尺寸越小、價格越貴的晶片，在去年突然變得一片難求，成爲市場搶手貨，更被視爲國家戰略資源。
冠病疫情和極端氣候等突發事件，讓各行各業難逃這一輪晶片荒，引發供應鏈安全的隱憂，拉響了主要經濟體之間晶片制造競賽。
本期《悉看大勢》探討晶片供需危機如何重塑全球半導體業長期發展，誰又會是最終贏家。
悉看大勢
周嶽翔
出于維護本土供應鏈安全，中國和美國這兩大世界經濟體之間戰火，從2019年貿易戰悄然延燒至晶片制造。
波士頓咨詢公司（BCG）和美國半導體行業協會（SIA）去年9月發布聯合報告向美國政府發出提醒。全球半導體行業制造産能從2020年至2030年預計增加逾50％，若美國按兵不動，到了2030年美國占比從12％降至10％，中國占比則從15％升至24％，並稱霸全球。
盡管美國在晶片設計及研發方面領先全球，但制造方面卻處于弱勢，尤其全球晶圓（wafer）制造産能有四分之三集中在亞洲。
什麽是晶圓？它裏頭有許多按特定用途而設計的集成電路，經切割加工、封裝測試後，就成爲各類電子和電器産品的晶片。
今年新上任的美國拜登政府在5月提出520億美元（701億新元）新法案，立志未來五年大力推動美國晶片制造和研發。
相比之下，中國更早以前就已開始組建“國家隊”帶動當地半導體行業發展。2014年成立國家集成電路産業投資基金（簡稱大基金），是當地第一支規模超過1000億人民幣（208億新元）的國有投資基金，2019年再加碼推出注冊資本逾2000億人民幣的“大基金二期”。
不過，受訪市場人士卻不太看好由政府主導的投資熱潮，擔心這會導致全球半導體業的長期發展無法持續。
美國半導體巨頭英特爾（Intel）全球外部制造企業副總裁王海博士直言，中美要在晶片供應達成完全的自給自足是不太可能的。政府補貼不僅可能打亂區域合作框架，更會讓市場扭曲，使整體行業的研發及制造效率不升反跌。
他接受《聯合早報》訪問時指出半導體企業面臨殘酷現實。“技術一旦稍微落後，很容易失去客戶，從而失去規模。結果也就沒有資金投入新技術開發，形成負面循環。”
王海認爲，中國企業在政府扶持下好不容易發展出新一代技術，但卻因爲落後世界先進水平而始終不能自己造血，以至無法走出負面循環。“中國若不能與全球半導體行業融合，發展的道路會更長。”
另外，他認爲美國企業進一步擴大本土半導體制造能力也會面臨挑戰，因爲複雜的制造過程還牽涉到生態系統、文化和人才等因素，這需要很長的時間去培養和優化，不是短期靠政府補貼就可以實現的。“如果美國失去中國這一巨大的市場，這對美國的半導體行業是極其不利的。”
經曆40多年發展，半導體産業鏈已走向全球化，産業分工也越加細化，由上遊的原料供應者、中遊的設計與制造業者，以及下遊的應用業者構成。
從中遊産業鏈來看，半導體制造又可細分爲無廠（fabless）、晶圓代工（foundry）和集成設備制造（IDM）。
一般上，半導體制造商從集成設備制造起家，把晶片的設計、制造和封裝測試各環節集于一身。爲了優化開支成本，業者細分出無廠和晶圓代工，前者專注晶片的設計和銷售，後者則負責晶圓代工和封裝測試。
台積電是領頭羊
掌握全球最先進制造工藝
雖然中美作爲全球半導體兩大消費市場能強力支撐上中遊産業，不過卻極度仰賴境外半導體制造商，尤其是台灣和韓國。
星展集團研究經濟師馬鐵英在報告中指出，台灣擁有相對完整和強大的生態系統，是全球晶圓代工和封裝測試基地，分別占全球産能70％和50％，它在晶片設計市場也占20％。
此外，立足台灣的台積電（TSMC）更是晶圓廠領頭羊，掌握全球最先進的制造工藝，能制造10納米以下邏輯晶片。這類晶片適用于要求更高運算能力的科技産品，例如數據中心、人工智能服務器、電腦，以及智能手機。
中美兩國競爭
引發地緣政治風險
韓國則在存儲晶片（又稱記憶體）市場占據最大優勢，産能占全球40％。韓國三星（Samsung）不僅是記憶體佼佼者，也同樣掌握10納米以下邏輯晶片的制造技術，與台積電和英特爾形成三足鼎立局面。
馬鐵英強調，半導體行業屬資金和技術密集型行業，研發及生産需要龐大投資。例如，設計5納米邏輯晶片估計耗資約5億美元，建造和裝備這類晶片的生産線則可能要耗資5億至100億美元。基于強大現有供應鏈、成熟的技術能力和更能負擔的生産成本，她認爲台灣和韓國最具競爭力。
當然，勞動力和能源成本這兩項因素對半導體行業也非常重要，像封裝測試需要很高勞動力，晶片制造過程也會消耗許多水電。
在馬鐵英看來，中國顯然兼具勞動力和能源成本這兩面優勢，不過美國也不盡然處于下風。“盡管美國的晶圓廠建設和運營的勞動力成本是中國（大陸）的雙倍，但電費卻比中國（大陸）和台灣低40％和20％。”
然而，中美兩大強國競爭所引發的地緣政治風險，不僅影響中國技術能力的趕超，實際上也拖累美國半導體企業表現，沖擊半導體設備、設計和軟件的銷售，侵蝕當地業者營收並削弱它們的研發能力。
例如，美國政府去年禁止美光科技（Micron Technology）和愛思強（Aixtron）等半導體制造商出售産品給中國科技巨頭華爲和中興通訊。
據《華爾街日報》報道，美國也向荷蘭政府施壓，限制後者對外銷售極紫外光刻機（又稱EUV光刻機）。
EUV光刻機是荷蘭阿斯麥公司（ASML）的獨家産品。英特爾、三星和台積電都使用它制造各類型晶片，中國也希望當地晶片制造商能使用這款售價1億5000萬美元的機器，以減少對境外供應商的依賴。不過，美國從中作梗，阿斯麥公司至今沒有向中國出售過一台EUV光刻機。
需求持續增長 半導體業迎來超級上揚周期
由于消費、電腦、5G網絡，以及汽車領域應用端需求持續強勁增長，全球半導體業迎來超級上揚周期，業者紛紛擴增産能及增聘人手以應付激增的市場需求。不過市場人士也擔心，半導體業者未來可能面臨成本上升和産能過剩的風險。
國際數據公司（IDC）看好全球半導體市場規模今年將增長12.5％至5220億美元，持續增長的旺盛需求將拉長半導體的景氣上揚周期。
需求增長一旦放緩
將導致産能過剩
在各國政府強力扶持及極力拉攏下，台積電、三星和英特爾這三家頂尖晶圓廠商紛紛砸錢擴産。今年4月，台積電宣布投資1000億美元在未來三年提升産能。英特爾則准備斥資200億美元在美國興建晶圓代工廠，預計于2024年投産。
盡管如此，台積電創始人張忠謀曾公開警告，世界各國政府建立國內晶片供應鏈的努力可能會推高成本，但仍無法實現自給自足。
長久以來，各國專注發揮各自優勢及深耕不同細分市場，已形成高度專業化的全球半導體産業鏈。
星展集團研究經濟師馬鐵英指出，若許多國家嘗試建立涵蓋所有領域的半導體産業鏈，長遠來看，這將導致效率降低及成本上揚。
新廠正式投産需至少兩年
晶片荒料明後年才能緩解
另外，一旦冠病大流行結束和線上需求開始下降，全球晶片需求增長料放緩，然而在供應方面，半導體企業不易縮減産能，因爲關廠成本很高，這將引發産能過剩問題。
受到政治、技術和運輸等因素幹擾，英特爾全球外部制造企業副總裁王海認爲産能過剩可能發生在局部市場，就好比冠病疫苗目前在部分地區面臨嚴重緊缺，而一些發達國家卻已出現過剩的現象。
由于晶圓廠不是一朝一夕就能建立起來，擴增産能往往需要至少兩年才能正式投産，晶片荒預計到明後年才會緩解。然而，各行各業需要不同類型晶片，面臨程度不一的晶片供應緊缺，尤以汽車制造業最爲脆弱。
穆迪分析公司（Moody’s Analytics）副總監黃恒信解釋，一輛汽車需要動用上千晶片，但都屬于很成熟技術。相比之下，手機或消費電子産品只運用新一代晶片，這類晶片的盈利率較高，自然能吸引更多廠商投資擴産。
若以全球晶片制造營收來看，電腦、無線通信和消費領域市場占比最大，分別占34％、27％和13％，汽車領域則僅占9％。
全球五大晶圓廠 三家在本地設據點
盡管新加坡在全球半導體供應鏈並不占據顯著産出比重，但我國的地理優勢及卓越商業環境，仍成功吸引不少跨國企業在本地設立生産基地及擴大投資。
全球五大晶圓廠中有三家在新加坡設立據點，例如立足本地10年的美國半導體公司格芯（GlobalFoundries）是本地最大規模的晶圓廠，目前在兀蘭設有五個廠房。該公司6月份宣布斥資40億美元建設新工廠以提高産能逾三成。
此外，集成設備制造商及半導體制造設備供應商也進駐我國，包括美光科技和庫力索法半導體公司（Kulicke & Soffa）。
作爲全球頂尖電腦記憶與數據儲存設備制造商，美光科技目前在本地設有兩家晶圓廠和一個組裝測試設施，2019年投資數十億元在兀蘭擴建新淨室，用來制造更先進的3D NAND快閃記憶體。NAND主要運用在電腦固態硬盤、手機，以及數碼相機等産品。與傳統NAND相比，3D NAND存儲空間更大，讀取速度更快，可靠性也更高。
美光科技企業副總裁兼新加坡經理陳國興接受《聯合早報》訪問時指出，兀蘭研發及生産基地扮演重要角色，負責推動未來NAND技術轉型。集團目前在本地聘用逾8600名員工。
在美國挂牌上市的庫力索法在新加坡設全球總部，該公司主要提供封裝設備與耗材，公司大部分設備是在新加坡完成組裝。
庫力索法産品和解決方案執行副總裁張贊彬受訪時指出，晶片短缺問題使半導體制造前端和後端都在積極擴增産能，公司作爲後端封裝設備制造商，目前須要想盡辦法克服供應鏈挑戰，確保設備産品能及時出貨。