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《一看就懂的半导体：适合所有人的科技指南》
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半导体行业现在是世界上最大、最有价值的行业之一。在众多重叠的变量和市场力量的塑造下，半导体行业在不断变化。接下来我们将重点介绍影响该行业的历史、目前的健康状况和未来增长前景的5个关键趋势。🔥 群内不定期开启抽奖活动，请添加号主微信 Lucifer-0622 进群参与（备注：赠书活动进群）
半导体销售主要由电子工业驱动，具有高度的周期性和波动性，其特点是繁荣和萧条的周期可能持续多年（见图1）。最近，市场在2019年收缩了10%以上，主要是由于存储器价格的下降，但在2020年反弹，增长接近7%（SIA Factbook, 2021）。半导体存储器像日用消费品一样，对价格高度敏感，比非存储器半导体的波动性大得多（SIA Databook, 2021）。![]()
图1 2000-2020年半导体市场销售年增长率（SIA WSTS, 2021年）为了管理硅周期和每年的波动性，半导体公司必须能够控制成本，同时不牺牲对研发的关键投资。对于总部设在美国的半导体公司来说，制造是最大的支出，平均占总成本的近三分之一，接下来是研发、折旧和摊销，以及销售和管理费用（SG&A）（SIA Databook，2021）。无厂化设计公司和IDM的成本可能有很大的不同，IDM由于拥有晶圆厂而拥有更多的资本设备支出。如果你的资产负债表上有来自生产设施的大量固定成本，那么要经受住行业衰退的考验就是真正的挑战。你不得不为所有这些设备支付费用，即使工厂只以50%的产能运行。由于制造和资本设备成本的增长，在过去20年里，生产支出在总成本中的比例已经大大增加。技术进步的快速发展，促使半导体公司在核心研发上投入明显的高额资本。自1999年以来，美国公司将年收入的15％至20％投入研发，是除制药和生物技术以外的美国高科技行业中最高的（见图2和图3）。此外，美国公司每年将销售额的8-20%投入到新的财产、厂房和设备中，是除替代能源以外的所有行业中最高的（SIA Databook, 2021）。由于企业保护其长期的竞争优势，资本和研发的投资一直相对不受销售波动的影响。根据美国半导体公司向USSEC提交的10K和10Q文件以及SIA估计的数据，从2000年到2020年，半导体研发和资本支出逐年增长5.6%，仅在2020年，美国公司的支出就高达742亿美元（SIA Factbook, 2021年）。![]()
图2 研发支出占销售额的百分比（SIA Factbook, 2021）![]()
图3 2000-2020年研发和资本支出（SIA Factbook, 2021）在过去几十年里，一系列因素导致该行业的工资和生产力超过了其他行业。例如，平均年工资已从2001年的约8万美元增长到2019年的16万美元以上，是所有制造业工作平均工资的两倍多（SIA Databook, 2020）（见图4）。![]()
图4 平均工资——半导体制造业工作、所有制造业工作和所有工作
此外，每个员工的收入也是强有力的生产力指标，它在过去20年里翻了一番，在2020年达到接近571000美元（SIA Databook, 2020）。与大多数行业不同的是，平均销售价格的增长速度等于或高于通货膨胀率，单位成本的下降速度足以让公司在不过度提价的情况下保持盈利能力。在重要原材料或制造成本价格下降的大环境下，只有通过提高生产效率，才能实现稳定的盈利。正如我们在图5中看到的那样，半导体行业的收入以剧烈波动而闻名，但对人员和技术的广泛投资还是为整个行业带来了强劲的总回报。盈利集中在最大的竞争者身上，他们有足够的规模抵御经济衰退，并利用个人电脑和智能手机等颠覆性技术，自1999年以来，销售平均获得约20%的税前利润，毛利率达到37%至57%（SIA Databook, 2020）。![]()
图5 2000-2020年全球半导体销售额（SIA WSTS, 2021）未来5年的预期增长看起来很有希望，目前的预测估计，市场总值到2026年大约为7750亿美元，年化增长率略低于8%（Lucintel, 2021）。主要的增长动力包括：1）由于家庭可支配收入增加，城市化进程加快，人口快速增长，对消费电子产品的需求增加（Fortune Business Insights, 2021）；2）快速扩张的新兴经济体对集成电路的需求不断增长（Fortune Business Insights, 2021）；3）技术驱动力，包括物联网（IoT）、智能手机、5G通信，以及人工智能和机器学习（AI/ML）（Columbus, 2020）。如果要证明半导体行业的光明未来就在前方，那就看看COVID-19的大流行（新冠疫情）吧。在疫情开始时，分析师预测销售额将缩减5%至15%，但2020年的销售额实际上从2019年的4130亿美元增加到约4400亿美元，增长率为5.1%（Bauer et al., 2020年）（SIA Factbook, 2021）。由于消费者被困在家里，不花钱买汽油、度假或新的办公室衣柜，他们把钱用于新的在家工作的电脑和游戏系统上。汽车、工业和部分消费市场的需求减少又被服务器需求、个人电脑以及人工智能和5G等长期增长领域抵消了，帮助该行业超越预期并保持健康的增长轨迹（eeNews, 2021）。英伟达是图像、人工智能和加密货币的处理器的领先者之一，在2021年的每个季度都创造了新的季度收入记录，在2021年8月报告的季度收入达到了65亿美元的高峰（Tyson, 2021）。尽管在过去的几十年里，新技术和个人计算机、服务器和手机的爆炸性增长对整个行业来说是福音，但高度整合对许多公司产生了不利影响。随着SoC设计变得越来越复杂，晶体管被推向其物理极限，设计和制造成本从来没有像现在这么高。该行业的盈利能力一直依赖于研发突破带来的持续的成本削减。作为一个整体，这已经取得了成功，成本从2001年的每片0.98美元缩减到2019年的约0.63美元（SIA Databook, 2020）。除了降低每颗芯片单位成本的压力外，公司还面临着从每台设备中获得更多收益的巨大压力——这对消费者来说是福音，因为他们可以用更低的成本获得更大的计算能力。这种降低成本和提高性能的双重压力，推动了竞争对手之间的激烈竞争，并导致了我们今天看到的综合巨头。这种模式并不是半导体独有的——资本密集型行业往往有利于规模，因为膨胀的固定成本可以在更高的年收入中分摊或分期偿还。毫不奇怪，小公司的销售成本（COGS）占收入的百分比明显较高，因为它们缺乏与大公司竞争的开销和规模经济。这个趋势在很大程度上与推动更大的整合一致，自2015年以来，平均每年的交易量延伸到688亿美元（IC Insights, 2021）。仅在2020年，就有三起大型收购案跻身行业前五大半导体收购案——英伟达以400亿美元收购ARM控股公司，AMD以350亿美元收购赛灵思，以及模拟器件公司（Analog Device）以210亿美元吞下美信公司（Maxim）（IC Insights, 2021）。由于设计支出的激增和晶圆厂成本接近200亿美元，只有拥有足够实力和资本的公司才能将固定成本分摊到水平足够高的年收入和单位数量上。结果形成了赢家通吃的态势，前五家公司（三星、英特尔、台积电、高通和苹果）的年利润总额为355亿美元，而行业其他公司的年利润为287亿美元（McKinsey & Company, 2020）（见图6）。这样的动态促使企业要么做大，要么破产，导致了过去几年的快速整合期。根据麦肯锡2018年的一份报告, 2001年有29家公司提供先进的晶圆厂服务，而现在只有5家，其中只包括两家主要的代工厂、几家EDA公司和一家光刻机供应商（ASML）。图6 按五份划分的半导体公司平均年利润（S&P, 2019）（McKinsey & Company, 2020）
近年来，整合的趋势越来越快——最有价值的51家半导体公司的收购案有一半以上是在2015年以后发生的（Design and Reuse, 2021）。继续整合似乎是可能的，但是，考虑到美国主要的半导体公司很少有保持独立的情况，目前还不清楚会持续多久。图7清楚地反映了这种势头，它描述了过去10年的半导体并购活动。在这个资本密集型的行业中，前10家半导体公司拥有55%的市场，小公司为了生存而挣扎，不得不通过发展来保持竞争力（Hertz, 2021）。![]()
为了了解这个图表的背景，有几件事需要注意：①这些是交易公告，所有的交易不一定都能落实。这可能有多种原因，包括被股东拒绝，管理层的抵制，以及得不到监管部门的批准，就像2016年高通公司以近400亿美元收购恩智浦（NXP）的失败。② 2011-2020年的基础累积估值数据来自《麦克林报告》（IC Insights 2021 McClean Report） （ IC Insights, 2021）。2021年的基础累积估值数据估计为220亿美元，但只包括前8个月的并购公告报告（Design & Reuse, 2021）。③我们借用了《麦克林报告》中的基准假设，最主要的假设是覆盖范围包括“半导体公司、业务部门、产品线、芯片知识产权（IP）和晶圆厂的购买协议，但不包括IC公司对软件和系统级业务的收购……半导体资本设备供应商、材料生产商、芯片封装和测试公司以及设计自动化软件公司之间的交易”。在充分披露的情况下，虽然我们试图模仿IC Insight对所有焦点交易的限制条件，但根据他们使用的限制条件，可能有一些交易不应该被包括在内，或者高估了个别交易的净值，因为这些交易的一部分或交易本身可能属于其中的一个限制类别。例如，在2016年，仅所有收购的总价值就超过了IC Insights估计的1030亿美元的并购活动——很可能每笔交易的一部分或其中一笔交易本身没有包括在IC Insight的净估计中。他们对最终被监管机构拒绝的恩智浦收购案的价值估计也有差异——IC Insights估计这个交易的价值为385亿美元，而我们引用的是在宣布收购时的估值470亿美元。对于本图所要传达的整体信息来说，这些错误并不重要，但为了准确起见，必须注意，任何单个交易的价值相对于任何特定年份的净并购活动的比例可能过高。前面5个小节涵盖了很多内容；图8给出了我们考察的5个主要行业动态的摘要。图8 主要半导体行业的动态
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