半（bàn）導體投資的去向擴張狂潮的背後是（shì）什麽？為什麽是現在，以及未來的挑戰。

公司和國（guó）家（jiā）正在向半導體製造、材料（liào）和研究投入巨額資金——未來十年至少有5000億美元，甚至可能更多（duō）——以保證芯片和技術訣竅的穩定供應，以支持全球增長越（yuè）來越多以數據為中心的行業。

建立（lì）能夠保證產能和必要電子元件的重複（fù）供應鏈，是相（xiàng）對和平（píng）時期有史以來最集中、成本最高的技術建設。但這引發了人們對人才短缺、重複性低效率以及未來某個時候可能引發價格戰和庫存減記的潛（qián）在供過於求的（de）擔（dān）憂。從積極（jí）的方麵來看，至少在不久（jiǔ）的（de）將來，它正在創造技術史上最大的半導（dǎo）體及相關服務和設備繁榮之一。

在這波投資的背後，有（yǒu）幾個關鍵趨勢，以及未來的（de）一些潛在陷阱。

關鍵芯片（包括在成熟節點開發的芯片）的（de）持續短（duǎn）缺（quē）引發了各個行業和地區對芯片和關鍵（jiàn）材料（如稀（xī）土、鎳、氖和鋰）供應連續性的（de）擔憂。美國和中國繼續進（jìn）行口水戰和貿易限製，或者大多（duō）數晶圓（yuán）廠和封（fēng）裝廠位於亞洲（zhōu）。然（rán）而，盡管言辭激烈，兩國之間的貿易依然活躍。據美國（guó）人口普查局報告，2020年美國向中（zhōng）國出口了價1250億美元的商品，進口了4330億美元。2021 年出口增至 1510 億美元（yuán），進口增至 5050 億美元。2022年前10個月出口與2021年基本持平，進口實際增長16.4%。10 月份有（yǒu）所（suǒ）下降，但這幾乎沒有對整體數字產生影響。

至少部分（fèn）原因可以用與流行病相關的影響來解釋（shì），在這種情況下，封鎖（suǒ）促使消費者購買（mǎi）筆記本電腦、相機、調製解調器和大屏幕電視。結果是對所（suǒ）有類（lèi）型（xíng）芯片的需求激增，尤其是那些在成熟節點（diǎn）開發的芯（xīn）片。但這種需求影響了其（qí）他越來越依賴 200mm 和更舊晶（jīng）圓（yuán）廠的行業，包括（kuò）汽車、白色家電和工業零件，以及（jí）製造這些芯片所需（xū）的設備，所有這一切都因交付量（liàng）減少和（hé）主要航運放緩而加劇集線器。

這些短缺的突然性尤其令芯片行業震驚（jīng）。在大流行之前，半導體供應（yīng）鏈（liàn）被認為幾乎不受短缺或庫存過剩的影響（xiǎng）。在1999年至2000年的互聯網繁榮之後，由於供應不足導致芯片的雙倍和三倍訂購，隨後出（chū）現了嚴重的崩潰。芯片製造商隨後轉向及時生產模式。因此，盡（jìn）管 2008 年再次出現嚴重衰退，但庫存（cún）過剩遠低於2001年和2002年。

然而，從那時起，半導體對更多行業變得更加重要，供應故障被視為經（jīng）濟和（hé）政治威脅（xié）。它不再隻是智能手機和個人電腦。芯片用於從軍事/航空和人工智（zhì）能係統到超（chāo）大（dà）規模數據中心、醫療設備、交通工具（汽（qì）車、卡車、輪船、飛機、鐵路）的一（yī）切領域。而這些芯片的設計和（hé）製造，以及圍繞它們（men）的研究，可以提供數十萬個高薪工作。

這就是為什麽代工廠和（hé）設備（bèi）公（gōng）司正在（zài）製定計劃並籌劃巨額投資，以及為什麽政府（fǔ）在他們自己的後院大力投資半導體和（hé）相關技術（shù）。這些投資可（kě）能會在未來幾十年推動就業，從建築到（dào）工藝工（gōng）程再到材料科學。

例如，英飛淩（líng）提（tí）議在德國（guó）德累斯頓擴建51億（yì）美（měi）元的300毫米模（mó）擬、混合（hé）信號和功率半導體，預計（jì）將增加1,000個新工作（zuò）崗位，或（huò）者IBM未來十（shí）年在紐約投資（zī）200億美元（yuán）用於（yú）製（zhì）造業用於所有（yǒu）類型服務器（qì）的芯片，包括量子計算機。與此（cǐ）同時，英特爾計劃在未來十年內在不（bú）同地點投資超過1730億（yì）美元，用於從尖端晶體管到先（xiān）進封裝的各種領域。美光計劃向最先進（jìn）的內存工廠投（tóu）入350億美元（最初）（並在 20 年內投入近 1150 億美元）。這僅僅是（shì）開始。據報道，超過2000億美元的額外投資仍未得到供應商的證實，傳聞或正在考慮的更多。

擴（kuò）建是全球性的（de）。在多（duō）年（nián）投資不足之後（hòu），日本（běn）正在加大生產先進芯（xīn）片的力（lì）度。根據CSIS的數（shù）據，1988 年，日本公司占全球半導體銷售額的51% ，但與美國的貿易摩擦以及來自韓國和中國的競爭削弱了日本的領導地位。現在正在通過私人和公共資金進行新的努（nǔ）力，以重新獲得部分（fèn）市場份額。許多日本（běn）科技公司和日本政府正（zhèng）在聯手開發一（yī）個（gè）名為Rapidus的（de）先進芯片。日本政府出資約5億美元（yuán），其他參與者各投（tóu）資（zī）約700萬美元（yuán）。此外，日本計劃撥款24億美元與美國合作，在本世紀後半葉開發和量產電路線寬為2納米的先進半導體。

日（rì）本（běn）公司正在進行（háng）大量投資其中：

單獨來看，這些都是對未來的巨大賭注。總的來說，這些可能會轉移芯片製造地的重心，使設計和製造在區域（yù）基礎上更加緊密地結合在一起。但這種影響將以多（duō）快的速度（dù）顯現出來仍（réng）不確定（dìng）。麥肯錫（xī）高級合夥人Ondrej Burkacky 表示：“在世（shì）界其他（tā）地方重建任何半導體供應鏈要素都需要時間。”一個新的半導體工廠需要5年時間。技術的研發很容易需（xū）要10到15年。供應鏈是全球性的，沒有什麽是真正本地（dì）化的，因為它是為（wéi）服（fú）務全球市場而建立的。因此，沒有（yǒu）比半導體行業更具全球性的（de）起點了。然而，改變的承諾是非常真實的。美國CHIPS 法案的通（tōng）過，以及擬議中的（de）歐洲 Chips 法案僅僅是個開始。所有這些投資都對這個競爭日益激烈（liè）的行業的未來產生了廣泛的（de）影響。

除了更大的經濟變化，技術方麵也（yě）正在發生（shēng）翻天覆地的變化。縮放帶來的功耗、性能和（hé）成本優勢的降低，以及SoC分解為異構（gòu）封裝，正在整個芯（xīn）片行（háng）業造成巨（jù）大的變（biàn）動。對於過去的幾個工藝節點，縮放的最大驅動因素之一是光罩的（de）尺寸（cùn），它被限製在 858mm²。這反（fǎn）過來又限製（zhì）了單個平麵芯片上可以包含的功能數量。

這基本（běn）上是一個不動產問題，芯（xīn）片製造商開始通過使用各種類型的高級封（fēng）裝、橋接器（qì）以及（jí）連接各種裸片（piàn）和（hé）分區（qū）功能的（de）新方法來規避這個問題。但隨著數（shù）據的爆炸式增長和更快（kuài）地處理數據的需要，以及摩爾定律效益的衰退，解（jiě）決方案變得更加複雜（zá）、更加定製化，並且更難設計。

Synopsys 的EDA 集團總經理 Shankar Krishnamoorthy 說：“對改進的需求永（yǒng）無止境。” “人（rén）工智能需要大量的計算能力。因此，您可（kě）以擴大規（guī）模。但我們現在看到每個人都在做的是我們（men）所（suǒ）說的“上述所有”戰略。真正對（duì）能量敏感的（de）部分可以放在（zài）最新的節點上。但是你可以從很多不同的節點獲（huò）得小芯片。這種演變正在以極快的速度發生。每個客（kè）戶都將其放在他們的（de）路線圖上——即使是移動公司，它們傳統上都是單一的、二維類型的設計。他們現在正在尋求發展到 3D。”

在這個超融合（hé）的世界中，曾經的單個芯（xīn）片現在變成了多個芯片（piàn）或小芯片——英（yīng）特爾的 Ponte Vecchio 架構采用 9 種不同的工藝開發了多達 47 種不同（tóng）的芯片。這使得定製（zhì）設計的組件變得必不（bú）可少，並且它需要一（yī）個能夠以相對較小的數量開發和（hé）製造更多設備的供應鏈。

“分解將繼續存在，”Krishnamoorthy 說。“這（zhè）一切都與工作負載級別的交付性能有關，有許多不同（tóng）的方（fāng）法可以實（shí）現這一目標。”數（shù）字也（yě）證明了這一點。Amkor 正在越（yuè）南開發一個新的封裝工廠（chǎng），初始（shǐ）投資為 2 億至（zhì） 2.5 億美元，而 ASE 計劃投資 3 億美元（yuán）在馬來西亞的封裝（zhuāng）廠。

使所有這些投（tóu）資發揮作用需要受過高等（děng）教育的勞動力。在過去的十年中，行業（yè）高管一直在尋找更遠的（de）地方來吸引工程師（shī）加入半（bàn）導體行業。在那段（duàn）時間裏，大多數人選擇了軟件工作。

“有了一些人才，你在哪個行業（yè）並不重要，因為你（nǐ）仍然需要更多（duō）人才，”德勤谘詢公司負責人兼半導體行業負責人 Brandon Kulik 說。“所以有（yǒu）公司職能和財務，隨（suí）著一（yī）個行業的發展，它需要更多其他人擁有的東西，它必須與其他行業競爭共同的人才。但在半導體（tǐ）中（zhōng），工程和製造是非常具體的。我們在工程方麵發生的變化是，隨著我（wǒ）們（men）的客戶開始轉向更集成的解決方案（àn）、更多的軟件和更多基於平（píng）台的解決方案，工程組合開始發（fā）生變化。

除了標準的遺留設計類型，你（nǐ）還（hái）需要更多的軟件和係統工程師（shī），這意味著他們（men）需要與一些大型軟（ruǎn）件公司（sī）競爭（zhēng）。”Meta、Twitter、Microsoft 和（hé） Salesforce.com 等公司最近的裁（cái）員有助於填補這一缺口。多年來，工程專業的（de）畢業生湧向大型係統公（gōng）司從事軟件工程工作。但直到最近，他們在很大程度上忽略了（le）硬件方（fāng）麵，因為他們假設性能會在每個（gè）新工藝（yì）節點（diǎn）上繼續提高。情況不再如此。軟件工程師越來越需要了解他（tā）們編寫的代碼的功率和熱影響，包（bāo）括給定操作需要多少計算周期以及如（rú）何更好地利用硬件一直到（dào） RTL 級別。

從長遠來看，這個行業需要更多的人，今天在（zài）這個行業工作的很多人都需要補充培訓（xùn）。“未來的頭號瓶頸是（shì）人才，”麥肯錫的 Burkacky 說。”限製矽行（háng）業增長的不會是鋰或氖。這將是人。即使需求下降，人才短（duǎn）缺仍將持續（xù）存（cún）在，因為該行業的長期增長趨（qū）勢是（shì）向上和向右的。即使（shǐ）需求下降，對供應（yīng）鏈彈性（xìng）的需求也會推動一些產能。您將需（xū）要更大規模地設計和製造。世界仍（réng）處於連接事（shì）物的早期（qī）階段。因此，經濟周期（qī）將一如既（jì）往地受（shòu）到衝（chōng）擊，因為這是一個周期性（xìng）行業。但我（wǒ）們（men）對客戶的建議是保持長遠的眼光，在人才戰略方麵展望三到五（wǔ）年，甚至更遠。這（zhè）將繼續是一（yī）場鬥爭。”