透過ASML(ASML.US)投資者日的窗口，我們能夠看到，儘管晶片產業面臨許多不確定性因素，如地緣政治和經濟波動，整體市場依然展現較強的韌性。以ASML為例，2024年公司確認了其到2030年的財務預期——預計年收入將在440億至600億歐元之間，毛利率在56%至60%之間。這一預期與2022年公佈的目標一致，表明ASML在全球半導體產業中的戰略穩定性和持續成長潛力。
而放眼整個半導體產業，資本支出的持續增加和技術創新的推進進一步印證了半導體產業在全球經濟格局中的核心地位。值得關注的是，中國作為全球最大的半導體市場，其在產業鏈中的參與度和影響力正逐漸上升，正成為這領域中不可忽視的力量。
資本角逐下的半導體產業
資本支出是衡量半導體產業發展狀況健康與否的重要指標。根據ASML投資者日中的信息，如下圖所示，從2015年到2024年，半導體生態系無論是息稅前利潤(EBIT)還是研發支出(R&D)的數值都連年增加，其中EBIT平均每年的成長率為10%，研發支出略高於前者，成長率達到12%。(註：EBIT簡單來說，就是一家公司在扣除利息和所得稅之前的利潤。EBIT與淨利潤的區別是：EBIT更直接反映了企業核心業務的獲利能力;淨利潤反映企業整體的獲利能力。)
儘管市場低迷，但在2023年該生態系統仍創造了超過8650億美元的息稅前利潤(EBIT)。預計2024年半導體產業的EBIT將達到10460億美元，而研发支出將達到5410億美元。半導體生態系統已經將大約一半的息稅前利潤用於推動長期創新和成長，ASML預計这一趋势将继续下去。足見半導體生態系具有強大的推動創新的能力。
2015年到2024年(預測值)的研發支出和息稅前利潤的變化趨勢。
(圖源：ASML 2024投資者日)
2024年，晶片產業正掀起一場空前的“研發競賽”，全球半導體巨頭在技術創新上的投入達到了前所未有的高度：
晶圓代工巨頭台積電(TSM.US)的研發投入由2019年的905億元(新台幣，下同)一路成長至2023年1787億元。張忠謀在今年底揭開台積電成功的秘密時曾言，早在他79歲時(14年前)就確定台積電每年的研發支出達營收的8%。法人預估，今年台积电营收有望挑战新台幣3百萬元(3万億元)，依此估算今年研發經費投入將成長至2400億元水平。
2024年第三季，三星半導體的研發支出達到了歷史最高水平，約為8.87兆韓元，比上一季成長了9.24%。另外，三星電子正在韓國器興園區興建半導體研發綜合體，佔地面積約10.9萬平方米，計劃到2030年投資20兆韓元。
ASML的研發支出從2014年的11億歐元一路攀升至2024年的預計43億歐元，近十年間成長了近四倍。2024年研發支出佔ASML 280億歐元总收入的15%。預計到2030年，ASML的研發投入將達到60億至66億歐元。
目前半導體產業市值最高的晶片公司英偉達(3兆美元)，其研發投入從2017年的14.63億美元成長至2024年的86.75億美元，期間研發費用增加了近6倍。目前，Nvidia 控制著超過80%的AI晶片市場。支出的大幅增加凸顯了 Nvidia 不斷創新的決心，特別是在 AI 硬體和軟體方面，這對於其在競爭日益激烈的市場中取得成功至關重要。
博通(AVGO.US)公司的研發支出從2017年的32.9億美元成長至2023年的 52.5億美元，2024財年在AI的驅動下，博通的研發投入更是達到了93億美元历史新高。這樣的高研發使得博通擁有了超過 23000 項專利，其中IP領域鋼彈21000項，為Broadcom在半導體技術和基礎設施軟體市場中建立了強大的競爭力。
這些高額研發支出彰顯了企業對半導體市場長期發展的信心。從自動駕駛、智慧家庭到醫療健康和工業自動化，人工智慧的快速普及正不斷推動對高效能運算的需求。特別是在AI的驅動下，半導體產業迎來了巨大的成長潛力。ASML重申了對2030年全球半導體銷售額突破1兆美元的樂觀預期，預計全球半導體銷售額在2025-2030年期間將以9%的複合年增長率成長。然而，ASML同時警告，人工智慧在消費領域的普及速度仍存在一定的不確定性。
在整個半導體產業的資本支出中，晶圓廠建設無疑是最昂貴的領域之一。近年來，全球各國紛紛推出政策，力圖提升本地晶圓製造能力。從建設規模來看，未來亞洲仍將是全球半導體製造的核心區域。根據ASML的數據統計，亞洲預估新建78座晶圓廠，佔全球新建晶圓廠數量的多數;相比之下，美洲預估新建18座，歐洲及中東則預估新建12座。具體來看，全球領先的晶圓廠商正透過巨額投資在全球加速擴展產能：台積電在美國、歐洲、台灣等地投資佈局;三星在美國和韓國設立新廠;SK海力士在美國和韓國擴展產能;美光也在美國和日本設廠;英特爾除了在美國本土投資，还在歐洲扩展;日本新興公司Rapidus也在日本佈局。
同時，從ASML描繪的全球半導體生態系統圖表可以看出，中國企業正產業鏈各環節逐步嶄露頭角。以比亞迪、阿里巴巴、小米和騰訊等為代表的中國企業，在硬體、晶圓製造以及服務領域的影響力與日俱增，正逐漸成長為這生態系中不可忽視的關鍵力量。在人工智慧領域，根據中國信通院發布的《2024全球數位經濟白皮書》，截至2024年第一季，中國已擁有71家AI獨角獸企業和478個大模型，顯示出強勁的技術發展勢頭。
在業界比較不同公司的EBIT，可以了解公司在產業中的競爭地位。
(圖源：ASML 2024投資者日)
受AI推動，摩爾定律繼續向前
摩爾定律近年來受到的質疑頗多，但就ASML的研究來看，摩爾定律在算力領域仍然是很健康的。每個封裝中的電晶體數量仍每兩年翻一番，預計到2030年將達到一兆個電晶體。而且，生成式AI的發展將加速摩爾定律的進程，生成式AI和高效能運算(HPC)的成長速度已超越摩爾定律，後者的成長速度達到了每兩年16倍的提升。到2030年，超過70%的資料中心需求可能將由AI驅動，其中生成式AI将占据超過90%的計算需求(FLOPs)。
因此，對於半導體產業而言，縮小電晶體仍是降本增效最簡單的方法。半導體生態鏈上的企業也將從各個維度繼續推動晶片微縮。
首先在先進製程方面：
1)台積電在先進製程領域佔據重要領導作用，2025年，台積電預計2nm將於2025下半年量產。根據台積電在IEDM 2024上的演講，英式積電N2比N3速度提升了15%，功耗降低了30%，晶片密度提高了1.15倍以上。
2)英特爾也在推動18A的量產。2024年8月，英特爾宣布其18A晶片已上電運行，並順利啟動作業系統，將用於2025年推出的新一代客戶端和伺服器產品。
其次，先進製程的持續推進與算力的提升，離不開先進封裝技術的支持。未來較長一段時間內，3D封裝與2D封裝等先進封裝技術的協同發展，將成為提升晶片密度與性能的關鍵驅動力。根據Yole最新發布的《2024年先進封裝市場狀況》報告，預計2023年至2029年，全球先進封裝市場的複合年增長率(CAGR)將達到11%，市場規模可望擴展至695億美元。
在3D封裝領域，代表性技術包括台積電的3D-Fabric、英特爾的Foveros，以及三星的X-Cube。同時，2.5D封裝技術(如CoWoS)在AI晶片應用中展現了重要作用，台積電正在擴充CoWoS產能，目標是從2024年的33萬片大幅擴中至2025年的66萬片。另外，台積電與日月光等企業正加速佈局扇出型面板級封裝(FOPLP)科技。
再者，光刻機在半導體產業鏈中的戰略價值不可忽視，無論是High-NA EUV、EUV，還是DUV科技，都在先進製程中扮演關鍵角色。目前，英特爾已率先採購了ASML的最新一代High-NA EUV光刻機，台積電和三星也陸續釋放出採購需求。根據ASML的預測，全景光刻(Holistic Lithography)設備業務在2025年至2030年間預計將以超過15%的年複合成長率(CAGR)持續發展，並維持較高的毛利率水平。在具體應用方面，ASML預測，在先進邏輯晶片領域，EUV光刻設備的複合年增長率為10%-20%;而在DRAM儲存晶片領域，這一增長率更高，預計達到15%-25%。這進一步凸顯了EUV科技在支撑先进制程、滿足多樣化市場需求中的重要作用，以及其对推动半导体科技革新的核心地位。
最後，在人工智慧、高效能運算(HPC)和資料中心等算力密集應用中，儲存技術的效能提升是算力提升的重要支柱。
1)近年來，HBM憑藉高頻寬、低延遲和高能效等特點，成為AI晶片標配。如下圖所示，自2020年以來，Nvidia的AI晶片逐步提升HBM的配置，從Ampere晶片的5片HBM2e(80GB)逐步擴展到2027年預期的Rubin晶片，配備12片HBM4。
2)另外，AI也在推動DRAM架構的演變。傳統的馮·諾依曼架構將處理單元與儲存單元分離，導致頻繁的資料傳輸限制了系統的效率。存內計算(PIM)也是產業界努力的一個方向，PIM透過記憶體和邏輯單元的整合降低了資料傳輸功耗，同時減少了處理單元對高頻資料交換的依賴。
英偉達AI擴展路線圖：HBM內存容量迅速增加
(圖源：ASML 2024投資者日)
中國芯崛起：成熟過程成發展重心
在半導體的競賽中，如前文所述，以往幾乎被歐美、日韓企業主導的半導體產業版圖中，中國企業的存在感正逐步加強。中國企業正以成熟過程為突破口，在全球半導體版圖中逐步崛起。
根據ASML的分析，半導體市場可分為“先進領域”和“主流領域”，先進領域主要涉及逻辑芯片、MPU(微處理器)和DRAM等高端應用，這些技術高度依賴極紫外光刻(EUV)等先進製程，應用場景集中於美國、韓國和台灣等科技前沿地區;而主流領域则涵盖了模拟芯片、功率晶片、感應器、NAND快閃記憶體等日常需求量較大的晶片產品，主要採用ArFi、ArF、KrF和i-Line等光刻技術，區域分佈廣泛，覆蓋了歐洲、日本和中國等半導體消費大國。
面對全球半導體產業格局，中國企業選擇了一條更貼合自身優勢的發展道路——發力在主流領域，聚焦成熟過程。據TrendForce統計，到2024年底，中國大陸將有32座新建成熟晶圓廠加入市場，加上原有的44座，大陆将在成熟制程领域占據重要地位。這些成熟晶圓廠催生了大量DUV光刻機的需求。其中在2024年第二季度，ASML有49% 的淨系統銷售額來自中國。
ASML在投資者日中分析了DUV的價值，儘管EUV技術在先進過程中已被廣泛採用，但DUV因其成熟度、性價比和廣泛的應用場景，仍是目前許多製造環節的關鍵。DUV技術仍然是半導體產業的重要核心工具，並將在未來持續發揮主力作用。
自1988年ASML首台光刻機進入中國，其已進入中國市場30餘年。儘管近年來面臨許多挑戰，但ASML在合規合法的前提下，仍在積極尋找與中國大陸市場的合作機會。2024年中國國際進口博覽會上，ASML展示了3款旗艦DUV光刻機，包括TWINSCAN NXT: 1470、NXT: 870和即將推出的XT: 260，這些機型吸引了廣泛關注。其中，NXT: 1470是一款產能強大的雙平台ArF乾式微影設備，成為業界首款每小時晶圓產量突破300片的系統;而NXT: 870則是一款高效能的KrF光刻設備，其每小時晶圓產量更是高達330片。这两款产品在精度与速度方面均取得了显著突破，為客戶提升生產效率和產能提供了強大支持。
ASML認為，DUV科技將在未來的半導體產業中繼續發揮主力作用，特別是在支援類比晶片、功率元件和感測器等成熟製程的製造中。
半導體的未來：效能與能耗的博弈
在未來的半導體產業發展過程中，從技術上來看，未來半導體產業的發展趨勢可歸結為兩大核心目標：
第一是持續提升性能和算力，以滿足人工智慧、高效能運算等新興領域的需求。
具體而言，在先進製程領域，晶片技術節點微縮將繼續。如下圖所示，從2025年的2nm發展到1.4nm、1nm一直到sub-0.2。
半導體製造商將繼續推動縮小晶片尺寸
(圖源：ASML 2024投資者日)
先進封裝技術(如3D堆疊與2D封裝)成為提升晶片密度與性能的重要手段。前端3D集成為包括NAND、DRAM和邏輯晶片在內的所有半導體產品都提供了新的發展空間，隨著中介層尺寸的擴大，大視野曝光系統的重要性日益凸顯。為因應此趨勢，ASML計劃於今年(2025年)推出一款名為XT:260的光刻系統，它是基於ASML獨有的雙工作台技術，採用了廣受認可的XT4平台，具備雙倍視場曝光能力，显著提升性能并降低晶圆成本，适用于从先进封裝到主流市场的广泛应用需求。
先進封裝可以受益於XT:260更大的曝光區域
(圖源：ASML 2024投資者日)
混合鍵合和光互連等互連技術也在提高晶體管密度方面扮演關鍵角色。例如，在DRAM技術路線圖中，未來的D1c(2025年)、D1d(2027年)等節點均依賴晶圓鍵合技術的創新。同時，6F2架構將在2025至2030年間持續發展，透過多層疊加和存儲、邏輯多層鍵合，進一步提升晶片密度。到2031年，6F2+CBA(Cell-based Architecture)將成為新階段，實現密度的再一次飛躍。
在光互連方面，2024年6月，英特爾推出的業界領先OCI(光學運算互連)芯粒，展示了光通訊在高頻寬、低功耗長距離傳輸中的潛力。該芯粒與CPU整合，支援64個32Gbps頻道，可運行在最長100米的光纖上，滿足AI基礎設施對算力、頻寬和能源效率的嚴苛需求。
第二是隨著人工智慧、物聯網和5G等領域的快速發展，對功耗的控制和成本的最佳化將變得愈發重要。從整個產業鏈的角度來看，無論是晶圓製造、設計研發、設備供應還是封裝測試環節，各個細分領域都在透過創新策略共同推動成本的降低與能耗的最佳化
從半導體製造的核心環節——光刻工藝的角度出發，ASML提出了三種降低晶圓圖案化過程的總體成本和碳排放優化策略：
1)增加每步驟製程中合格電晶體的數量，以提高生產效率。
2)簡化整體製程，減少不必要的步驟，降低複雜性。
3)最大限度減少每個處理步驟的成本和排放，優化每一步驟的能源效率。
在價格敏感的DUV領域，ASML則透過全景光刻價值公式解決DUV光刻過程中的核心價值與成本驅動因素。這個公式涉及光刻中的四個關鍵要素：圖形化良率(Patterning Yield)、解析度(Resolution)、精確度(Accuracy)和生產力(Productivity)，並以此優化系統成本、使用壽命、營運成本和環境成本。
ASML全景光刻價值公式
(圖源：ASML 2024投資者日)
只有在降本與節能中實現技術突破與生態協同，全球半導體產業才能在永續發展的道路上走得更遠。
結語
展望未來，如同ASML在2024投資者日上所總結的，半導體產業的長期前景仍然充滿希望，全球半導體銷售額將以9%的複合年增長率(2025-2030年)成長，到2030年超過1兆美元。
然而，半導體產業的未來並非一帆風順，變數依然存在。地緣政治的不確定性可能影響全球供應鏈的穩定性，AI的普及速度將決定先進製程和晶片架構的升級步伐，新一輪產能擴張可能導致短期內的供需波動，而新技術的突破也伴隨著製程複雜性、成本壓力與經濟可行性的嚴峻挑戰。
在機會與挑戰並存的時代，半導體產業需要更敏捷地適應變化，更深入地推進技術創新，同時更緊密地建構全球協作生態。無論是從市場的多樣化需求，還是從技術演進的必然法則來看，半導體產業的未來不僅是創新的延續，更是對靈活性、效率和永續性的全面考驗。面對複雜的產業環境與宏觀趨勢，唯有保持開放視野、洞察前沿趨勢並以策略定力因應變化，才能在全球競爭中佔據主動，並為數位化未來提供堅實的基礎支撐。
本文轉載自“半導體產業觀察”公眾號，FOREXBNB編輯：蔣遠華。
