●由汽车、云端、人工智慧带动的强劲需求
造成晶片短缺的需求面原因主要有二：汽车产业（mobility）革命使晶片需求激增、以云端云基础的人工智慧时代来临。二〇二〇年九月特斯拉（Tesla）执行长伊隆‧马斯克（Elon Musk）在「电池日」（Battery Day）活动中预告，二〇二三年特斯拉将推出价格仅二万五千美元的电动车。
未来用二万五千美元就能买到具自动驾驶功能新车，电动车的市占率可望大幅提升，而自动驾驶功能持续精进，也会变成所有汽车业者必须积极追赶、发展的重要课题。尤其自动驾驶功能非常受到市场欢迎，消费者也非常喜爱，短期内车用晶片的需求增加幅度将大于再生电池（rechargeable battery）。
美国通用汽车（General Motors）宣布二〇二五年以前将对电动车与自驾车投资二百七十亿美元，并且介绍自主研发的「Super CruiseTM超级智能驾驶系统」、垂直起降的单人座无人机（drone）、个人自驾概念车「Halo Portfolio」、用于建立电动车物流平台的电动物流推车「EP1」、电动载货厢型车「EV600」等，多种创新车款与未来式交通工具。
德国福斯汽车（Volkswagen）将二〇三〇年美国与欧洲的电动车市占率目标分别订为五〇％、七〇％，宣布二〇二五年以前推出接近于Level 4完全自动驾驶水准的车款。此外，福斯汽车将利用微软的云端技术，缩短自驾车技术的研发时间，开发以云端为基础的顾客服务。
汽车业者若无法像特斯拉一样收集资料，势必得採用各种高效能感测器，搭配电脑运算技术，处理感测器收集到的资料，才能提升自动驾驶功能。预估先进驾驶辅助系统（ADAS，Advanced Driver Assistance Systems）的技术水准将会提升，生产电动车与环保车辆的晶片与晶圆代工需求也将增加，这个现象会持续到二〇二五年。
●力道强劲的设备投资时程拉长
在半导体产业最具独占力的业者莫过于荷兰的艾司摩尔，专门生产曝光设备。晶圆业者就算欲採取攻击性投资，也必须配合艾司摩尔的曝光设备产能与生产时程，才能拟定投资计画。艾司摩尔在半导体产业的市场独占力将最稳定与长期持续。
目前市场上CPU（中央处理器）、GPU（绘图处理器）、AP（应用处理器）等高规格产品，都是利用艾司摩尔的光刻机台生产。该设备不但不容易製造，要用在半导体製程也不简单，所以虽然七奈米以下的晶片需求快速增加，能以这种机台生产的业者只有台积电与三星电子。预估高阶产品的晶圆代工产能缺口，还需要一段相当长的时间才能填补。
成熟製程晶圆代工主要用来生产控制器（controller）与中阶晶片，供不应求的问题短期内同样难以解决。联电与美国格罗方德（Global Foundries）等业者先前没有多馀能力可进行投资，不过现在美国为了发展半导体产业大动作实施奖励政策，格罗方德应可摆脱营运困难，甚至运用美国政府的支援，在纳斯达克（Nasdaq）证券交易所以不错的条件进行首次公开募股（IPO）（编按：二〇二一年十月二十八日，格罗方德正式上市）。
製造各种电子感测器与中低价位晶片的八吋晶圆代工业者，先前的投资方式是购买中古设备，不过二〇二〇年中古设备需求激增，二〇二一年起连中古设备都变得不易取得。这让原本顾虑设备折旧问题，尽量避免採购全新设备的八吋晶圆代工业者，后续作法可能改变。八吋晶圆是中国的强项，美国尚未对此进行制裁，后续美国会向中国业者採购八吋晶圆製造出的低价位零组件，或者制定中长期需求对策，由美国境内的十二吋晶圆代工生产取得，这部分值得关注。
●二〇二六年底前新的先进製程晶圆代工厂将往美国聚集
若以美国立场、从冷战时代的角度来看，绝对不能让中国拥有世界级的晶片设计与晶圆代工企业，中国只能单纯生产廉价的零组件。因此美国祭出前所未有的大规模支持政策，吸引台积电与三星电子到美国设厂从事先进製程生产，对英特尔也将提供协助，找回以往的晶片製造竞争力。
台积电与三星电子虽然也会各自在台湾、韩国同时投资建设新的厂房，不过两家业者的主要客户聚集在北美地区，加上美国继半导体之后，接下来也会启动中期策略发展先进製造业，因此台积电与三星电子还是必须对美国增加投资。此外，美国的奖励政策可能还会加码，后续仍有可能阻挡极紫外光（EUV）微影系统曝光设备进入中国（编按：二〇二一年荷兰艾司摩尔在美国政府施压下，拒发外销大陆的出口许可证）。
若美国确定不让中国有机会接触EUV光刻机，届时已在中国设厂的韩国业者就得一一提出申请，才能引进EUV光刻机进行生产。
未来二至三年后，EUV製程可望扩大应用在生产DRAM记忆体晶片，因此SK海力士（SK Hynix）必须提前研拟对策，才能确保在中国的记忆体晶片生产无虞。
●最先准备好5G＋MEC的中国没落
全世界最早也最积极准备5G与MEC的国家是中国，华为则是中国通讯设备领域的龙头业者，拥有市场主导权，产品具有高性价比。华为曾意图结合子公司海思半导体设计的晶片，推出5G＋MEC解决方案，在智慧城市与智慧製造的解决方案也最先着手发展。
假如中国在5G与MEC领域取得领先，接着在与人工智慧有关的服务及导入RPA（机器人流程自动化）的智慧製造领域也可能领先，制定产业标准（industrial standards）时也可站在有利位置。中国的MEC导入可能比包含美国在内的竞争国家早大约两年。
先前美国的晶片製造竞争力下降，在5G的竞争中也大幅落后中国，若情况不能改善，二〇二七年不只GDP（国内生产毛额）会被中国超越，在未来具有成长潜力的领域，主导权也将拱手让给中国。因此美国大动作针对二〇一八年以来中国的半导体崛起、5G、MEC、人工智慧导入及发展政策加以分析，最后成功阻止中国继续向前迈进。
不过光是绑住中国还不够，现在美国已经进入第二阶段，同时推动取得半导体产业的主导权与扶植高科技产业。
●Winner’s Club（赢家俱乐部）
新冠肺炎（COVID-19）疫情对产业结构带来根本性的改变，加上美国与中国欲将全球价值链（GVCs，Global Value Chains）在地化（internalization）所引起的去全球化，中期恐怕难以有太大改变。这种趋势若延续下去，中国的半导体业者很难再以全球竞争者的姿态壮大。反观美国，为了将全球半导体供应链吸引到境内，预估会倾注全力施展支持政策。
●在美国境内拥有生产设施的企业
若考虑目前晶片短缺对产业可能造成的影响，美国极可能建立生产涵盖所有价位晶片的半导体供应链。目前在美国境内拥有八吋与十二吋晶圆厂的美国业者有英特尔、格罗方德、恩智浦半导体（NXP Semiconductors）、德州仪器（Texas Instruments）、高塔半导体（Tower Semiconductor）、安森美半导体（ON Semiconductor）等（编按：英特尔二〇二二年二月十五日宣布以五十四亿美元收购高塔半导体）。
●强化英特尔的製造能量与美国晶片製造崛起的交会点
美国晶片製造崛起的核心是确保製造能量，若要提高美国的晶片製造能量，必须①吸引台积电与三星电子这种国外企业到美国兴建採用先进製程的工厂，或者②由美国企业自主研发先进製程，在美国境内设厂。
美国将对台积电与三星电子提供奖励措施，鼓励两家业者在美国设厂，并且导入先进製程，但从国家安全的角度来看，设法提高英特尔的製造能量还是比较迫切。英特尔目前是美国晶片製造的领先业者，英虽然英特尔不见得能迅速开发出採用EUV製程的晶片製造技术，但就美国政府的立场，还是无法放弃英特尔。万一英特尔不能如美国政府的期待，恢復製造上的竞争力，英特尔将会利用台积电位在美国的工厂代工生产。
●台积电与三星电子
台积电与三星电子在美国设厂，应该採用五奈米以下的先进製程。通常大规模设厂会对业者造成极大的设备投资负担，但美国亟欲以晶片製造崛起，各项补助政策可助业者减轻负担。台积电可因此①降低地缘政治上的风险，②避免近期因气候变化造成的缺水问题，③不至于放弃获得美国政府大规模补助的机会。二〇二一年四月台积电宣布千亿美元投资计划，预定「未来三年投资一千亿美元」提高晶片产能。这应是台积电评估美国政府的租税减免制度，在二〇二四年以前最多可获得四〇％优惠所做的决定。
三星电子若利用美国的奖励政策，则可有更多套剧本。目前先进製程晶圆代工市场由台积电与三星电子两强瓜分，若英特尔在美国政府积极扶植之下成功恢復竞争力，市场就会变成三强鼎立。万一三星电子未像台积电与英特尔积极利用美国的补助政策，或美国将晶片製造与国家安全挂钩，强化原产地规范，三星电子可能陷入不利地位。假设美国阻止中国取得EUV光刻设备，三星电子就必须积极考虑在美国扩充晶圆代工产能。
三星电子也可能分割晶圆代工事业成为独立子公司，让晶圆代工子公司在美国那斯达克证券交易所上市，利用首次公开募股取得投资设厂的资金。未来三年内晶圆代工产业的价值应该都会获得相当高的评价，全世界对碳化硅（SiC）等化合物半导体（compound semiconductor）的需求预估将会成长，三星电子也可能进军化合物半导体领域。
造成晶片短缺的需求面原因主要有二：汽车产业（mobility）革命使晶片需求激增、以云端云基础的人工智慧时代来临。二〇二〇年九月特斯拉（Tesla）执行长伊隆‧马斯克（Elon Musk）在「电池日」（Battery Day）活动中预告，二〇二三年特斯拉将推出价格仅二万五千美元的电动车。
未来用二万五千美元就能买到具自动驾驶功能新车，电动车的市占率可望大幅提升，而自动驾驶功能持续精进，也会变成所有汽车业者必须积极追赶、发展的重要课题。尤其自动驾驶功能非常受到市场欢迎，消费者也非常喜爱，短期内车用晶片的需求增加幅度将大于再生电池（rechargeable battery）。
美国通用汽车（General Motors）宣布二〇二五年以前将对电动车与自驾车投资二百七十亿美元，并且介绍自主研发的「Super CruiseTM超级智能驾驶系统」、垂直起降的单人座无人机（drone）、个人自驾概念车「Halo Portfolio」、用于建立电动车物流平台的电动物流推车「EP1」、电动载货厢型车「EV600」等，多种创新车款与未来式交通工具。
德国福斯汽车（Volkswagen）将二〇三〇年美国与欧洲的电动车市占率目标分别订为五〇％、七〇％，宣布二〇二五年以前推出接近于Level 4完全自动驾驶水准的车款。此外，福斯汽车将利用微软的云端技术，缩短自驾车技术的研发时间，开发以云端为基础的顾客服务。
汽车业者若无法像特斯拉一样收集资料，势必得採用各种高效能感测器，搭配电脑运算技术，处理感测器收集到的资料，才能提升自动驾驶功能。预估先进驾驶辅助系统（ADAS，Advanced Driver Assistance Systems）的技术水准将会提升，生产电动车与环保车辆的晶片与晶圆代工需求也将增加，这个现象会持续到二〇二五年。
●力道强劲的设备投资时程拉长
在半导体产业最具独占力的业者莫过于荷兰的艾司摩尔，专门生产曝光设备。晶圆业者就算欲採取攻击性投资，也必须配合艾司摩尔的曝光设备产能与生产时程，才能拟定投资计画。艾司摩尔在半导体产业的市场独占力将最稳定与长期持续。
目前市场上CPU（中央处理器）、GPU（绘图处理器）、AP（应用处理器）等高规格产品，都是利用艾司摩尔的光刻机台生产。该设备不但不容易製造，要用在半导体製程也不简单，所以虽然七奈米以下的晶片需求快速增加，能以这种机台生产的业者只有台积电与三星电子。预估高阶产品的晶圆代工产能缺口，还需要一段相当长的时间才能填补。
成熟製程晶圆代工主要用来生产控制器（controller）与中阶晶片，供不应求的问题短期内同样难以解决。联电与美国格罗方德（Global Foundries）等业者先前没有多馀能力可进行投资，不过现在美国为了发展半导体产业大动作实施奖励政策，格罗方德应可摆脱营运困难，甚至运用美国政府的支援，在纳斯达克（Nasdaq）证券交易所以不错的条件进行首次公开募股（IPO）（编按：二〇二一年十月二十八日，格罗方德正式上市）。
製造各种电子感测器与中低价位晶片的八吋晶圆代工业者，先前的投资方式是购买中古设备，不过二〇二〇年中古设备需求激增，二〇二一年起连中古设备都变得不易取得。这让原本顾虑设备折旧问题，尽量避免採购全新设备的八吋晶圆代工业者，后续作法可能改变。八吋晶圆是中国的强项，美国尚未对此进行制裁，后续美国会向中国业者採购八吋晶圆製造出的低价位零组件，或者制定中长期需求对策，由美国境内的十二吋晶圆代工生产取得，这部分值得关注。
●二〇二六年底前新的先进製程晶圆代工厂将往美国聚集
若以美国立场、从冷战时代的角度来看，绝对不能让中国拥有世界级的晶片设计与晶圆代工企业，中国只能单纯生产廉价的零组件。因此美国祭出前所未有的大规模支持政策，吸引台积电与三星电子到美国设厂从事先进製程生产，对英特尔也将提供协助，找回以往的晶片製造竞争力。
台积电与三星电子虽然也会各自在台湾、韩国同时投资建设新的厂房，不过两家业者的主要客户聚集在北美地区，加上美国继半导体之后，接下来也会启动中期策略发展先进製造业，因此台积电与三星电子还是必须对美国增加投资。此外，美国的奖励政策可能还会加码，后续仍有可能阻挡极紫外光（EUV）微影系统曝光设备进入中国（编按：二〇二一年荷兰艾司摩尔在美国政府施压下，拒发外销大陆的出口许可证）。
若美国确定不让中国有机会接触EUV光刻机，届时已在中国设厂的韩国业者就得一一提出申请，才能引进EUV光刻机进行生产。
未来二至三年后，EUV製程可望扩大应用在生产DRAM记忆体晶片，因此SK海力士（SK Hynix）必须提前研拟对策，才能确保在中国的记忆体晶片生产无虞。
●最先准备好5G＋MEC的中国没落
全世界最早也最积极准备5G与MEC的国家是中国，华为则是中国通讯设备领域的龙头业者，拥有市场主导权，产品具有高性价比。华为曾意图结合子公司海思半导体设计的晶片，推出5G＋MEC解决方案，在智慧城市与智慧製造的解决方案也最先着手发展。
假如中国在5G与MEC领域取得领先，接着在与人工智慧有关的服务及导入RPA（机器人流程自动化）的智慧製造领域也可能领先，制定产业标准（industrial standards）时也可站在有利位置。中国的MEC导入可能比包含美国在内的竞争国家早大约两年。
先前美国的晶片製造竞争力下降，在5G的竞争中也大幅落后中国，若情况不能改善，二〇二七年不只GDP（国内生产毛额）会被中国超越，在未来具有成长潜力的领域，主导权也将拱手让给中国。因此美国大动作针对二〇一八年以来中国的半导体崛起、5G、MEC、人工智慧导入及发展政策加以分析，最后成功阻止中国继续向前迈进。
不过光是绑住中国还不够，现在美国已经进入第二阶段，同时推动取得半导体产业的主导权与扶植高科技产业。
●Winner’s Club（赢家俱乐部）
新冠肺炎（COVID-19）疫情对产业结构带来根本性的改变，加上美国与中国欲将全球价值链（GVCs，Global Value Chains）在地化（internalization）所引起的去全球化，中期恐怕难以有太大改变。这种趋势若延续下去，中国的半导体业者很难再以全球竞争者的姿态壮大。反观美国，为了将全球半导体供应链吸引到境内，预估会倾注全力施展支持政策。
●在美国境内拥有生产设施的企业
若考虑目前晶片短缺对产业可能造成的影响，美国极可能建立生产涵盖所有价位晶片的半导体供应链。目前在美国境内拥有八吋与十二吋晶圆厂的美国业者有英特尔、格罗方德、恩智浦半导体（NXP Semiconductors）、德州仪器（Texas Instruments）、高塔半导体（Tower Semiconductor）、安森美半导体（ON Semiconductor）等（编按：英特尔二〇二二年二月十五日宣布以五十四亿美元收购高塔半导体）。
●强化英特尔的製造能量与美国晶片製造崛起的交会点
美国晶片製造崛起的核心是确保製造能量，若要提高美国的晶片製造能量，必须①吸引台积电与三星电子这种国外企业到美国兴建採用先进製程的工厂，或者②由美国企业自主研发先进製程，在美国境内设厂。
美国将对台积电与三星电子提供奖励措施，鼓励两家业者在美国设厂，并且导入先进製程，但从国家安全的角度来看，设法提高英特尔的製造能量还是比较迫切。英特尔目前是美国晶片製造的领先业者，英虽然英特尔不见得能迅速开发出採用EUV製程的晶片製造技术，但就美国政府的立场，还是无法放弃英特尔。万一英特尔不能如美国政府的期待，恢復製造上的竞争力，英特尔将会利用台积电位在美国的工厂代工生产。
●台积电与三星电子
台积电与三星电子在美国设厂，应该採用五奈米以下的先进製程。通常大规模设厂会对业者造成极大的设备投资负担，但美国亟欲以晶片製造崛起，各项补助政策可助业者减轻负担。台积电可因此①降低地缘政治上的风险，②避免近期因气候变化造成的缺水问题，③不至于放弃获得美国政府大规模补助的机会。二〇二一年四月台积电宣布千亿美元投资计划，预定「未来三年投资一千亿美元」提高晶片产能。这应是台积电评估美国政府的租税减免制度，在二〇二四年以前最多可获得四〇％优惠所做的决定。
三星电子若利用美国的奖励政策，则可有更多套剧本。目前先进製程晶圆代工市场由台积电与三星电子两强瓜分，若英特尔在美国政府积极扶植之下成功恢復竞争力，市场就会变成三强鼎立。万一三星电子未像台积电与英特尔积极利用美国的补助政策，或美国将晶片製造与国家安全挂钩，强化原产地规范，三星电子可能陷入不利地位。假设美国阻止中国取得EUV光刻设备，三星电子就必须积极考虑在美国扩充晶圆代工产能。
三星电子也可能分割晶圆代工事业成为独立子公司，让晶圆代工子公司在美国那斯达克证券交易所上市，利用首次公开募股取得投资设厂的资金。未来三年内晶圆代工产业的价值应该都会获得相当高的评价，全世界对碳化硅（SiC）等化合物半导体（compound semiconductor）的需求预估将会成长，三星电子也可能进军化合物半导体领域。
- 新闻出处 : 工商时报 书房编辑
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