麦肯锡：2022年半导体行业战略分析报告（英文版）

半导体实践 引领半导体世界的战略 随着需求继续超过供应，半导体公司可以采取不同的途径来捕捉新的机会。 作者：OndrejBurkacky、MarcdeJong和JuliaDragon ©PhonlamaiPhoto/盖蒂图片社 2022年4 月 基于数字仅此一项，这似乎是成为半导体公司的理想时机。 随着芯片需求的飙升，2020年年收入增长了9％，2021年增长了23％，远高于2019年报告的5％。甚至在大流行之前，资本市场都在奖励该行业飙升的盈利能力，从2015年底到2019年底，半导体公司的年度平均股东总回报（TSR）为25％。 去年，股东们看到了更高的回报，平均每年50%，因为远程工作成为常态，消费者和企业增加了他们的技术购买，有助于加速数字革命。 然而，在幕后，当今的半导体公司正面临着许多挑战。即使晶圆厂满负荷运转 capacity,theyhavenotbeenabletomeetdemand,resultinginproductleadtimeofsixmonthsorlonger. 现在经常成为头条新闻，特别是当它迫使汽车原始设备制造商推迟汽车生产时。更重要的是，半导体公司正在努力应对设计复杂性的增加，人才短缺以及与流行病相关的问题，这些问题正在破坏复杂的全球供应链，这些供应链将不同市场的参与者联系在一起。现在，这种短缺令人担忧，以至于促使更多的大型技术公司和主要的汽车OEM厂商转移芯片。 内部设计-这一趋势可能对市场产生重大影响。 在其他行业，制造商通常通过增加产量来应对短缺。但是，半导体的晶圆厂建设和产量增加成本极高，而且时间 消耗-通常需要一年的时间进行重大扩展或建立新设施需要三年以上-这使得很难迅速增加半导体产量。虽然增加容量有时可能会有所帮助，但它不会产生立竿见影的效果，通常需要大量投资多年才能出现额外的收入-如果有的话-。 为了帮助半导体公司制定全面的成功计划，我们量化了产能扩张的好处，以确定何时可以合理建设。我们还确定了其他可以帮助半导体公司提高生产率和收入的策略，例如增加对前沿芯片的关注，追求超越 节点规模，进行大胆的长期投资，发展更大的弹性 ，改善人才渠道，并在半导体生态系统内进行合作。 了解半导体行业 尽管有关半导体短缺的头条新闻经常广泛讨论情况， 但该行业包括许多不同的细分市场：存储器，逻辑 ，模拟，分立，光学组件和传感器。 半导体公司及其制造地点倾向于专注于选定的细分市场。相比之下，他们的最终客户通常需要来自所有半导体细分市场的产品，因此依赖 在多个供应商上。没有一个专门的芯片可以带来制造最终产品停止，即使所有其他组件都可用。 Theproductionprocessisalsomorecomplexandmultilayedthanheadlinewritersoftenchoosetoacknowledge.Whenallproductionphases 考虑到，整个过程从材料采购延伸到后端制造(图表1)。 （有些人可能会选择狭义的观点，即价值链从设计阶段开始。）对于每个产品细分市场，大多数公司专注于三个或更少的步骤，并且可能将一些活动（例如印刷电路板组装）外包给合作伙伴。在后端制造之后，半导体成为电子价值链的一部分。 在过去的20年中，该行业在许多价值链领域中变得越来越整合，并且出现了一些冠军 附件1 半导体价值链从材料采购延伸到后端制造。 价值链领域 电子价值链 广泛的半导体价值链 窄半导体价值链 Materials 晶圆铸造和后端手工制造材料 1 Examples 硅片原料 资本设备 晶圆铸造和后端制造设备 2 光刻工具 IP¹和EDA² IP模块主要用于设计/制造 芯片设计软件，EDA 3 数字信号处理器IP块 Design 集成器件制造商(IDM)的芯片设计或 没有(无晶圆厂)生产资产 4 微处理器 （设计） 晶圆铸造厂 前端制造：IDM或合同制造（铸造厂） 5 加工过的晶圆 后端 封装和测试 ：IDM或外包半导体组件和测试（OSAT） 6 封装的微处理器单元 最终产品 与印刷电路板(PCB)相关的组件 装配 7 PCB, 电容器 PCB 通过电子制造服务(EMS)或原始设计手册-制造商(ODM)零件 8 组装的PCB 最终产品 最终产品开发 、组装、销售 ，由东方设备制造商(OEM)或 每个应用程序的供应商 9 移动电话、电子控制单元 (汽车) ü知识产权。²电子设计自动化。 在每个区域（图表2）。因此，专业知识通常集中在某些市场（例如，美国拥有最多的无晶圆厂玩家-即仅芯片设计-和设备制造）。没有本地市场具备端到端半导体设计和制造所需的所有能力，而专业知识的集中已在价值链上建立了相互依存的网络（图表3）。 专业知识的集中传达了一些优势，因为它通常允许公司共享资源，例如电源，即使他们是竞争对手，这有助于降低成本。 拥有正确技能的员工也可能会被专业知识集群所吸引，从而培养出强大的人才 但是相互依赖也意味着局部冲击可能会产生全球影响 ，例如2011年泰国的洪水停止了该国多个内存后端工厂的生产，并将内存芯片的价格推高了30％。 半导体短缺背后的因素在大流行之前，半导体工厂已经接近满负荷运转。 becausetheytrytoavoidinvestinginnewcapitalequipmentbeyondthatrequiredtomeetdemandfromcustomers.Uncertaintradedynamics 还促使一些参与者增加半导体库存水平以确保供应。大流行刺激了计算机的购买 附件2 半导体行业在某些细分市场中已经变得越来越巩固。 评估整个半导体的供应商集中度 价值链步骤，赫芬达尔- 赫希曼指数 5,000 4,000 3,000 铸造厂 2,000 1,000 0 2001200720132020 晶圆 Equipment 集成设备制造商/无晶圆厂 Herfindahl-Hirschman指数（HHI）衡量市场集中度。HHI<1,500=低浓度；HHI为1,500-2,500=中等浓度；HHI≥2,500=高浓度。HHI数越高，市场竞争越弱。资料来源：Gartner；Omdia；麦肯锡分析 附件3 没有本地市场或公司具备端到端半导体设计和制造所需的所有能力。 2020年半导体销售沿价值链，%份额 6 38 63 14 18 63 19 17 12 66 19 28 30 40 100% 36 20 42 12112 65 25 211 2 2 46 12 3 中国台湾 76 15 12 52 21 欧洲其他地区US 3 8 11 3 Equipment电子设计材料，不 包括 晶圆材料 知识产权²Fabless(芯 片设计 集成设备组装、测试和 纯玩铸造厂 自动化²晶圆fab²only)制造商服务 由于四舍五入，数字可能不会达到100%。²基于2018年的销售额。 资料来源：Gartner；Omdia；麦肯锡分析 以及其他用于远程工作的设备，然后将需求带到了更高的高度。 对于汽车原始设备制造商和其他公司，一种反应是偏离其典型的“及时”订购。相反，他们已经开始订购比必要更多的芯片，以便他们可以建立库存并拥有手头的储备。然而，从短期来看，这一举措放大了供需缺口。从长远来看 ，一些公司可能会考虑要求具有约束力的“接受或支付”合同，在这些合同中，他们可以接受一定数量的筹码或支付一定数量的筹码。 这种安排有助于公司将芯片需求与制造能力更准确地对齐。 客户也可以考虑与半导体公司共同投资旨在增加晶圆厂产能的项目。此类项目可以使半导体公司减少其前期投资，缓解潜在的资本支出限制。但是共同投资不会 考虑到晶圆厂建设和产量增加的漫长时间表，立即改善半导体短缺。 实现并保持半导体行业的领先地位 尽管目前存在不确定性，但半导体行业有望实现额外增长，因为 越来越多的产品和服务变得越来越数字化。半导体行业当前企业价值的一半以上是基于收益增长预期，这反映在当前的估值中：假设最近的利润率轨迹，投资者预计每年的长期增长率为7％至8％。 但是，什么策略可以帮助行业实现这些目标？尽管答案可能因公司的优势和劣势而有所不同，但所有半导体公司都可以通过重新考虑其在六个关键领域的方法而受益 ：技术领先，长期研发，弹性，人才，生态系统能力和更大的能力。当然，这里的最后一个领域不会提供直接的好处，但它可能是。 长期战略的重要组成部分。我们已经量化了与不同规模的晶圆厂相关的成本，以帮助半导体公司确定产能扩张是否适合他们。 半导体公司可以通过重新考虑其在六个关键领域的方法而受益：技术领导力，长期研发 ，弹性，人才，生态系统能力和更大的能力。 附件4 各种规模的半导体公司都可以拥有强大的营业利润率。 半导体行业（无晶圆厂，集成器件制造商），性能，按收入四分位数划分 季度4 季度1 $10 $100 $1,000 $10,000 $100,000 50 平均经营 边距 40四分位数119.1 四分位数27.5 30四分位数39.2 四分位数41.4 20 2020 营业利润率，% 10 0 –10 –20 –30 –40 –50 2020年半导体收入， 百万美元（对数刻度） ü异常值已调整（删除的样本具有相当大的一次性负面影响和相当大的非半导体销售额）。来源：Gartner；Omdia；麦肯锡分析 根据最近对集成器件制造商（IDM）和无晶圆厂参与者的分析，我们认为，无论规模大小，所有半导体公司都有可能实现强劲增长（图表4）。尽管最大的公司产生了最大的经济利润，但也有小的利基公司拥有高运营利润率。 技术领先 在所有产品领域，半导体公司都在努力创新，因为更快、更强大的芯片和先进的设备有助于在所有产品领域产生更大的销售 价值链细分。拥有最独特技术和产品的公司很可能成为全球冠军。在一项跨行业分析中，半导体行业在研发支出方面仅次于制药和生物技术-以销售额的百分比计算(图表5) 。当我们检查行业冠军时，我们发现他们经常成功通过将以下策略纳入其研发计划。 专注于前沿芯片和制造它们所需的机械。用于半导体 Exhibit5 半导体行业的平均研发支出非常高。 2020年平均研发支出强度，%销售额 15.4 14.2 软件 务 半导体 11.8 9.0 5.1 4.8 4.03.8 3.0 制药和生物技术 和计算机服 电子和电气设备 航空航天和国防 一般工业 IT硬件汽车医疗保健系统 来源：欧盟工业研发投资记分牌；ICInsights 制造商，创造更小的节点尺寸传统上是成功的途径。几十年来，芯片上的晶体管数量翻了一番 everytwoyears—theratepredictedbyMoore’slaw—as半导体公司constantlydecreasedthesizeoftechnologynodes.Inrecentyears,however,therateofdoublehasslowedbecausetechnologicalchallengesincreasesastheindustricialappro 尽管如此，公司仍将尝试推动该技术，因为 到2025年，具有最小节点（7纳米（nm）及以下）的芯片的平均需求增长将比供应增长高四个百分点。 节点大小的重要性因设备段和对前沿的需求而异 某些类别的芯片将比其他类别增长更多。由于客户期望计算密集型应用具有高性能，因此设计芯片的半导体公司 在最小可用的技术节点中，可能在这些领域具有明显的优势。在其他部分中，较大的节点通常是合适的 因为客户对当前的芯片性能感到满意，或者需要特定的功能，例如快速切换，并且看到移动到更小的节点尺寸的优势不大。 设备制造商可以通过创建实现前沿创新所需的机械来获取增长。此外，他们可以创建包括优化过程控制以及产