晶圓廠，鉅變

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到2030年，全球半導體公司計劃在新晶圓廠（fabs）建設上投資約1萬億美元，行業年收入也有望突破1萬億美元。這一數字尚未包括生成式AI（gen AI）在中等樂觀情境下可能帶來的額外增長潛力。除了滿足日益增長的市場需求，這些投資也將增強各地區在半導體價值鏈上的供應彈性。

然而，儘管這場全球範圍的大規模投資有望顯著擴充套件半導體的產能版圖，實現其預期效益的道路卻並不平坦。除了已公佈的建設專案本身執行難度大之外，至少還有五大結構性障礙，特別在北美和歐洲市場可能長期制約新增投資帶來的實質進展：包括資本與運營成本結構、材料需求增長、關鍵原材料及封裝環節的離岸集中、物流與處理瓶頸，以及人才短缺等問題。若行業希望實現投資的長期價值，就必須正視並逐一應對這些挑戰。

底層半導體資本和運營成本動態

近年來，全球多國透過戰略政策推動半導體制造和供應鏈的本土化。例如，美國推出《兩黨基礎設施法案》、《晶片與科學法案》、《通脹削減法案》及各州激勵措施，試圖吸引企業在本土建廠。類似的激勵措施也在歐洲、印度、日本、中國大陸、東南亞、韓國與中國臺灣陸續推出，從而帶動全球晶圓廠建設熱潮。

不過，從實際成本結構來看，美國本土建設先進邏輯晶片廠等前端產能，不僅前期資本投入高，長期運營成本也普遍高於中國大陸、東南亞和中國臺灣。歐洲雖然資本投入略低於美國，但由於能源成本高，其運營成本與美國相近。

根據估算，考慮補貼因素後，在美國建設一座標準的成熟邏輯晶片廠，仍比在中國臺灣貴約10%，運營成本更是高出多達35%。中國大陸在運營成本方面的綜合補貼優勢可達20%，在資本開支上甚至擁有40%的優勢。這一對比未完全考慮晶圓廠規模差異，而中國臺灣因普遍建設大規模晶圓廠，在規模經濟上更具優勢，相較之下，美國、中國大陸與歐洲的晶圓廠則普遍規模較小。

雖然本地化投資將帶來更強的供應韌性、縮短交付週期、創造就業崗位，但其背後的成本壓力可能最終轉嫁至晶片下游使用者及消費者身上。尤其在美國，公共資金主要用於補貼建廠資本支出，但在運營階段的持續性支援明顯不足。

此外，這輪全球擴產熱潮也可能加劇半導體供應鏈的週期波動。當不同地區的建廠激勵疊加在市場需求尚未明朗的背景下（如AI驅動需求增長的速度、汽車晶片市場復甦節奏、個人電子產品的銷售波動），將可能導致行業產能利用率下降。由於半導體產業及其供應鏈高度依賴產能利用率維持在75%以上以保障盈利能力，若未來利用率無法跟上擴張節奏，行業可能會經歷進一步的繁榮與蕭條週期。

前期資本成本結構

在美國建設一座新的晶圓廠，其成本顯著高於在亞洲建設晶圓廠，主要原因在於建築成本。而在歐洲建設晶圓廠的成本大致與中國臺灣相當，但明顯高於中國大陸。除此之外，由於全球化和高度整合的供應鏈結構，在採購裝置、前期運輸和物流等方面，不同地區的成本相對接近。然而，中國大陸在政府支援的裝置租賃計劃方面具有顯著優勢：政府購買裝置並免費租賃給晶圓廠，從而提供了一種降低前期資本需求的補貼形式。

造成建築成本差異的一個主要因素是勞動力成本的差異。建造晶圓廠對勞動力的依賴非常大，需要各種白領與藍領職業的參與，勞動力在建廠前期成本中佔很大比重。在美國，這些職業的勞動力成本通常是亞洲的四到五倍，這一差距貫穿整個資本支出週期，從初期場地準備到裝置安裝連線等各個環節。在歐洲，勞動力成本通常是亞洲的兩到三倍。許多工業領域的勞動力短缺也加劇了勞動力成本的上升。

此外，美國和歐洲已經有數十年沒有進行如此大規模的晶圓廠建設，導致合格工人數量較少、生產效率較低，從而提高了專案總成本。隨著對具備晶圓廠建設經驗的技術工人的需求增加，越來越多的專案不得不使用經驗不足的工人，進一步惡化了生產效率問題，並延長了專案工期。美國和歐洲在這方面的問題比亞洲更為明顯。在東亞，晶圓廠從開工建設到實現量產一般為28到32個月；而在美國，由於審批和施工延誤，有些晶圓廠的週期被推遲至50個月以上才能達到同等成果。在歐洲，晶圓廠的建設週期通常為40到50個月。

長期運營成本動態

相比前期資本成本，美國和歐洲新晶圓廠的區域運營成本要高得多。運營成本差異的核心驅動因素是勞動力（包括直接勞動力和裝置維護）和公用事業成本，尤其是在歐洲。如果不考慮補貼影響，各地區在直接和間接材料（如前期裝置）方面的成本通常相對一致。

勞動力成本的上升也推高了晶圓廠的運營開支。在美國，直接勞動力佔晶圓廠總成本的約30%，而裝置維護佔比為20%；在歐洲，直接勞動力佔晶圓廠總成本的約20%，裝置維護約佔15%。美國的勞動力成本是亞洲的兩到四倍，佔總運營成本的比例比亞洲高出最多20個百分點。類似地，歐洲的勞動力成本是亞洲的兩到三倍，佔總運營成本的比例高出約10個百分點。裝置維護成本深受勞動力價格影響，並且對加班的需求較高，其在美國和歐洲分別比東亞高出約50%和30%。

公用事業成本在不同地區之間差異顯著。美國的能源基礎價格較低，而歐洲的能源價格則高出兩到三倍。兩個地區都為大批次能源消費提供約10%的折扣，這與中國大陸市場給予晶圓廠的補貼（高達70%）和中國臺灣市場的補貼（約為30%）相比，顯得相當有限。

如果對低碳晶片的需求上升，地區間的公用事業成本差異可能會發生變化。在亞洲，低碳能源的成本通常高於美國，因為由於空間限制及對核能的歷史性牴觸，亞洲在更多情況下需要進口綠色能源。

對先進製程製造和封裝材料需求的增加

領先的晶片——特別是小於10奈米（nm）的晶片——以及先進封裝（AP）技術需要日益複雜的製造方法，這增加了對支撐這些工藝並最終形成成品的材料的需求。在美國和歐洲，投資主要集中在建立更先進的製造能力上，而用於半導體材料的投資僅佔一小部分。因此，美國和歐洲可能會越來越依賴國際產能來滿足對基礎和特種材料的需求，而這些材料目前大多在亞洲生產。

具體而言，隨著半導體技術向更小的製程節點推進，掩膜層的數量——用於定義和填充晶片中的導電通道的工藝步驟——也在不成比例地增加。例如，65納米制程節點的晶圓可能需要約40層掩膜層才能完成，而領先的5奈米或3納米制程節點則需要多達110層掩膜層。

除了製程節點的縮小，先進封裝技術也在加劇材料的消耗。許多AP技術使用中介晶片或基底晶粒來連線多個晶片，在製造過程中需要載體晶圓，或包含越來越多的互連結構（如矽通孔）。這些附加的工藝步驟比成熟技術消耗更多的材料。

到2030年，美國新增產能中約有26%預計將用於7奈米及以下節點，而目前僅為15%；歐洲則為11%，相比之下當前僅為6%。隨著掩膜層數量的增加和AP工藝中材料使用量的上升，美國的材料總消耗量可能會增加多達60%，歐洲則可能增加65%——而這些材料很多可能需要從國際市場獲得。美國材料消耗量的這一60%增幅，大約比預計45%至47%的晶圓啟動產能增長高出三分之一；而歐洲65%的消耗增長，也比預計50%至55%的晶圓啟動產能增長高出約20%。

關鍵前驅原材料與封裝的海外集中度

在半導體材料製造過程中，挑戰不僅在於生產最終材料，還在於如何獲取工藝起始階段所需的關鍵原材料和元件。許多製造中使用的材料在全球範圍內都有一定程度的供應，除了部分主要在日本製造的材料，但關鍵的原材料，如鎵、鍺、銅和鎢，僅集中在世界上少數幾個地區。這使得中間化學品生產商對這些地區依賴性增強，而部分地區還存在地緣政治敏感性。

雖然半導體行業對這些關鍵原材料的全球市場需求相對較小，但其產地高度集中在少數國家和地區，一旦這些國家實施出口限制，便可能對整個半導體行業造成衝擊。位於集中產地之外的國家和企業將嚴重依賴進口材料。

例如，用於製造鎢六氟化物（最終用於半導體中鎢金屬沉積）的鎢、用於製造矽鍺晶圓的鍺，以及鈷等材料，其供應非常有限，市場份額超過70%由單一國家控制，這可能進一步加劇供應鏈瓶頸。與晶圓製造地點不同，這些關鍵原材料的存在受限於地理：一個國家要麼擁有這些資源，要麼沒有。這種特性使得供應鏈容易受到干擾，或需要使用更昂貴的替代方案。

除了用於半導體制造的材料外，全球在標準和先進封裝、測試和組裝（ATP）方面也存在不平衡。傳統封裝主要集中在低成本市場，包括中國大陸、東南亞和中國臺灣，佔全球供應的約75%。相比之下，歐洲、中東和美國各自僅佔全球傳統ATP供應的不到5%。

這種趨勢在先進封裝領域更加明顯。西方市場在AP製造能力方面的佔比極低。邏輯AP主要集中在中國臺灣市場，佔全球產能的70%以上；而高頻寬記憶體（HBM）封裝主要集中在韓國，佔全球產能的約85%。這種集中在AP產能本地化方面更為突出——中國臺灣幾乎佔據全球HBM封裝的其餘全部產能，而韓國還佔據全球邏輯AP產能的13%以上。相比之下，美國僅佔全球邏輯AP產能的1%，在全球HBM封裝產能中佔比為0%。

由於生產轉移和材料需求增長而帶來的物流與處理問題

除了前驅體材料的可用性與ATP產能配置外，更廣泛的供應鏈還面臨多種風險。物流、國家基礎設施狀況以及供應鏈中各方的財務穩定性，都會影響行業的持續健康發展。一項近期關於關鍵材料運輸供應鏈韌性的評估指出，溼化學品、散裝氣體和三氟化氮特種氣體是最適合在本地化或近岸化的供應鏈環節。

即使更廣泛的供應鏈在財務上保持健康，並能夠以滿足預測需求的速度擴張，物流基礎設施仍然對確保材料按時交付、支援持續運營至關重要（參見側欄“Altman Z評分與半導體供應狀態”）。

目前，由於美國和歐洲缺乏世界一流的海運港口，交付問題更加嚴重。這些市場合計僅擁有全球排名前20的港口中的5個——美國2個，歐洲3個。相比之下，前20大港口中有14個位於亞洲，反映了該地區在全球航運基礎設施中的主導地位。北美排名最高的港口在全球僅列第53位，位於南卡羅來納州的查爾斯頓；歐洲排名最高的是西班牙阿爾赫西拉斯，列第10位。此外，美國十大港口處理的總貨運量約為歐洲十大港口的79%，僅為中國十大港口的27%，顯示出巨大的運力差距。這些差距影響了成本控制措施，延長了美國和歐洲市場的運輸時間，進一步加劇全球供應鏈效率問題。

如果不改善美國和拉美的海運基礎設施，對材料和元件日益增長的需求可能會被嚴重延遲，甚至給整個行業帶來更大問題。除了基礎設施欠缺之外，港口還面臨其他干擾，進一步延遲了供應鏈。半導體行業的供應鏈冗長，容易受到干擾，路徑和運輸方式變更十分困難。

此外，鐵路和地面運輸需求正在上升，但若基礎設施無法跟上，問題將進一步擴大。成本上升迫使企業提高價格或尋找其他運輸方式——通常比鐵路更貴——而更換鐵路服務商也因地域限制而十分困難。在散裝公路運輸中，大宗化學品運輸充滿挑戰。例如，許多承運商避免運輸廣泛用於晶圓廠清洗的過氧化氫，因為它需要額外的駕駛員培訓，可能對裝置造成損壞，並需要額外的清洗。這些問題凸顯出在可能的情況下需推進半導體運營的本地化。

人才短缺

半導體行業正面臨普遍的人才短缺問題。2018年至2022年間，美國和歐洲技術職位的招聘釋出年均增長率超過75%。這一短缺源於高流動率、即將退休的老齡化勞動力、因行業增長而導致的人才需求上升，以及培訓專案不足或畢業生轉投其他職業方向所導致的供給不足。人才短缺是一個全球性問題。印度、沙烏地阿拉伯和阿聯酋等國家也在努力建設半導體生態系統並吸引投資，同樣面臨勞動力短缺。半導體公司需要新的戰略來彌補這一缺口。

例如，人才叢集——擁有大量半導體企業和技術人才的區域——透過專業人員之間的接近性促進知識共享與協作，從而推動創新。這些叢集還因其集中的人才和完善的基礎設施更容易吸引公共和私人投資，降低初創企業和新專案的風險。

半導體行業的未來之路

雖然企業目前面臨高額資本支出壓力，但在美國和歐洲建設的晶圓廠在運營成本上比亞洲高出多達35%，其長期影響仍不確定。在美國和歐洲建廠的企業必須調整其成本結構、利潤接受度或產品組合，以使這些資產具備可行性，尤其是在缺乏系統性財政支援以彌補地區成本差異的情況下。美國和歐洲的持續投資將加劇解決這些問題的緊迫性。

製造商必須找到應對成本上升的方法，而這些成本大多是結構性的，若不顯著調整成本構成將難以改變。如工程設計變革等創新措施可能有助於降低人工成本，但需要大量研發投入。對勞動力、技術和材料的日益增長的需求正在推高價格，使得降低成本變得更加困難，尤其是在製造商議價能力不同的情況下。製造商可以採用遠期合同和成本應對措施，例如將材料成本與大宗商品價格掛鉤，以管理價格波動的不可預測性。

美歐半導體利益相關方需要評估如何提升材料消費能力，以確保供應鏈產能擴充套件與晶圓製造擴張水平相匹配。企業還需管理日益增長的材料消費相關的供應鏈，同時認識到原材料產地可能高度集中於少數國家，這會帶來潛在瓶頸。

在ATP方面，《晶片與科學法案》已為國家先進封裝製造計劃預留了30億美元，為“國際技術安全與創新”預留了5億美元，旨在提升ATP韌性。加之ATP企業在其他市場投資建廠的意願上升，全球產能可能會像當前最前沿的晶圓廠那樣實現一定程度的再平衡。

在新技術創新方面，擴大現有製造中心或新建生態系統對於構建新的人才體系至關重要。具備半導體專長的區域可提供更廣泛的人才池。一些大型半導體公司正透過在現有中心培訓員工並將知識帶回新中心的方式發展專業能力。提升半導體行業職位的吸引力需要重新思考職業發展路徑、提升員工技能，併發掘未充分利用的人才群體，包括女性和老年人。要留住專業人才，還需要優先考慮工作靈活性、技能分享資源和包容性等文化因素。

隨著全球在經濟發展和國家安全等方面對半導體產業投入加大，該行業正面臨重大變革。行業參與者必須應對成本結構變化、供應鏈和物流挑戰、材料消耗在地緣政治緊張局勢下的上升、擴張計劃下材料資源的相對稀缺，以及前所未有的人才缺口。企業如何應對這些挑戰，將直接影響到整個行業在2030年前實現1萬億美元或更高收入目標的能力。

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