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集微咨询:政坛大变局前夜的德国半导体制造 集微

集微咨询(JW insights)认为:

- 截止到2020年年底,德国本土晶圆厂月产能至少为37万片(wpm);

- 德国本土的晶圆产能占全球的1.7%,占欧盟总晶圆产能的29%;

- 德国本土的8英寸月产能为15.9万片,全球占比为3%;

- 德国半导体本土市场超过了欧盟总量的三分之一。

2021年对德国以及欧盟来说是个极其不平凡的一年。

2005年11月22日,默克尔正式宣誓就任联邦德国总理,不过由于她在两年前就宣布这是她最后一届任期,之后不再谋求任何政治职位,这也就意味着今年9月26日的德国大选之后,默克尔长达16年之久的“德国掌门人”的身份将划上一个句号,这不仅仅是一场简单的政府首脑或者内阁更迭,而对德国和欧盟都具有划时代的意义。

英国脱欧之后,德国作为欧盟经济和科技战略的领头羊、压舱石和稳压阀的作用愈发突出,具体到高科技产业甚至半导体产业,德国工业4.0计划、电子工业成长计划、“萨克森硅谷”养成计划,包括去年欧盟半导体自主振兴的“数字罗盘”计划都在默克尔执政期间规划和完成出台,在半导体产业愈发和地缘政治紧密相连的大背景下,尤其是喜欢高举意识形态大旗的“极左”政党——德国绿党有最终胜出组阁可能的背景下,我国和德国的半导体经贸合作和技术交流必然会受到潜在的不确定因素影响,集微咨询(JW insights)认为,有必要在德国执政团队轮替、更迭前夜,对该国的半导体制造做一个鸟瞰式的梳理。

本文选取德国晶圆厂作为切入点,盘点目前德国晶圆厂的数量以及全球或欧盟产能占比,力图勾勒其在全球产业链中大致的坐标系。

需承认,在区域化产业规模整合的趋势下,绝大多数的半导体分析机构和数据中心都把欧盟当作一个整体来研究,即便是对德国、法国、意大利这样的欧洲半导体领军型国家也较少有具体的模块型分析,所以对一些规模较小但在细分领域仍有一定影响力的半导体之制造公司的数据获取出现了一些困难,如在手机ToF领域为意法半导体供货VCSEL的Trumpf,总部在俄罗斯圣彼得堡的LED芯片供货商OptoGaN等。集微咨询(JW insights)评估,对上述少数几家企业的产能数据做模糊处理不会对整体的产能占比比对模型有太多实质性的影响。

按照业界通行的8英寸等效晶圆计算方法,我们可以对上述半导体企业的产能作一个加权折算(12英寸和6英寸晶圆分别按照12*12/8*8, 6*6/8*8折算),数据权且不考虑衬底材料,以及原始测试晶片和外延硅晶片对产能的影响。

按照IC Insights的分析,在2019年之前的几年里,全球的晶圆厂产能平均利用率很高,半导体器件的平均售价也节节攀升,尤其是在 DRAM 和 NAND 闪存领域。为应对供应短缺,2017-2018年期间全球范围内(主要是东亚和东南亚)启动了许多扩大晶圆厂产能的新项目,但是整个2019年,市场低迷和所有额外产能导致整体利用率从2018 年的94%降至86%,所以对于资料显示利用率100% 状态下的产能,但缺少具体某一季度或月份产能数据的企业,比如英飞凌,采取折衷的90% 的利用率计算。

本文统计的资料主要来自近几年各家相关半导体公司官方网站、公开报道,知名半导体咨询机构Gartner也提供了相应的数据辅助。截至去年年底,德国晶圆厂数量、规模产能状况总结制表如下:

对上图表进行统计,计算结果为369835片。因此,考虑尚未计入在内的几家企业的数据,基本确定德国本土晶圆厂产能至少为370000片(wpm)。

再来分析一下全球范围内的晶圆产能情况,然后再计算德国的全球占比,这样可以把德国从欧盟的整体框架中做进一步的剥离,也有益于对欧洲半导体生产能力做未来展望。

截至2020年底,IC Insights曾经统计,按8英寸等效月度装机容量计算,前五名晶圆产能领先者三星、台积电、美光、海力士、铠侠/西部数据,每个月的产能都至少为150万片,前五家公司的总产能占全球晶圆总产能的54%,比2019年的53%上升了一个百分点。

值得注意的是,作为全球最大的纯晶圆代工厂,台积电每月量产270万片晶圆,占全球总产能的13.1%,我们可以把前五名的产能和全球占比相除,然后再把这五个数字平均,就可以大致得出相对更为精确的数字,计算为全球每月8英寸等效晶圆的产量为20800000左右,即2080万片。

然后我们再对照IC Insights按照世界区域占比的数据,以同样的模型计算。

即用每个区域的总量除以占比,然后再相加除以样本数,这个数字为2077万片,我们和最上面的数据模型再取平均数,得出相对更客观的数字为2078.5万片,这就是全球每月晶圆产能的总量左右。

于是,我们可以进一步计算出,德国本土的晶圆产能占全球的1.7%,占欧盟总晶圆产能的29%。

德国联邦与外贸投资署曾在2017年发布官方数据,显示德国半导体在欧盟的价值链份额占比为28.2%(如上图),与集微咨询(JW insights)上述数据模拟计算结果高度吻合,基本可以得出结论,德国晶圆产能占比与价值链占比呈正相关关系,且在2015-2020年时间区间内变化不大。

具体到8英寸

上文我们按照业界通行法则对12英寸和6英寸(及以下)晶圆尺寸做了加权计算,下面我们关注一下8英寸这个细分领域。

根据国际半导体产业协会SEMI的统计,从2015年到2021年的8英寸产能一直处在缓慢爬升状态。受到2020年下半年以来的全球“缺芯”这样一个供求不平衡的刺激,预计到2022年8英寸这样一个看似无法代表最先进芯片工艺的领域将有明显的产能蹿升,直至月产能达到650万片,如下图:

从最上面的原始资料统计可得,德国本土的8英寸月产能为15.9万片,除以2020年全球8英寸总的平均月产能的515万片,此数字为3%,这个比例是德国本土总晶圆产能占全球总量的1.76倍。

德国的半导体产业和该国、欧盟的总的电子工业的发展路径息息相关,半导体的场景应用多为模拟大类中的汽车功率半导体、电源管理以及惯性传感器等8英寸晶圆的“强项”领域,所以相对来说,从晶圆尺寸的角度来看,8英寸在德国本土的占比显然更加突出,其中贡献度相对比较大的生产线包括久负盛名的Bosch的德国Reutlingen、英飞凌Dresden生产线,此外还有安世半导体在汉堡的分立器件厂、德州仪器在Freising历史悠久的化合物模拟半导体产线等等。

德国与欧盟

下面我们再从整体上看看德国本土半导体市场的销售和营业规模。由于各家半导体咨询机构对全球年度半导体销售额都有自己独特的统计口径,集微咨询(JW insights)为了保证数据的相对客观性,依然选择“相加求平均数”的原则。按照世界半导体贸易统计组织(WSTS)提供的数据,2020年全球半导体市场规模为4404亿美元(今年2月份数据),而IC Insights则几乎在同一时间给出的相关数据是4044亿美元,平均数为4224亿美元。

另外,德国知名数据分析机构Statista曾援引德国电气与电子工业协会(ZVEI)提供的材料,对全球半导体市场2015-2020年的区域销售额(美洲、亚太地区、中国大陆、日本、欧洲)做了数据陈列,经计算得出这五个区域占比中,欧洲的占比为8%(373亿美元除以4368亿美元),这个数字和WSTS(8.5%,375亿美元除以4403亿美元)和IC Insights(8.3%)公布的数字基本吻合,我们依然取平均数为8.26%,于是我们算出一个相对来说更均衡的数字,2020年欧洲半导体销售额为349亿美元,这样我们再对照ZVEI公布的2020年德国半导体本土销售总额的131.2亿美元,得出占比为37.5%。

换言之,德国半导体本土市场超过了欧盟总量的三分之一。

我们对比ZVEI公布的德国和欧盟自2015年来的两份市场数据,看看占比的变化:

2015年为34.9%(119.6亿vs 342.6亿);

2016年为34.2%(111.9亿vs 327.1亿);

2017年为33.5%(128.4亿vs 383.1亿);

2018年为29.8%(128.8亿vs 429.6亿);

2019年为32.7%(130.3亿vs 398.2亿);

2020年为37.5%(131.2亿vs 349.1亿);

须知,全球各大分析机构在统计世界各地区半导体销售额时,都指出2018-2020年的欧洲起伏波动较大,2019年大约出现负增长5%的局面,未能跟随亚太地区、北美等持续增长的趋势,不过业内共识的预测是2020年-2023年欧洲会有持续性的两位数增长,驶入快车道。与此相应的是,德国半导体产值在2020年的欧洲占比进入新高。在本土开展业务的三大半导体企业英飞凌、格芯和博世在未来一两年均有不小的动作。

不过英飞凌把新的晶圆厂放在了奥地利的维拉赫,所以超出了 “德国本土”的讨论范围。博世的10亿欧元在德累斯顿工厂的65nm车用芯片预计今年将实现量产;格芯的14亿美元的追加投资,预计也将会有5亿美元左右投到德累斯顿工厂进行扩产(主要是Fab1)。

未来展望

纵观欧盟范围内各国芯片产能扩产计划或者新建fab计划,德国相比法国、意大利、奥地利、爱尔兰,有着最高的活跃度,只不过在9月份政坛大变动之后,政府对半导体产业的支持力度,与欧盟整体的半导体振兴计划的契合度等等,都将打上一个问号。

9月7日,集微咨询(JW insights)从“大型科技公司的欧洲新政:如何提升欧洲数字法案”(New EU-rules for Big Tech: How to improve the Digital Services Act)线上会议上获悉,在德国政坛迎来重大换届时刻的前夜,影响德国半导体产能输出的因素主要有三个:

欧盟委员会专员Prabhat Agarwal(右)向集微咨询(JW insights)阐述了德国半导体产业未来可能会遇到的问题

一、电子工业政策变化会影响半导体原材料进口的合规性。具体到德国,主要是PCB产业,2018年以来,德国PCB产能一直稳居欧盟总产量的45%,但受到铜、锡等原材料的进出口管制宏观政策的影响;

二、汽车芯片从缺货到产能过剩的转换时间点仍不明朗。尽管丰田、大众这些一线汽车大厂包括英飞凌、意法半导体等汽车芯片制造商纷纷表示汽车缺芯的状况会一直至少持续到2022年下半年,但终端需求饱和的拐点出现往往会超出外界判断,势必会影响博世在德累斯顿的新晶圆厂的投产和产品入市进度;

三、酝酿已久的欧盟新数字法案在未来的正式颁布对各大智能手机、穿戴设备市场也会造成很多影响。苹果、三星、小米等消费类电子制造商在欧洲的芯片供应源势必会遭受不同程度的冲击,具体到德国,恩智浦(德国)、博世等苹果、三星、的长期供应商是否会做出战略性回应,目前业内仍在观望。(校对/萨米)

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