)導電功能，用金屬導線將元件連接起來。7. 化學機械研磨區(qū)。這個區(qū)域?qū)⑹褂没瘜W反應和機械工具，對表面進行進一步打磨，方便后續(xù)封裝。
這就導致晶圓廠需要極大的占地面積。英特爾預計在俄亥俄州建立的下一個主要制造基地將容納多達 8 個半導體生產(chǎn)設施，占地約400公頃。三星在平澤的工廠面積預計達到16個足球場。
除了廠房占地面積大，半導體制造對產(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，半導體產(chǎn)業(yè)開發(fā)需要使用潔凈室（無塵間）。無塵間是一個凈化過后的空間，用超級潔凈空氣將芯片與外界環(huán)境隔離，半導體無塵間的級別比手術室要嚴格10倍。晶圓廠的核心是潔凈室。所有制造步驟都在這里進行，因此可以控制環(huán)境以消除納米級的灰塵。潔凈室地板下是所謂的子晶圓廠，其中包含驅(qū)動激光器等輔助設備。
在土地資源有限的情況下，半導體工廠對土地的需求導致場地費用成為制造、封測類半導體公司的大筆支出之一。
半導體專用軟件也是高昂的成本
芯片制造所用的相關軟件也是高昂的成本之一。
為了讓芯片公司效率提高，相應的設計軟件系統(tǒng)應運而生。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軟件的報價相對不透明，即使通過折扣補貼并且只使用最核心功能，一家EDA軟件入門價也已經(jīng)達到了百萬人民幣，但通常在使用中需要配上兩三家的軟件一起工作，如果設計涉及到先進節(jié)點，那么半導體公司在EDA軟件上的支出將會達到千萬人民幣。
隨著芯片公司數(shù)量不斷增長，各大EDA供應商營收也積極向好。全球EDA設計軟件巨頭中Synopsys 2021年全年收入42億美元；Cadence 2021年全年收入達到28.13億美元。
除了EDA，半導體公司還會用到其他的軟件，例如針對晶圓生產(chǎn)的半導體生產(chǎn)系統(tǒng)（MES）。
與此同時，這些軟件的運行對于計算機來是巨大的工作量。因此想要保證這些軟件的使用，芯片公司需要配備百萬級的服務器來支撐這類專業(yè)的工具。
這錢花的到底值不值？
對于不同產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)上的半導體公司，花錢的側(cè)重點各有不同。制造環(huán)節(jié)的公司，將錢花在買設備、買地；設計類的公司則是請專業(yè)人士、買專利。
對于設計公司來說，有時候單次流片費用就高達一個億，這些高昂的數(shù)字也會讓人想問，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，晶圓廠需要為設計公司制作掩膜，制程越先進掩膜價格就越高，如果設計有問題，那意味著本次流片投入全軍覆沒。但如果沒有試生產(chǎn)就不會提前發(fā)現(xiàn)設計上的缺陷，之后造成的損失將更加巨大。
雖然半導體產(chǎn)業(yè)十分“燒錢”，但與此同時，產(chǎn)業(yè)鏈上下游之間又將成本分攤。如果半導體行業(yè)2022年的資本支出增長超過10%，這標志著自1993年至1995年半導體行業(yè)支出首次出現(xiàn)連續(xù)三年的兩位數(shù)增長率后，又一次實現(xiàn)連續(xù)三年的兩位數(shù)增長率?？梢哉f，正是這些高昂的成本，讓整個產(chǎn)業(yè)鏈都向著更高的標準前進，成為了半導體產(chǎn)業(yè)源源不斷的動力。
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