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$AMAT）的資料，半導體產業市場將從2018年的4.6兆美金成長到2030年的10兆美金（USD1 trillion），過去90年代開始的PC+Internet、2002年開始的行動通訊，2018年迎來機器產生數據首度超越人類產生的數據的時代，開啟由AI驅動的第四世代半導體產業增長。
▲半導體市場預測，資料來源：SEMI、VLSI、Applied Materials
2021年估計全球WFE (Wafer Fab Equipment) 市場規模650-700億美元，包括3D NAND向更高層數遷移、DRAM資本開支強勁、Foundry/Logic持續增加資本開支。
SEMI此前表示半導體設備進入十年超級投資週期，加上英特爾等加入「晶片製造大戰」，上游設備廠將最為受益。今年2月北美半導體設備出貨同比增32%達31.4億美元，再創新高。超強需求的背後原因是全球AI、HPC、IoT、5G等應用需求支撐半導體行業未來持續多年的趨勢向上。
38座計畫興建的12吋晶圓廠
為因應晶片缺貨潮，各國開啟大舉的半導體製造投資獎勵，根據全球半導體產業協會SEMI的資料，2019年到2024年全球將增加38座12吋晶圓廠，共達到161座12吋晶圓廠，增加33%/每月一百八十萬片的產能。
無論之後是否會造成產能過剩，對先進的半導體晶圓廠設備商（WFE，Wafer Fab Equipment）而言，接下來幾年都將迎來龐大的市場需求。
▲12吋晶圓廠數量及產能預測，資料來源SEMI，2020年10月
政策補貼利好
Fobes在2021年3月30日針對拜登政府基建計畫的分析，指出半導體、5G、電動車為科技領域三大推動方向。其中半導體製造上，美國的
Applied Material、KLA、Lam Research、Teradyne、Nova Measuring Instrument等半導體設備製造商將受惠。
▲美國總統拜登拿著IC晶片，宣示美國將加強半導體製造投資
今年3月31日美國總統拜登發表規模達兩兆美元的基礎建設方案中，其中計畫挹注五百億美元扶助美國半導體產業，華爾街日報報導，這項半導體政策獲民主與共和兩黨支持。美國國將把晶片短缺視為國安議題，2021年國防預算納入「晶片法案」獎勵半導體製造業，並擴大相關研究的投資。
而世界各國都視晶圓製造為戰略需求，相繼推出獎勵投資計畫：
歐盟：推出「2030年數字羅盤」(2030 Digital Compass) 計劃，誓言10年內搶佔全球20%晶圓製造先進產能；
美國：500億美元補貼半導體產業，推動立法打造「國家半導體科技中心」；
印度：將向建晶圓廠的企業發放10億美元獎金；
而半導體晶圓廠設備 (WFE) 位於整個產業鏈上游，勢必優先受益。
WFE公司介紹
以下簡單介紹在美國股市可以投資的領先半導體晶圓廠設備商
Applied Materials ($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 ($KLA)
KLA是晶圓檢測設備大廠，在大部份量測設備領域屬於龍頭地位，並提供製程監控、良率管理服務。在晶圓製程控制、良率管理市占率da50%。
2020年全球量測設備市場KLA市占率52%，Applied Materials佔14%，Hitachi High-tech佔14%，三家市占率合計達80%。KLA營收方面，2020年邏輯客戶貢獻KAL營收64%，存儲客戶佔36%。
▲KLA在半導體製程控制管理市占率約50%
Teradyne ($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。