打造德國數位命脈:建立永續微電子策略勢在必行

teaser microelectronics strategy
  • 2023-11-29
  • 全球自2020年起吹起晶片荒,凸顯半導體供應鏈的脆弱;尤其地緣政治情勢越趨緊張,更增添半導體供應鏈的不確定性。各國若想降低對少數半導體供應商的依賴,確立所謂的「數位主權」(digital sovereignty),就必須訂定全面性的微電子策略,引領產業方向,並確保永續影響力得以發揮。
  • 本篇調查報告由PwC Strategy&德國所發布,分為三大章節:一、以德國產業所需的角度,概述全球半導體與微電子產業市況;二、給德國的微電子產業發展策略建議;三、德國半導體產業發展之未來展望。以終端晶片產品出發,對全球半導體產業的各國競爭態勢分析,值得臺灣參考。
主要發現
  • 無論AI、元宇宙等新興科技趨勢,抑或電廠、電信網絡等重要基礎建設,都非常倚重微電子產品的貢獻。若將產業韌性、競爭力、國安等面向納入考量,微電子對國家的「數位主權」(digital sovereignty)重要性無庸置疑:「數位主權」指的是國家獨立控制、研發、運用自有數位基礎建設、服務、科技及制定經濟政策的權力,使其確保自主性、數據隱私及安全,無須受他國實體或技術的制約。
  • 各國政府認可微電子對國家數位主權的重要性,陸續頒布重要法案,保護關鍵基礎建設不受他國勢力影響:比方美國、部分歐洲國家禁止中國大陸通訊商將5G通訊零組件輸入市場。
  • 另一方面,各國也陸續推動補助、獎勵方案,盼吸引投資及強化供應鏈韌性:包括規模超過520億美元的美國《晶片法案》(CHIPS)、中國大陸啟動規模約410億美元的「國家集成電路產業投資基金」第三期,以及歐盟《歐洲晶片法案》(European Chips Act)當中的「歐洲共同利益的重要項目」(IPCEI),對會員國發展晶片科技給予補助。

全球半導體產業關鍵國家最新投資、補助法案一覽表

全球半導體產業 關鍵國家最新投資、補助法案一覽表

全球微電子價值鏈現況分析

代表性廠商
設備 設計 材料 / 晶圓 前段製程 後段製程 組裝 演算法
  • 歐洲:
    艾司摩爾(ASML)、安謀(ARM)
  • 美國:
    應材(AMAT)、科林研發(LAM)、新思(Synopsys)、科磊(KLA)
  • 日本:
    東京威力科創(Tokyo Electron)
  • 美國:
    輝達(NVIDIA)、博通(Broadcom)、超微(AMD)、高通(Qualcomm)
  • 韓國:
    三星(Samsung)
  • 臺灣:
    環球晶圓(GlobalWafers)、台塑勝高(Formosa Sumco)
  • 日本:
    信越化學(Shin-Etsu Chemical)、勝高(Sumco)
  • 歐洲:
    Soitec、世創(Siltronics)
  • 臺灣:
    台積電(TSMC)、聯電(UMC)
  • 韓國:
    三星(Samsung)、海力士(SK Hynix)
  • 美國:
    英特爾(Intel)美光(Micron)
  • 臺灣:
    日月光(ASE)、矽品(SPIL)
  • 美國:
    艾克爾(Amkor)
  • 中國大陸:
    江蘇長電(JCET)
  • 臺灣:
    鴻海(Hon Hai Precision)、廣達(Quanta Computer)、和碩(Pegatron)
  • 美國:
    捷普(Jabil)
  • 美國:
    蘋果(Apple)、微軟(Microsoft)、亞馬遜(Amazon)、字母控股(Google)、輝達(NVIDIA)、特斯拉(Tesla)
  • 歐洲:
    博世(Bosch)

美國:主導晶片設計及演算法兩大市場

歐洲:由ASML在產業發揮主宰力

  • 晶片設計及演算法(Design and algorithms)為微電子價值鏈最主要的價值貢獻者。美國在這兩大市場都極具主宰力,全球市占均在80%左右。美國同時也是微電子價值鏈跨度最廣的國家,從半導體設備、晶片設計、材料/晶圓、前段及後段製程、組裝、演算法都有涉獵。
  • 晶片設計非常倚重電子設計自動化(EDA)工具:此市場由新思(Synopsys)、益華電腦(Cadence)、西門子旗下的明導國際(Siemens Mentor Graphics)主導。
  • 荷蘭商艾司摩爾(ASML)是全球唯一的極紫外光微影設備(EUV lithography equipment)供應商,其在先進製程扮演的關鍵角色,也讓歐洲之於全球半導體產業具有重要地位,使半導體設備成為歐洲唯一能與美國抗衡的領域。

亞洲:東亞四國(臺灣/南韓/日本/中國大陸)主導半導體前段製造
後段製程產能集中於東南亞

  • 矽晶圓半導體材料中非常重要的一塊。約75%的矽晶圓都由四個東亞國家製造:臺灣、南韓、日本、中國大陸,歐洲市占僅6%。關於全球半導體前段製造市場,臺灣、南韓、日本、中國大陸等四個國家同樣貢獻全球市占的75%。
  • 10奈米以下先進製程則由臺灣的台積電、南韓的三星、美國的英特爾所主導,其中英特爾與台積電都於今年陸續宣布,將前往德國興建晶圓廠。
  • 英特爾規劃於德國馬德堡(Magdeburg)興建晶圓廠。全球最大晶圓代工業者台積電,也宣布與博世、英飛淩、恩智浦半導體成立合資公司,在德國德勒斯登(Dresden)興建新的晶圓廠,這將是台積電在歐洲設立的第一個晶圓廠,預計以12/16奈米和22/28奈米為主要製程,用於車用、工業產品的製造。
  • 全球後段製程產能多集中於東南亞:先進的後段封裝科技,對增加儲存及運算效能的提升至關重要,且可望促成共同封裝光學元件(co-packaged optics)或AI輔助感測元件等新應用的發展。

記憶體晶片南韓占過半產能
受益於電動車、能源轉型,分離式元件成長強勁

  • 記憶體及微運算邏輯晶片(memory and micro-compute logic chips):
    記憶體晶片93%製造產能集中於東亞,並以南韓最具主宰力:三星(Samsung)及海力士(SK Hynix)兩大廠商,便生產了全球60%的記憶體晶片。
  • 分離式元件(discrete)市場受益於全球電動車及能源轉型需求提升,可望持續強勁成長,並由歐、美、日所主導。歐洲的英飛凌(Infineon)、意法半導體(STMicroelectronics)、安世半導體(Nexperia)及博世(Bosch)合計貢獻全球分離式元件產能的25%。
  • 全球65%的顯示器(display)均由中國大陸生產製造;此外,亦有80%太陽能電池(photovoltaic cell)來自中國大陸,也讓其對歐洲及全球的能源轉型進程,具有一定的控制力。
  • 特殊應用微電子產品(application-specific microelectronics)效能更為強大,體積更小、耗能更低,使其應用更加多元,也能於眾多產業扮演關鍵角色。隨著各大產業對運算及通訊的需求日益增加,AI加速器特殊應用晶片(specialized AI accelerators)的市占也持續上升。

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