麦肯锡：半导体行业面临前所未有机遇，规模化扩张挑战依然严峻

麦肯锡公司（McKinsey & Company）于2025年4月21日发布报告《Semiconductors have a big opportunity—but barriers to scale remain》。该报告概述了全球半导体产业面临的机遇与挑战，强调尽管各国家或地区加大投资以推动本地制造和供应链建设，但行业仍受制于高昂成本结构、原材料供应集中、物流瓶颈、材料消耗增长及严重的人才短缺。这些因素可能阻碍已宣布项目的扩展效果，从而影响行业在2030年实现万亿美元营收目标的能力。

一、半导体产业资本与运营成本

在过去几年里，各国被鼓励战略性地实现半导体制造和供应链的区域化。例如在美国，《两党基础设施法案》、《芯片法案》、《通货膨胀削减法案》以及各州特定的激励措施都为半导体行业提供了重大机会。其他市场，如欧洲、印度、日本、中国大陆、东南亚、韩国和中国台湾，也提供了类似的激励措施。因此，全球支持半导体的公共资金使各国能够在本国建设更多的晶圆厂。然而，在美国，先进逻辑晶圆厂等前端产能的前期资本投入和长期运营成本，以及材料、封装和其他环节的成本，相对于中国大陆、东南亚和中国台湾等地区而言较高。欧洲市场的前期资本投入较美国低，但运营成本更高。

考虑到不同产业的发展差异，成本结构的变化尤为重要：汽车和工业领域投资呈下降趋势，而人工智能和计算领域则表现出色。因此，成本结构的变化预计将对专注于汽车和工业的公司产生更严重的影响。与此同时，人工智能不成比例地推动了对少数供应商和分销商的投资和需求，这提高了这些领先公司的定价权和盈利能力，而其他行业仍在努力从最近的衰退中复苏。

根据麦肯锡的分析，即便考虑政府补贴，美国和欧洲市场建设半导体晶圆厂的成本仍高于中国台湾和中国大陆市场。在美国建造一个标准的成熟逻辑晶圆厂的成本大约比在中国台湾建造的同类设施高10%，且其运营成本比中国台湾高最多35%。欧洲的运营成本大致与美国相当，因为欧洲较高的能源成本被较低的劳动力成本所抵消。与中国台湾市场相比，中国大陆在总补贴运营费用方面具有最多20%的成本优势，在补贴资本支出方面则有最多40%的优势。然而，这项分析并未充分考虑晶圆厂规模的差异；在中国台湾，规模较大的晶圆厂比欧洲、中国大陆和美国通常较小的晶圆厂更能受益于规模经济。

将高成本晶圆厂建在美国本土虽然能带来韧性提升、缩短交期和创造就业等好处，但其底层成本结构可能导致最终芯片消费者承担更高费用。以美国为例，公共资金主要用于抵消前期资本支出，但相较其他地区，用于长期运营成本的激励较为有限。

这一轮产能扩张可能加剧半导体供应链的周期性波动。随着各地激励政策推动晶圆厂建设，市场需求的不确定性（如人工智能对需求的影响速度、汽车芯片复苏及消费电子前景）可能导致产能利用率下降。由于半导体行业普遍依赖高于75%的产能利用率以实现经济效益，低利用率可能引发新一轮繁荣与衰退周期。

二、先进节点制造与封装的材料需求增加 

先进芯片（尤其是小于10纳米）和先进封装技术所需的制造工艺日益复杂，推动了对各类关键材料的需求。然而，美国和欧洲的投资主要集中在先进制造产能上，投入到半导体材料的比例较小。这意味着，两地在满足对基础和特种材料的需求方面，可能将进一步依赖目前主要由亚洲生产的国际产能。

具体来说，随着半导体技术向更小的节点发展，用于生产单个晶圆的掩模层数显著增加。例如，一个65纳米制程的晶圆可能需要约40层掩膜，而先进的5纳米或3纳米制程则可能需要多达110层。这种掩膜层数量的急剧增长也带动了材料与工艺复杂度的大幅提升。

除芯片节点尺寸外，先进封装（AP）也在增加材料消耗。许多先进封装技术使用中介层或基底芯片来连接多个芯片，需要在制造过程中使用载体晶圆，或者包含越来越多的互连结构（例如，硅通孔）。所有这些新增工艺步骤都需要比传统技术更多的材料。

到2030年，美国新增产能中约有26%将用于7纳米及以下制程节点，欧洲则为11%，分别高于当前的15%和6%。随着先进封装对掩膜层和材料消耗的提升，美国的材料使用总量可能增长多达60%，欧洲则增长65%，且大量材料可能依赖国际供应。这一材料增长幅度超过同期晶圆产能的增长比例，对供应链形成更大压力。

三、关键原材料与封装环节的离岸集中

制造半导体材料的主要挑战之一，不仅在于最终产品的生产，还在于流程初期对关键原材料和零部件的获取。尽管大多数工艺材料在全球范围内都有一定可得性（除少数主要由日本生产的材料外），但关键原材料如镓、锗、铜和钨则高度集中在少数几个地区。这种地理集中性使中间化工制造商对这些地区产生依赖，而其中一些区域具有地缘政治敏感性。

尽管半导体行业对这些关键原材料的全球总需求相对较小，但由于供应集中在少数国家或地区，一旦出现出口限制，则可能对整个行业造成干扰。对于这些资源不具优势的国家、地区和企业而言，将在很大程度上依赖进口材料。

钨（六氟化钨的前驱体，最终用于在半导体中沉积钨金属）、锗（用于生产硅锗晶圆）和钴等材料具有高度集中供应的特征，超过70%的市场份额由单一国家或地区控制，可能加剧供应链瓶颈。与晶圆制造可在全球布局不同，这些关键原材料的获取受限于地理条件——一个国家或地区要么拥有资源，要么没有，从而使供应链更容易受到干扰，或不得不转向成本更高的替代品。

除了半导体制造所使用的材料外，标准和先进封装（ATP）领域也存在全球不平衡。统封装主要集中在低成本市场，其中中国大陆、东南亚和中国台湾约占全球供应的75%。相比之下，欧洲、中东地区和美国在传统ATP的全球供应中分别仅占不到5%。

对于先进封装来说，这种趋势更为极端。西方市场在先进封装制造能力中的份额极低。逻辑芯片的先进封装主要集中在中国台湾地区，该地区拥有全球超过70%的产能；而高带宽存储器（HBM）的先进封装则主要集中在韩国，韩国占据了全球约85%的产能。从先进封装产能的本地化情况来看，这种差距更为明显——中国台湾地区几乎占据了全球高带宽内存产能的全部剩余份额，而韩国还占据了全球逻辑芯片先进封装产能的13%以上。相比之下，美国仅占全球逻辑芯片先进封装产能的1%，而在全球高带宽存储器先进封装产能中占比为0%。

四、产能转移与材料需求上升引发的物流问题

除了材料前驱体的可得性与封装测试（ATP）产能配置之外，半导体供应链还面临多重风险，如物流效率、基础设施状况以及供应链各环节企业的财务稳定性。最新供应链韧性评估显示，湿化学品、大宗气体和三氟化氮特种气体是最适合进行本地化（onshoring）或近岸外包（nearshoring）的关键运输环节。

即使整个供应链在财务上保持健康，并具备按需扩张的能力，物流基础设施仍然至关重要，因为它直接影响关键材料的准时交付，从而保障半导体生产的连续性和运营效率。

当前，美国和欧洲缺乏世界领先的海运港口，这加剧了材料交付问题。全球排名前20的港口中，仅有5个位于欧美（美国2个，欧洲3个），而亚洲占据14个，显示出亚洲在航运基础设施方面的主导地位。北美排名最高的港口是全球第53位，位于美国南卡罗来纳州的查尔斯顿；欧洲排名最高的港口是全球第10位，位于西班牙的阿尔赫西拉斯。此外，美国十大港口的处理量仅为中国前十大港口的27%，凸显欧美在港口容量上的显著差距。这些差异推高了运输成本，延长了交货时间，进一步削弱了全球供应链效率。

如果美国和拉丁美洲无法改善海运基础设施，未来对材料和零部件日益增长的进口需求可能将面临严重延误，甚至对整个半导体行业造成更广泛的影响。除了基础设施不足外，港口还受到其他干扰，进一步拉长供应链周期。由于半导体供应链链条冗长，一旦运输路径或方式发生变化，调整将非常困难。

此外，铁路和公路运输需求正在上升，但如果基础设施未能同步改善，可能会引发更多问题。不断上升的成本迫使企业提高价格或寻找其他运输方式，而更换铁路服务商因地理限制较为困难。大宗化学品陆运也面临挑战，例如过氧化氢作为晶圆厂清洗剂使用广泛，但运输难度高，许多运输商因其需要额外培训、可能损坏设备及需额外清洗而回避运输。这凸显了在可能范围内本地化半导体运营的必要性。

五、人才短缺

半导体行业正面临普遍的人才短缺问题。2018年至2022年间，美国和欧洲技术岗位的招聘需求年均增长超过75%。这种短缺源于员工流失率高、劳动力老龄化、行业扩张带来的高人才需求，以及培训项目和相关毕业生数量不足。同时，这一挑战也具有全球性，包括印度、沙特阿拉伯和阿联酋等国在建设本地半导体生态时也面临类似问题。半导体企业亟需制定新策略以填补人才缺口。

例如，人才集聚区——即半导体企业和专业技术人才高度集中的区域——因专业人员与相关机构的地理邻近而能促进知识共享与协作，推动创新。这些区域还因成熟的人才基础和基础设施，更容易吸引公共和私人投资，从而降低初创企业和新项目的风险。 

随着全球对发展半导体行业的努力不断加强，无论是出于经济需求还是地区安全考虑，该行业都面临着重大变革。企业必须应对不断变化的成本结构、供应链与物流挑战、地缘政治下材料消耗上升、原材料供应不足以及前所未有的人才短缺。这些因素将直接影响整个行业能否在2030年实现超过1万亿美元的收入目标。 

参考文献：

1.Semiconductors have a big opportunity—but barriers to scale remain[EB/OL].https://www.mckinsey.com/industries/semiconductors/our-insights/semiconductors-have-a-big-opportunity-but-barriers-to-scale-remain  2005.4.21