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半導體大擴產、AI需求驅動、美國補貼受惠的晶圓廠設備產業 (WFE)

AI驅動第四世代半導體產業成長的要角 - WFE

關鍵重點:

美中貿易戰、Covid-19疫情,催化了半導體晶片的大缺貨,從汽車廠停工、筆電缺貨、台積電成為台灣護國神山、iPhone今年可能遲到,到拜登政府希望在美國重建半導體供應鏈等消息不斷,關鍵都在半導體晶片製造!

4G讓手機為中心的移動互聯網取代PC,開啟了半導體第三個世代的成長,而5G的發展將推動工業4.0的萬物聯網、輔助駕駛進化到無人駕駛,對數據運算速度、資料量要求更高的AI應用驅動了第四個世代的半導體需求成長

半導體晶圓製造需要極精密的物理、化學製程設備,奈米級的曝光、顯影、沈積、蝕刻、清洗,甚至到檢測、測試等設備都極為昂貴,進入門檻極高。建設一個12吋晶圓廠約需要投資30~50億美金,其中70%~80%支出在製程與檢測設備

Apple A14晶片結構 - 15層銅導線、100億個通孔、118億個電晶體,資料來源:Apple





市場需求

半導體市場驅動力

根據全球半導體產業協會、VLSI及Applied Materials(應用材料$AMAT)的資料,半導體產業市場將從2018年的4.6兆美金成長到2030年的10兆美金(USD1 trillion),過去90年代開始的PC+Internet、2002年開始的行動通訊,2018年迎來機器產生數據首度超越人類產生的數據的時代,開啟由AI驅動的第四世代半導體產業增長

半導體市場預測,資料來源:SEMI、VLSI、Applied Materials


2021年估計全球WFE (Wafer Fab Equipment) 市場規模650-700億美元,包括3D NAND向更高層數遷移、DRAM資本開支強勁、Foundry/Logic持續增加資本開支。


SEMI此前表示半導體設備進入十年超級投資週期,加上英特爾等加入「晶片製造大戰」,上游設備廠將最為受益。今年2月北美半導體設備出貨同比增32%31.4億美元,再創新高。超強需求的背後原因是全球AIHPCIoT5G等應用需求支撐半導體行業未來持續多年的趨勢向上。


38座計畫興建的12吋晶圓廠

為因應晶片缺貨潮,各國開啟大舉的半導體製造投資獎勵,根據全球半導體產業協會SEMI的資料,2019年到2024年全球將增加38座12吋晶圓廠,共達到161座12吋晶圓廠,增加33%/每月一百八十萬片的產能。

無論之後是否會造成產能過剩,對先進的半導體晶圓廠設備商(WFE,Wafer Fab Equipment)而言,接下來幾年都將迎來龐大的市場需求

12吋晶圓廠數量及產能預測,資料來源SEMI,2020年10月

政策補貼利好

Fobes在2021年3月30日針對拜登政府基建計畫的分析,指出半導體、5G、電動車為科技領域三大推動方向。其中半導體製造上,美國的Applied MaterialKLALam ResearchTeradyneNova Measuring Instrument等半導體設備製造商將受惠。

美國總統拜登拿著IC晶片,宣示美國將加強半導體製造投資


今年3月31日美國總統拜登發表規模達兩兆美元的基礎建設方案中,其中計畫挹注五百億美元扶助美國半導體產業,華爾街日報報導,這項半導體政策獲民主與共和兩黨支持。美國國將把晶片短缺視為國安議題,2021年國防預算納入「晶片法案」獎勵半導體製造業,並擴大相關研究的投資。

而世界各國都視晶圓製造為戰略需求,相繼推出獎勵投資計畫:

歐盟:推出「2030年數字羅盤」(2030 Digital Compass) 計劃,誓言10年內搶佔全球20%晶圓製造先進產能;

美國:500億美元補貼半導體產業,推動立法打造「國家半導體科技中心」;

印度:將向建晶圓廠的企業發放10億美元獎金;

而半導體晶圓廠設備 (WFE) 位於整個產業鏈上游,勢必優先受益。





WFE公司介紹

以下簡單介紹在美國股市可以投資的領先半導體晶圓廠設備商

Applied Materials ($AMAT)

全球最大的半導體設備商,提供從薄膜沈積、蝕刻、CMP拋光、離子注入、材料分析與量測等設備。目前在邏輯代工、DRAM及封裝設備都是第一,在NAND Flash設備上則排名第二

Applied Materials產品與市場領導地位介紹

公司在4月6日的Investor day上針對三大主要業務提出FY'21~FY'24的預期,結果驚艷市場,獲得多家法人提升投資評等!

  • 半導體製程設備:佔總營收68.5%、營收成長60%,毛利遠超30%以上
  • 設備服務:佔總營收22.5%、營收成長43%,毛利在30%之上
  • 顯示器製程設備:佔總營收9%、營收成長16%,毛利遠高於20%
Applied Materials營收成長歷史及預期

荷蘭ASML ($ASML)

全球WFE公司營收第二大,也是全球唯一的7奈米以下、極紫外光EUV晶圓微影設備供應商,目前受到管制無法出口大陸,是12吋廠7奈米以下製程不可或缺的設備。

2020年營收103億歐元,EUV微影系統銷售成長60%達45億歐元,佔營收43%,深紫外光ArFi微影系統佔38%。

ASML 2019及2020年銷售狀況


Lam Research ($LRCX)

全球第四大的半導體設備商,2020年度收入119.29億美元,創歷史新高,同比增長25%,是前五大半導體設備企業中同比增長最快的公司,年度淨利潤30億美元,同比增長43%。

Lam Research在NAND客戶中有很強的市場地位,DRAM蝕刻設備上市占率超過50%,公司在刻蝕和薄膜沈積方面的市佔率顯著上升,存儲客戶佔公司收入68%。

Lam的2019 vs 2018營收複合增長率為整體WFE的一倍

KLA ($KLA)

KLA是晶圓檢測設備大廠,在大部份量測設備領域屬於龍頭地位,並提供製程監控、良率管理服務。在晶圓製程控制、良率管理市占率達50%。

2020年全球量測設備市場KLA市占率52%,Applied Materials佔14%,Hitachi High-tech佔14%,三家市占率合計達80%。KLA營收方面,2020年邏輯客戶貢獻KAL營收64%,存儲客戶佔36%。

KLA在半導體製程控制管理市占率約50%

Teradyne ($TER)

Teradyne核心業務是自動化測試設備(Automatic Test Equipment,ATE),佔營收超過八成,另一個業務則是工業自動化。在全球半導體自動化測試設備市場,Teradyne和日商Advantest(愛德萬)形成雙寡頭格局,壟斷全球過半以上的市場。

Teradyne獲利能力相當穩定,毛利率超過50%。2020年Teradyne的營收較2019年大幅成長36%,在半導體大廠擴大投資帶動下,預估Teradyne的營收將可再邁入一個新的里程。

Teradyne 2020年業績、財務狀況




結語

全球因半導體缺貨而進入超級晶圓廠擴廠投資週期,加上AI驅動的數據、計算需求推動第四世代半導體產業的增長,WFE產業公司必然大幅受惠。

雖然目前半導體業界認為未來幾年需求無虞,但過去半導體產業存在明顯的景氣循環,因此對於投產速度落後、技術與良率無法突破的晶圓廠,是否仍能獲利良好,存在不確定因素,但WFE產業受惠於晶圓廠大擴產的需求,預估至少到2023年之前需求都將無虞,是非常值得投資者關注的方向。

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