半导体行业正在悄然发生巨变。
一直在推动这个行业的规则正在磨损，撤销我们认为理所当然的假设，这些假设在学校里被灌输给我们，包括无可指责的摩尔定律——即随着时间的推移，指数级的进步将使事情变得更便宜、更好、更快，但它已经死了。
人们也开始意识到制造芯片并不容易。
芯片的短缺和地缘政治集中唤醒了大家对台积电和ASML的，并突出了科幻小说般的芯片制造过关注。大家也意识到前方的道路存在未被广泛理解的障碍。制造半导体将变得更加困难、更加昂贵和更加技术化。换句话说， 挑战将会加速。
为了在未来运营，芯片制造商将需要更大的规模、更多的人才和更多的资金。 我以前写过这方面的文章，但我想更深入地研究推动半导体制造成本上升的原因。它影响整个芯片范围，从最先进的芯片到最基本的芯片。这种趋势并不新鲜，它已经在发生，但我相信现在它会开始加快速度。价格上涨可能会影响地球上的每个人。这种通货膨胀成本不是暂时的。
要了解我们是如何到达这里的， 我想先让您了解一下摩尔定律的消亡。我们已经超越了晶体管能量缩放、频率缩放的增长，并且我们开始在晶体管密度增加中达到多核缩放的终点。但比这些趋势的终结更重要的是，成本扩展已经结束。虽然我们继续通过新技术提高晶体管密度，但每一层都增加了成本。
ASML 在其投资者日发表了一项大胆的声明，即摩尔定律将继续进行系统级扩展。另一个名称是高级封装。但这些成本增加了制造更小晶体管的成本。
虽然我相信 Advanced Packaging 将解决晶体管密度问题，但我不相信它会使芯片变得更便宜。事实上，自 2010 年代初以来，每美元的晶体管价格变得更加昂贵。
我不仅要关注技术逆风，还要关注成本逆风。摩尔定律的主要历史假设之一是，不仅您的晶体管每两年翻一番，而且晶体管的成本也会下降。但这不复存在。28nm 的标准大约是在 2011-2012 年亮相的。
有趣的是，在 28nm 附近发生了质的变化，因为它是最后的平面节点之一。Planar 用简单的语言来说是一个二维表面（平面），而 FinFET（取代平面的技术）在晶体管中引入了一个“鳍”以向上突出，从而创建 3D 结构而不是 2D 结构。我们现在正处于向另一个栅极转换的边缘——环栅极 (GAA)，它是一种更加 3D 密集型结构。随着我们转向 GAA 或下一次门技术迭代，我相信每 100m 门的成本增加将继续增加，就像他们对平面 FinFET 所做的那样。这是由于制造这些芯片的复杂性增加 - 即制造中增加的步骤数量。
不仅仅是这种转变推高了成本。落后的芯片——旧芯片——也开始变得更加昂贵。 这里的故事不是技术，而是经济，我们曾经有充足的产能和类似商品的回报现在开始变得抢手。除非随后价格上涨，否则企业不愿意增加产能。这是另一个关键驱动因素，不仅在最先进的芯片上，而且在较旧的芯片上也是如此。
最后，不仅是旧芯片和新芯片，制造芯片的公司（半导体晶圆厂）正在变得更加整合和更具战略性。制造最先进芯片的前沿确实没有太多空间。这是半导体成本的第三个驱动因素，即提供独一无二产品的晶圆厂将不断上涨的成本转嫁给客户。台积电不是价格接受者，全世界都依赖它的产品。尽管成本不断增加，但他们开始获得更大的利润。无晶圆厂芯片创业公司别无选择，只能付出更多。
这些主题中的每一个都值得深入探讨。我将首先从我最喜欢的主题开始：Semicap——或制造芯片所需的工具。
行业共识：半导体成本强度将上升
本财报季的普遍主题之一是制造半导体的工具成本较高。真正的警告是东京电子在其投资者日展示的这张幻灯片。
价格的大幅上涨是广泛的，涉及 DRAM、NAND 和 Logic。鉴于今天 5nm 已投入生产，这不是预测，而是将继续下去的趋势。主要驱动因素不仅是 EUV 等工具的成本上涨，而且制造芯片的步骤数量也在增加。步数随时间的增加。
不仅仅是东京电子公司单独要求更高的强度。在最近的财报季，台积电、Lam Research、KLAC 和其他 Semicap 公司都表示强度正在上升。我认为在其他条件相同的情况下，100K 晶圆的启动成本应该会开始上升，每块芯片处于低到中个位数的前沿。另一种看待这个问题的方法是从自上而下的角度。我比较了以百万平方英寸 (MSI) 为单位的总出货量，并将其与晶圆厂设备的增长进行了比较。将此视为总产量与制造更多晶圆的支出。
5 年的平均值，每年的数字要大得多。
过去的关系是，新晶圆厂设备的支出低于 MSI 的扩张速度，因为购买的每台设备都会提供更多产能。我想强调一下，如果你仔细看，你会看到 WFE 和 MSI 的关系似乎在 2012 年左右的某个地方发生了翻转。这与 28nm 节点或成本开始增加的关键节点不谋而合。展望未来，我认为我们应该预期 WFE 的增长速度将超过历史平均水平。
2012年至2020年，MSI年复合增长率3.6%，WFE年复合增长率8.0%。这大约是容量增加的两倍。如果对半导体设备的需求继续增加，那么 MSI 应该会增长得更快，因此 WFE 的乘数会更高。我不确定 WFE 的关系是否保持在 MSI 增长的 2 倍，但它应该是一个更高的乘数——比如 1.5x-2x MSI。与历史速度相比，这是一个加速，推动这一趋势的是对半导体的需求和我们面临的技术逆风。
我现在想转向另一个在上一个财报季反复提到的趋势，坦率地说，这让我感到惊讶，但又出人意料地合乎逻辑：旧芯片更贵。