晶圆厂，巨变

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到2030年，全球半导体公司计划在新晶圆厂（fabs）建设上投资约1万亿美元，行业年收入也有望突破1万亿美元。这一数字尚未包括生成式AI（gen AI）在中等乐观情境下可能带来的额外增长潜力。除了满足日益增长的市场需求，这些投资也将增强各地区在半导体价值链上的供应弹性。

然而，尽管这场全球范围的大规模投资有望显著扩展半导体的产能版图，实现其预期效益的道路却并不平坦。除了已公布的建设项目本身执行难度大之外，至少还有五大结构性障碍，特别在北美和欧洲市场可能长期制约新增投资带来的实质进展：包括资本与运营成本结构、材料需求增长、关键原材料及封装环节的离岸集中、物流与处理瓶颈，以及人才短缺等问题。若行业希望实现投资的长期价值，就必须正视并逐一应对这些挑战。

底层半导体资本和运营成本动态

近年来，全球多国通过战略政策推动半导体制造和供应链的本土化。例如，美国推出《两党基础设施法案》、《芯片与科学法案》、《通胀削减法案》及各州激励措施，试图吸引企业在本土建厂。类似的激励措施也在欧洲、印度、日本、中国大陆、东南亚、韩国与中国台湾陆续推出，从而带动全球晶圆厂建设热潮。

不过，从实际成本结构来看，美国本土建设先进逻辑芯片厂等前端产能，不仅前期资本投入高，长期运营成本也普遍高于中国大陆、东南亚和中国台湾。欧洲虽然资本投入略低于美国，但由于能源成本高，其运营成本与美国相近。

根据估算，考虑补贴因素后，在美国建设一座标准的成熟逻辑芯片厂，仍比在中国台湾贵约10%，运营成本更是高出多达35%。中国大陆在运营成本方面的综合补贴优势可达20%，在资本开支上甚至拥有40%的优势。这一对比未完全考虑晶圆厂规模差异，而中国台湾因普遍建设大规模晶圆厂，在规模经济上更具优势，相较之下，美国、中国大陆与欧洲的晶圆厂则普遍规模较小。

虽然本地化投资将带来更强的供应韧性、缩短交付周期、创造就业岗位，但其背后的成本压力可能最终转嫁至芯片下游用户及消费者身上。尤其在美国，公共资金主要用于补贴建厂资本支出，但在运营阶段的持续性支持明显不足。

此外，这轮全球扩产热潮也可能加剧半导体供应链的周期波动。当不同地区的建厂激励叠加在市场需求尚未明朗的背景下（如AI驱动需求增长的速度、汽车芯片市场复苏节奏、个人电子产品的销售波动），将可能导致行业产能利用率下降。由于半导体产业及其供应链高度依赖产能利用率维持在75%以上以保障盈利能力，若未来利用率无法跟上扩张节奏，行业可能会经历进一步的繁荣与萧条周期。

前期资本成本结构

在美国建设一座新的晶圆厂，其成本显著高于在亚洲建设晶圆厂，主要原因在于建筑成本。而在欧洲建设晶圆厂的成本大致与中国台湾相当，但明显高于中国大陆。除此之外，由于全球化和高度整合的供应链结构，在采购设备、前期运输和物流等方面，不同地区的成本相对接近。然而，中国大陆在政府支持的设备租赁计划方面具有显著优势：政府购买设备并免费租赁给晶圆厂，从而提供了一种降低前期资本需求的补贴形式。

造成建筑成本差异的一个主要因素是劳动力成本的差异。建造晶圆厂对劳动力的依赖非常大，需要各种白领与蓝领职业的参与，劳动力在建厂前期成本中占很大比重。在美国，这些职业的劳动力成本通常是亚洲的四到五倍，这一差距贯穿整个资本支出周期，从初期场地准备到设备安装连接等各个环节。在欧洲，劳动力成本通常是亚洲的两到三倍。许多工业领域的劳动力短缺也加剧了劳动力成本的上升。

此外，美国和欧洲已经有数十年没有进行如此大规模的晶圆厂建设，导致合格工人数量较少、生产效率较低，从而提高了项目总成本。随着对具备晶圆厂建设经验的技术工人的需求增加，越来越多的项目不得不使用经验不足的工人，进一步恶化了生产效率问题，并延长了项目工期。美国和欧洲在这方面的问题比亚洲更为明显。在东亚，晶圆厂从开工建设到实现量产一般为28到32个月；而在美国，由于审批和施工延误，有些晶圆厂的周期被推迟至50个月以上才能达到同等成果。在欧洲，晶圆厂的建设周期通常为40到50个月。

长期运营成本动态

相比前期资本成本，美国和欧洲新晶圆厂的区域运营成本要高得多。运营成本差异的核心驱动因素是劳动力（包括直接劳动力和设备维护）和公用事业成本，尤其是在欧洲。如果不考虑补贴影响，各地区在直接和间接材料（如前期设备）方面的成本通常相对一致。

劳动力成本的上升也推高了晶圆厂的运营开支。在美国，直接劳动力占晶圆厂总成本的约30%，而设备维护占比为20%；在欧洲，直接劳动力占晶圆厂总成本的约20%，设备维护约占15%。美国的劳动力成本是亚洲的两到四倍，占总运营成本的比例比亚洲高出最多20个百分点。类似地，欧洲的劳动力成本是亚洲的两到三倍，占总运营成本的比例高出约10个百分点。设备维护成本深受劳动力价格影响，并且对加班的需求较高，其在美国和欧洲分别比东亚高出约50%和30%。

公用事业成本在不同地区之间差异显著。美国的能源基础价格较低，而欧洲的能源价格则高出两到三倍。两个地区都为大批量能源消费提供约10%的折扣，这与中国大陆市场给予晶圆厂的补贴（高达70%）和中国台湾市场的补贴（约为30%）相比，显得相当有限。

如果对低碳芯片的需求上升，地区间的公用事业成本差异可能会发生变化。在亚洲，低碳能源的成本通常高于美国，因为由于空间限制及对核能的历史性抵触，亚洲在更多情况下需要进口绿色能源。

对先进制程制造和封装材料需求的增加

领先的芯片——特别是小于10纳米（nm）的芯片——以及先进封装（AP）技术需要日益复杂的制造方法，这增加了对支撑这些工艺并最终形成成品的材料的需求。在美国和欧洲，投资主要集中在建立更先进的制造能力上，而用于半导体材料的投资仅占一小部分。因此，美国和欧洲可能会越来越依赖国际产能来满足对基础和特种材料的需求，而这些材料目前大多在亚洲生产。

具体而言，随着半导体技术向更小的制程节点推进，掩膜层的数量——用于定义和填充芯片中的导电通道的工艺步骤——也在不成比例地增加。例如，65纳米制程节点的晶圆可能需要约40层掩膜层才能完成，而领先的5纳米或3纳米制程节点则需要多达110层掩膜层。

除了制程节点的缩小，先进封装技术也在加剧材料的消耗。许多AP技术使用中介芯片或基底晶粒来连接多个芯片，在制造过程中需要载体晶圆，或包含越来越多的互连结构（如硅通孔）。这些附加的工艺步骤比成熟技术消耗更多的材料。

到2030年，美国新增产能中约有26%预计将用于7纳米及以下节点，而目前仅为15%；欧洲则为11%，相比之下当前仅为6%。随着掩膜层数量的增加和AP工艺中材料使用量的上升，美国的材料总消耗量可能会增加多达60%，欧洲则可能增加65%——而这些材料很多可能需要从国际市场获得。美国材料消耗量的这一60%增幅，大约比预计45%至47%的晶圆启动产能增长高出三分之一；而欧洲65%的消耗增长，也比预计50%至55%的晶圆启动产能增长高出约20%。

关键前驱原材料与封装的海外集中度

在半导体材料制造过程中，挑战不仅在于生产最终材料，还在于如何获取工艺起始阶段所需的关键原材料和组件。许多制造中使用的材料在全球范围内都有一定程度的供应，除了部分主要在日本制造的材料，但关键的原材料，如镓、锗、铜和钨，仅集中在世界上少数几个地区。这使得中间化学品生产商对这些地区依赖性增强，而部分地区还存在地缘政治敏感性。

虽然半导体行业对这些关键原材料的全球市场需求相对较小，但其产地高度集中在少数国家和地区，一旦这些国家实施出口限制，便可能对整个半导体行业造成冲击。位于集中产地之外的国家和企业将严重依赖进口材料。

例如，用于制造钨六氟化物（最终用于半导体中钨金属沉积）的钨、用于制造硅锗晶圆的锗，以及钴等材料，其供应非常有限，市场份额超过70%由单一国家控制，这可能进一步加剧供应链瓶颈。与晶圆制造地点不同，这些关键原材料的存在受限于地理：一个国家要么拥有这些资源，要么没有。这种特性使得供应链容易受到干扰，或需要使用更昂贵的替代方案。

除了用于半导体制造的材料外，全球在标准和先进封装、测试和组装（ATP）方面也存在不平衡。传统封装主要集中在低成本市场，包括中国大陆、东南亚和中国台湾，占全球供应的约75%。相比之下，欧洲、中东和美国各自仅占全球传统ATP供应的不到5%。

这种趋势在先进封装领域更加明显。西方市场在AP制造能力方面的占比极低。逻辑AP主要集中在中国台湾市场，占全球产能的70%以上；而高带宽内存（HBM）封装主要集中在韩国，占全球产能的约85%。这种集中在AP产能本地化方面更为突出——中国台湾几乎占据全球HBM封装的其余全部产能，而韩国还占据全球逻辑AP产能的13%以上。相比之下，美国仅占全球逻辑AP产能的1%，在全球HBM封装产能中占比为0%。

由于生产转移和材料需求增长而带来的物流与处理问题

除了前驱体材料的可用性与ATP产能配置外，更广泛的供应链还面临多种风险。物流、国家基础设施状况以及供应链中各方的财务稳定性，都会影响行业的持续健康发展。一项近期关于关键材料运输供应链韧性的评估指出，湿化学品、散装气体和三氟化氮特种气体是最适合在本地化或近岸化的供应链环节。

即使更广泛的供应链在财务上保持健康，并能够以满足预测需求的速度扩张，物流基础设施仍然对确保材料按时交付、支持持续运营至关重要（参见侧栏“Altman Z评分与半导体供应状态”）。

目前，由于美国和欧洲缺乏世界一流的海运港口，交付问题更加严重。这些市场合计仅拥有全球排名前20的港口中的5个——美国2个，欧洲3个。相比之下，前20大港口中有14个位于亚洲，反映了该地区在全球航运基础设施中的主导地位。北美排名最高的港口在全球仅列第53位，位于南卡罗来纳州的查尔斯顿；欧洲排名最高的是西班牙阿尔赫西拉斯，列第10位。此外，美国十大港口处理的总货运量约为欧洲十大港口的79%，仅为中国十大港口的27%，显示出巨大的运力差距。这些差距影响了成本控制措施，延长了美国和欧洲市场的运输时间，进一步加剧全球供应链效率问题。

如果不改善美国和拉美的海运基础设施，对材料和组件日益增长的需求可能会被严重延迟，甚至给整个行业带来更大问题。除了基础设施欠缺之外，港口还面临其他干扰，进一步延迟了供应链。半导体行业的供应链冗长，容易受到干扰，路径和运输方式变更十分困难。

此外，铁路和地面运输需求正在上升，但若基础设施无法跟上，问题将进一步扩大。成本上升迫使企业提高价格或寻找其他运输方式——通常比铁路更贵——而更换铁路服务商也因地域限制而十分困难。在散装公路运输中，大宗化学品运输充满挑战。例如，许多承运商避免运输广泛用于晶圆厂清洗的过氧化氢，因为它需要额外的驾驶员培训，可能对设备造成损坏，并需要额外的清洗。这些问题凸显出在可能的情况下需推进半导体运营的本地化。

人才短缺

半导体行业正面临普遍的人才短缺问题。2018年至2022年间，美国和欧洲技术职位的招聘发布年均增长率超过75%。这一短缺源于高流动率、即将退休的老龄化劳动力、因行业增长而导致的人才需求上升，以及培训项目不足或毕业生转投其他职业方向所导致的供给不足。人才短缺是一个全球性问题。印度、沙特阿拉伯和阿联酋等国家也在努力建设半导体生态系统并吸引投资，同样面临劳动力短缺。半导体公司需要新的战略来弥补这一缺口。

例如，人才集群——拥有大量半导体企业和技术人才的区域——通过专业人员之间的接近性促进知识共享与协作，从而推动创新。这些集群还因其集中的人才和完善的基础设施更容易吸引公共和私人投资，降低初创企业和新项目的风险。

半导体行业的未来之路

虽然企业目前面临高额资本支出压力，但在美国和欧洲建设的晶圆厂在运营成本上比亚洲高出多达35%，其长期影响仍不确定。在美国和欧洲建厂的企业必须调整其成本结构、利润接受度或产品组合，以使这些资产具备可行性，尤其是在缺乏系统性财政支持以弥补地区成本差异的情况下。美国和欧洲的持续投资将加剧解决这些问题的紧迫性。

制造商必须找到应对成本上升的方法，而这些成本大多是结构性的，若不显著调整成本构成将难以改变。如工程设计变革等创新措施可能有助于降低人工成本，但需要大量研发投入。对劳动力、技术和材料的日益增长的需求正在推高价格，使得降低成本变得更加困难，尤其是在制造商议价能力不同的情况下。制造商可以采用远期合同和成本应对措施，例如将材料成本与大宗商品价格挂钩，以管理价格波动的不可预测性。

美欧半导体利益相关方需要评估如何提升材料消费能力，以确保供应链产能扩展与晶圆制造扩张水平相匹配。企业还需管理日益增长的材料消费相关的供应链，同时认识到原材料产地可能高度集中于少数国家，这会带来潜在瓶颈。

在ATP方面，《芯片与科学法案》已为国家先进封装制造计划预留了30亿美元，为“国际技术安全与创新”预留了5亿美元，旨在提升ATP韧性。加之ATP企业在其他市场投资建厂的意愿上升，全球产能可能会像当前最前沿的晶圆厂那样实现一定程度的再平衡。

在新技术创新方面，扩大现有制造中心或新建生态系统对于构建新的人才体系至关重要。具备半导体专长的区域可提供更广泛的人才池。一些大型半导体公司正通过在现有中心培训员工并将知识带回新中心的方式发展专业能力。提升半导体行业职位的吸引力需要重新思考职业发展路径、提升员工技能，并发掘未充分利用的人才群体，包括女性和老年人。要留住专业人才，还需要优先考虑工作灵活性、技能分享资源和包容性等文化因素。

随着全球在经济发展和国家安全等方面对半导体产业投入加大，该行业正面临重大变革。行业参与者必须应对成本结构变化、供应链和物流挑战、材料消耗在地缘政治紧张局势下的上升、扩张计划下材料资源的相对稀缺，以及前所未有的人才缺口。企业如何应对这些挑战，将直接影响到整个行业在2030年前实现1万亿美元或更高收入目标的能力。

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