探索新区域 ： 半导体领域的绿色机遇

半导体实践 探索新区域：半导体领域的绿色机遇 三个因素——供应链安全、可持续性和补贴——在半导体公司扩张到新的国家或地区。 本文是OndrejBurkacky，MatteoMancini，MarkPatel，GiuliettaPoltroieri和TaylorRoundtree的合作成果，代表了麦肯锡半导体实践的观点。 2024年1月 到现在为止，这是一个古老的新闻：半导体需求正在增长。然而，新的是几种全球趋势——包括人工智能、车辆电气化和自动驾驶的兴起——将如何扩大需求，并在未来十年将其推向更高的高度。 半导体制造业的许多现有企业和新进入者已经在扩大他们的业务，以抓住整个价值链上越来越多的机会，包括与晶圆制造、化学品供应、封装、资本设备和其他领域有关的机会。全球范围内，公司计划到2030年在半导体工厂投资约1万亿美元。大部分投资 主要集中在亚洲和美国，但欧洲项目的资金也在增加。 蓬勃发展的半导体生态系统 强大的半导体生态系统可以在世界各地找到，它们有不同的形状和大小 。其中最杰出的是台湾新竹科学园。在短短三平方英里内，新竹拥有150 多家半导体公司和供应商，600多家制造商，三所大学和160,000多名高技能全职员工。同样，德国的硅萨克森州是欧洲最大的半导体集群，拥有400多个行业参与者，大学和研究中心。通过连贯的政策和强大的生态系统建设，萨克森州已经做到了。 在过去的20年中，半导体行业的员工人数增加了一倍以上。该行业预计 ，到2030年，萨克森州的半导体行业将有大约100,000名工人。 对于某些半导体公司而言，扩展工作可能涉及在以前未运营的地区或国家/地区建立晶圆厂。过去，探索此类机会的公司寻求具有已建立的半导体生态系统的位置，这些生态系统满足一些基本要求：充足且稳定的能源和 水供应，拥有技术技能的潜在员工，合适的基础设施和坚实的交通网络。属于这一类的著名生态系统包括台湾的新竹科学园和德国的硅萨克森州。（有关这些地点的更多信息，请参阅侧栏“蓬勃发展的半导体生态系统”。） 当半导体公司今天考虑扩张时，他们仍然将搜索限制在满足其基本要求的位置。 但是仅仅满足这些要求并不足以保证投资。相反，半导体公司现在专注于三个S-可持续性，供应链安全和补贴-在选择新站点时。他们转移的优先事项反映了整个世界正在发生的变化，包括对气候变化的日益关注，破坏或减缓运输的地缘政治问题以及经济不确定性。 鉴于半导体行业的价值及其对当地经济的好处，随着公司的扩张，无论是对企业本身还是对建立新站点的地区或国家来说，都面临着很大的威胁。以下是该行业的增长潜力和因素 可能会决定未来十年新晶圆厂的建造地点。 繁荣的市场，鼓励扩张 到2030年，全球半导体市场预计将达到1万亿美元，高于2021年的6000亿美元（图表1）。尽管无线通信和计算领域目前正在经历一些中断，例如某些国家对手机的需求下降，但预计它们将经历最强劲的长期增长，其次是汽车和工业部门。 除了亚洲及其强大的制造中心（图表2）外，没有一个国家或地区主导供应链的任何部分。更重要的是，没有一个地区或国家在价值链的每个部分都具有强大的能力，因此 附件1 到2030年，半导体市场的价值预计将达到1万亿美元。 全球半导体市场,$十亿 ~1,000 每个垂直方向的增长贡献， % 复合年增 6–8 ~600 4–6 13–15 8–10 172 59 280 131 224 147 351 95 消费电子产品 计算和数据存储 47汽车电子产品 工业电子产品 消费电子产品 ~25 ~10 ~20 ~25 ~10 计算和数据存储 汽车电子产品 工业电子产品 52 5–7 无线通信 无线通信 37 2021 5–7 63有线通信 2030 ~5有线通信 2030 麦肯锡公司 附件2 虽然制造业集中在几个地方，但价值链的其他阶段涉及多个国家的公司。 基于公司总部位置的销售，%份额 设备设计软 件材料（不包括晶圆） US 中国台湾欧洲 世界其他地区 材料（晶圆） 价值链上下的能力 IP/EDAü Fabless 0 20 40 60 80 100 集成设备制造商纯游戏铸造厂 半导体组装、测试和服务 1知识产权/电子设计自动化来源：Gartner 麦肯锡公司 制造半导体的端到端过程涉及全球努力。日本的一家工厂可能将硅锭切割成晶片，然后将其运往美国制造成半导体 。该过程的下一个阶段可能会将它们带到马来西亚进行分类，切成模具，组装，包装和测试。最后，它们可能是送到新加坡作为芯片并入成品。 专业知识的分散为半导体公司在过去的扩张努力中提供了一些自由，因为他们通常可以找到满足其需求的多个生态系统。尽管他们传统上被吸引到拥有大型半导体生态系统的地区，但一些公司通过冒险进入新地区来逆势发展，就像总部位于加利福尼亚的英特尔在1974年在俄勒冈州，1980年在亚利桑那州和1989年在爱尔兰所做的那样。这些举措带来了各种优势，例如较低的公用事业价格，以及在俄勒冈州的土地可用性。 今天，许多半导体公司仍然专注于拥有大型生态系统的地点-现在正在德累斯顿建造新的晶圆厂，这是 例如，硅萨克森半导体中心-但考虑其他国家或地区的趋势越来越大，因为它们在可持续性、供应链安全和补贴方面得分很高。 同样，专业知识的全球分散可能是一个优势。由于没有任何地区或国家主导价值链的任何一步，除了亚洲的纯正铸造厂，公司将不会与主导行业的单一生态系统竞争 。 Toseehowinvestmentismovingtonewregionsandcountries,considerwhat’snowoccurringintheUnitedStates.Whilethecountrysawlittlefabconstructionoverthepastfewdecades,thevalueofUS-based半导体projectsthatare 目前正在进行，宣布或正在考虑，估计从2230亿美元到超过 到2030年达到2600亿美元。1公司也更有可能在美国调查机会 传统上没有吸引最大的半导体投资的州，英特尔在俄亥俄州建设设施，Skywater计划在印第安纳州扩张。 新的先决条件和投资计算 促使半导体公司专注于三个S的转变的背后是什么？他们将获得什么？这些趋势对想要的地区和国家意味着什么 吸引更多的半导体投资? 为了回答这些问题，我们研究了与供应链、可持续性和补贴相关的最新发展。 将供应链风险降至最低的安全位置 随着最近的大流行、全球经济的不确定性以及乌克兰的战争，高管们的风险认知正在迅速转变。根据麦肯锡最近对发达行业首席执行官的调查，许多高管现在将地缘政治动态视为最重要的挑战 他们的企业。2作为回应，许多领导者现在正在积极监控供应链风险，并制定战略以防止中断。现在备受关注的一项战略是将半导体制造本地化，以防止中断并提高弹性。 政府通常欢迎近接工作，因为他们希望确保为本地公司提供稳定的芯片供应，包括汽车制造商和其他依赖半导体的企业。他们还意识到，访问芯片对于许多政府安全平台至关重要。 可持续发展和脱碳是一个明确的优先事项 在自愿和强制性目标的激励下，所有半导体公司都在努力减少排放。这些努力可能有助于他们满足新兴的监管准则并满足最重要的最终客户的需求。 1这些数据是截至2023年1月的最新数据。 2麦肯锡全球弹性调查，2023年7月，n=331。 这些公司中的许多公司都设定了雄心勃勃的减排目标。例如，微软希望到2030年实现碳负排放。为了实现这些目标，最终客户不仅必须减轻或消除自己的排放，而且必须 还解决了范围3上游排放问题，其中包括向其提供产品或组件的供应商产生的排放问题。3如果半导体公司不采取积极措施减少排放，他们的客户可能会购买碳补偿，他们可能会试图以降价或利润侵蚀的形式将相关成本转嫁给供应商。 一些半导体公司已经设定了减排目标，他们的战略通常涉及向可再生能源过渡，因为超过三分之一的典型晶圆厂排放来自能源使用。英特尔希望到2040年实现温室气体净排放为零，希望到2030年实现100%的可再生电力使用。转向可再生能源的能力将因地点而异。例如，虽然新加坡拥有蓬勃发展的半导体生态系统，但可用于建设可再生能源系统的土地却很少。其他地点。 面临挑战，因为监管框架仍处于起步阶段。 如果美国或其他生产成本相对较高的国家的半导体公司能够完全依赖可再生能源，他们的能源成本可能会降低两到四倍 这种减少可能有助于抵消他们的一些其他费用。 最终，几乎没有可再生能源的工厂可能会从其他国家购买，这可能会使整体能源成本高于目前的价格。例如，新加坡希望进口 到2035年，来自邻国的4吉瓦的低碳电力-相当于其电力供应的约30％。4 补贴 在过去的几年中，欧盟和美国增加了对半导体公司的补贴 。另一个重大转变是，一些没有强大半导体生态系统的国家正在积极尝试鼓励其境内此类生态系统的发展。印度和西班牙是过去12～ 18个月；这些计划旨在吸引半导体投资，并可能对新晶圆厂的选址产生重大影响。 各国政府通常欢迎近交的努力，因为他们希望确保为包括汽车制造商和其他依赖半导体的企业在内的本地公司提供稳定的芯片供应。 3范围3排放还包括购买后由最终客户的产品产生的排放。 4“区域电网”，新加坡政府能源市场管理局，于2023年12月18日更新。 今天提供的补贴通常比过去高，可能包括新的激励措施。例如， UnitedStateshistoricallyinvolvedstateandlocalprograms,suchaspropertyorsalestaxabatements,butpolicyshifthaveexpandedthepotentialbenefits.Considersomerecentgovernedeffortstoreshorehigh-techmanufacturing: —美国。目前，美国仅生产世界上大约12％的芯片，而且没有一个是最先进的品种。CHIPS和科学法案分配500亿美元用于直接资助，联邦贷款和旨在扩大美国半导体研究和制造的贷款担保。如果成功，它将减少对外国供应商的依赖。 —欧盟成员国已同意提供470亿美元的公共资金 到2030年，欧盟在全球芯片产量中所占份额将翻一番，达到20%。 -日本。这个国家仅在全球半导体市场中占有10％的份额 ，低于1980年代的50％。日本政府已宣布68亿美元 公共投资扩大国内半导体生产。 增加的补贴具有重要意义，因为扩张成本如此昂贵。（建造和装备新工厂的平均成本正在接近 $100billionandcouldexceedthatinsomecases.)ArecentMcKinseyanalysisrevealsthatsuppliantlevelshaveagreaterimpactthanlocationonreducing 晶圆厂投资的回收期(图表3)。 例如，相当于所需投资的45％的补贴将使投资回收期缩短至6.5年，而无补贴设施则为10.0年。 增加补贴的一个缺点是：它们正在提高希望吸引半导体公司投资的地区的进入成本，如果继续增加，障碍可能会变得更大。历史上曾经有过的地区 附件3 最近的分析表明，补贴在减少晶圆厂建设的投资回收期方面发挥了最大的作用。 模型晶圆厂的投资回收期，1多年来偿还 按补贴水平计算的还款趋势² 10.0 按地点分列的还款趋势 8.07.56.5 0%25%35%45% 补贴占资本支出的份额 8.08.07.0 美国欧洲东南亚 1假设一个28nm的晶圆厂，每年产能为500,000晶圆；在不贴现现金流的情况下计算投资回收期。通过地区劳动力和公用事业成本以及地区资本支出差异（即建筑成本）来区分位置。 麦肯锡公司 麦肯锡最近的一项分析显示，补贴水平比地点对减少晶圆厂投资回收期的影响更大。 重要的半导体存在可能是最大的缺点。