透过ASML(ASML.US)投资者日的窗口，我们能够看到，尽管芯片产业面临诸多不确定性因素，如地缘政治和经济波动，整体市场依然表现出较强的韧性。以ASML为例，2024年公司确认了其到2030年的财务预期——预计年收入将在440亿至600亿欧元之间，毛利率在56%至60%之间。这一预期与2022年公布的目标一致，表明ASML在全球半导体产业中的战略稳定性和持续增长潜力。

而放眼整个半导体产业，资本支出的持续增加和技术创新的推进进一步印证了半导体行业在全球经济格局中的核心地位。值得关注的是，中国作为全球最大的半导体市场，其在产业链中的参与度和影响力正在逐步上升，正成为这一领域中不可忽视的力量。

资本角逐下的半导体产业

资本支出是衡量半导体行业发展状况健康与否的重要指标。根据ASML投资者日中的信息，如下图所示，从2015年到2024年，半导体生态系统无论是息税前利润(EBIT)还是研发支出(R&D)的数值都连年增加，其中EBIT平均每年的增长率为10%，研发支出略高于前者，增长率达到12%。(注：EBIT简单来说，就是一家公司在扣除利息和所得税之前的利润。EBIT与净利润的区别是：EBIT更直接地反映了企业核心业务的盈利能力;净利润反映企业整体的盈利能力。)

尽管市场低迷，但在2023年该生态系统仍创造了超过8650亿美元的息税前利润(EBIT)。预计2024年半导体行业的EBIT将达到10460亿美元，而研发支出将达到5410亿美元。半导体生态系统已经将大约一半的息税前利润用于推动长期创新和增长，ASML预计这一趋势将继续下去。足见半导体生态系统具有强大的推动创新的能力。

2015年到2024年(预测值)的研发支出和息税前利润的变化趋势。 (图源：ASML 2024投资者日)

2024年，芯片行业正掀起一场空前的“研发竞赛”，全球半导体巨头在技术创新上的投入达到了前所未有的高度：

晶圆代工巨头台积电(TSM.US)的研发投入由2019年的905亿元(新台币，下同)一路成长至2023年1787亿元。张忠谋在今年年底揭开台积电成功的秘密时曾言，早在他79岁时(14年前)就确定台积电每年的研发支出达营收的8%。法人预估，今年台积电营收有望挑战新台币3兆元(3万亿元)，依此估算今年研发经费投入将成长至2400亿元水平。

2024年第三季度，三星半导体的研发支出达到了历史最高水平，约为8.87万亿韩元，比上一季度增长了9.24%。此外，三星电子正在韩国器兴园区建设一座半导体研发综合体，占地面积约10.9万平方米，计划到2030年投资20万亿韩元。

ASML的研发支出从2014年的11亿欧元一路攀升至2024年的预计43亿欧元，近十年间增长了近四倍。2024年研发支出占ASML 280亿欧元总收入的15%。预计到2030年，ASML的研发投入将达到60亿至66亿欧元。

目前半导体行业市值最高的芯片公司英伟达(3万亿美元)，其研发投入从2017年的14.63亿美元增长至2024年的86.75亿美元，期间研发费用增加了近6倍。目前，Nvidia 控制着超过80%的AI芯片市场。支出的大幅增加凸显了 Nvidia 不断创新的决心，特别是在 AI 硬件和软件方面，这对于其在竞争日益激烈的市场中取得成功至关重要。

博通(AVGO.US)公司的研发支出从2017年的32.9亿美元增长至2023年的 52.5亿美元，2024财年在AI的驱动下，博通的研发投入更是达到了93亿美元历史新高。这样的高研发使得博通拥有了超过 23000 项专利，其中IP领域高达21000项，为Broadcom在半导体技术和基础设施软件市场构建了强大的竞争力。

这些高额研发支出彰显了企业对半导体市场长期发展的信心。从自动驾驶、智能家居到医疗健康和工业自动化，人工智能的快速普及正不断推动对高性能计算的需求。特别是在AI的驱动下，半导体行业迎来了巨大的增长潜力。ASML重申了对2030年全球半导体销售额突破1万亿美元的乐观预期，预计全球半导体销售额在2025-2030年期间将以9%的复合年增长率增长。然而，ASML同时警告，人工智能在消费领域的普及速度仍然存在一定的不确定性。

在整个半导体行业的资本支出中，晶圆厂建设无疑是最费钱的领域之一。近年来，全球各国纷纷出台政策，力图提升本地晶圆制造能力。从建设规模来看，未来亚洲仍将是全球半导体制造的核心区域。根据ASML的数据统计，亚洲预计新建78座晶圆厂，占全球新建晶圆厂数量的大多数;相比之下，美洲预计新建18座，欧洲及中东则预计新建12座。具体来看，全球领先的晶圆厂商正通过巨额投资在全球范围内加速扩展产能：台积电在美国、欧洲、台湾等地投资布局;三星在美国和韩国设立新工厂;SK海力士在美国和韩国扩展产能;美光也在美国和日本设厂;英特尔除了在美国本土投资，还在欧洲扩展;日本新兴公司Rapidus也在日本布局。

与此同时，从ASML描绘的全球半导体生态系统图表可以看出，中国企业正在产业链各环节逐步崭露头角。以比亚迪、阿里巴巴、小米和腾讯等为代表的中国企业，在硬件、晶圆制造以及服务领域的影响力与日俱增，正逐渐成长为这一生态系统中不可忽视的关键力量。在人工智能领域，根据中国信通院发布的《2024全球数字经济白皮书》，截至2024年第一季度，中国已拥有71家AI独角兽企业和478个大模型，显示出强劲的技术发展势头。

在行业内比较不同公司的EBIT，可以了解公司在行业中的竞争地位。 (图源：ASML 2024投资者日)

受AI推动，摩尔定律继续向前

摩尔定律近些年来受到的质疑颇多，但就ASML的研究来看，摩尔定律在算力领域仍然是很健康的。每个封装中的晶体管数量仍然每两年翻一番，预计到2030年将达到一万亿个晶体管。而且，生成式AI的发展将加速摩尔定律的进程，生成式AI和高性能计算(HPC)的增长速度已超越摩尔定律，后者的增长速度达到了每两年16倍的提升。到2030年，超过70%的数据中心需求可能将由AI驱动，其中生成式AI将占据超过90%的计算需求(FLOPs)。

因此，对于半导体产业而言，缩小晶体管仍是降本增效最简单的方法。半导体生态链上的企业也将从各个维度继续推动芯片微缩。

首先在先进制程方面：

1)台积电在先进制程领域占据重要带头作用，2025年，台积电预计2nm将于2025下半年量产。根据台积电在IEDM 2024上的演讲，台积电N2比N3速度提升了15%，功耗降低了30%，芯片密度提高了1.15倍以上。

2)英特尔也在推动18A的量产。2024年8月，英特尔宣布其18A芯片已上电运行，并顺利启动操作系统，将用于2025年推出的新一代客户端和服务器产品。

其次，先进制程的持续推进与算力的提升，离不开先进封装技术的支持。未来较长一段时间内，3D封装与2D封装等先进封装技术的协同发展，将成为提升芯片密度与性能的关键驱动力。根据Yole最新发布的《2024年先进封装市场状况》报告，预计2023年至2029年，全球先进封装市场的复合年增长率(CAGR)将达到11%，市场规模有望扩展至695亿美元。

在3D封装领域，代表性技术包括台积电的3D-Fabric、英特尔的Foveros，以及三星的X-Cube。同时，2.5D封装技术(如CoWoS)在AI芯片应用中展现了重要作用，台积电正在扩充CoWoS产能，目标是从2024年的33万片大幅扩中至2025年的66万片。此外，台积电与日月光等企业正加速布局扇出型面板级封装(FOPLP)技术。

再者，光刻机在半导体产业链中的战略价值不可忽视，无论是High-NA EUV、EUV，还是DUV技术，都在先进制程中扮演着关键角色。目前，英特尔已率先采购了ASML的最新一代High-NA EUV光刻机，台积电和三星也陆续释放出采购需求。根据ASML的预测，全景光刻(Holistic Lithography)设备业务在2025年至2030年间预计将以超过15%的年复合增长率(CAGR)持续发展，并保持较高的毛利率水平。在具体应用方面，ASML预测，在先进逻辑芯片领域，EUV光刻设备的复合年增长率为10%-20%;而在DRAM存储芯片领域，这一增长率更高，预计达到15%-25%。这进一步凸显了EUV技术在支撑先进制程、满足多样化市场需求中的重要作用，以及其对推动半导体技术革新的核心地位。

最后，在人工智能、高性能计算(HPC)和数据中心等算力密集型应用中，存储技术的性能提升是算力提升的重要支柱。

1)近年来，HBM凭借高带宽、低延迟和高能效等特点，成为AI芯片标配。如下图所示，自2020年以来，Nvidia的AI芯片逐步提升HBM的配置，从Ampere芯片的5片HBM2e(80GB)逐步扩展到2027年预期的Rubin芯片，配备12片HBM4。

2)此外，AI也在推动DRAM架构的演变。传统的冯·诺依曼架构将处理单元与存储单元分离，导致频繁的数据传输限制了系统的效率。存内计算(PIM)也是产业界努力的一个方向，PIM通过内存和逻辑单元的集成降低了数据传输功耗，同时减少了处理单元对高频数据交换的依赖。

英伟达AI扩展路线图：HBM内存容量迅速增加 (图源：ASML 2024投资者日)

中国芯崛起：成熟制程成发展重心

在半导体的竞赛中，如同前文所述，在以往几乎被欧美、日韩企业主导的半导体产业版图中，中国企业的存在感正逐步加强。中国企业正以成熟制程为突破口，在全球半导体版图中逐步崛起。

根据ASML的分析，半导体市场可分为“先进领域”和“主流领域”，先进领域主要涉及逻辑芯片、MPU(微处理器)和DRAM等高端应用，这些技术高度依赖于极紫外光刻(EUV)等先进制程，应用场景集中于美国、韩国和台湾等技术前沿地区;而主流领域则涵盖了模拟芯片、功率芯片、传感器、NAND闪存等日常需求量较大的芯片产品，主要采用ArFi、ArF、KrF和i-Line等光刻技术，区域分布广泛，覆盖了欧洲、日本和中国等半导体消费大国。

面对全球半导体产业格局，中国企业选择了一条更加贴合自身优势的发展道路——发力在主流领域，聚焦成熟制程。据TrendForce统计，到2024年底，中国大陆将有32座新建成熟晶圆厂加入市场，加上原有的44座，大陆将在成熟制程领域占据重要地位。这些成熟晶圆厂催生了大量DUV光刻机的需求。其中在2024年第二季度，ASML有49% 的净系统销售额来自中国。

ASML在投资者日中分析了DUV的价值，尽管EUV技术在先进制程中已被广泛采用，但DUV因其成熟度、性价比和广泛的应用场景，仍是当前许多制造环节的关键。DUV技术仍然是半导体行业的重要核心工具，并将在未来持续发挥主力作用。

自1988年ASML首台光刻机进入中国，其已进入中国市场30余年。尽管近年来面临诸多挑战，但ASML在合规合法的前提下，仍在积极寻找与中国大陆市场的合作机会。2024年中国国际进口博览会上，ASML展示了3款旗舰DUV光刻机，包括TWINSCAN NXT: 1470、NXT: 870和即将推出的XT: 260，这些机型吸引了广泛关注。其中，NXT: 1470是一款产能强大的双平台ArF干式光刻设备，成为业界首款每小时晶圆产量突破300片的系统;而NXT: 870则是一款高效能的KrF光刻设备，其每小时晶圆产量更是高达330片。这两款产品在精度与速度方面均取得了显著突破，为客户提升生产效率和产能提供了强大支持。

ASML认为，DUV技术将在未来的半导体产业中继续发挥主力作用，特别是在支持模拟芯片、功率器件和传感器等成熟制程的制造中。

半导体的未来：性能与能耗的博弈

在未来的半导体产业发展过程中，从技术上来看，未来半导体产业的发展趋势可以归结为两大核心目标：

第一是持续提升性能和算力，以满足人工智能、高性能计算等新兴领域的需求。

具体而言，在先进制程领域，芯片技术节点微缩将继续。如下图所示，从2025年的2nm发展到1.4nm、1nm一直到sub-0.2。

半导体制造商将继续推动缩小芯片尺寸 (图源：ASML 2024投资者日)

先进封装技术(如3D堆叠与2D封装)成为提升芯片密度和性能的重要手段。前端3D集成为包括NAND、DRAM和逻辑芯片在内的所有半导体产品提供了新的发展空间，随着中介层尺寸的扩大，大视场曝光系统的重要性日益凸显。为应对这一趋势，ASML计划于今年(2025年)推出一款名为XT:260的光刻系统，它基于ASML独有的双工作台技术，采用了广受认可的XT4平台，具备双倍视场曝光能力，显著提升性能并降低晶圆成本，适用于从先进封装到主流市场的广泛应用需求。

先进封装可以受益于XT:260更大的曝光区域 (图源：ASML 2024投资者日)

混合键合和光互连等互连技术也在提高晶体管密度方面扮演着关键角色。例如，在DRAM技术路线图中，未来的D1c(2025年)、D1d(2027年)等节点均依赖于晶圆键合技术的创新。同时，6F2架构将在2025至2030年间持续发展，通过多层叠加和存储、逻辑多层键合，进一步提升芯片密度。到2031年，6F2+CBA(Cell-based Architecture)将成为新阶段，实现密度的再一次飞跃。

在光互连方面，2024年6月，英特尔推出的业界领先OCI(光学计算互连)芯粒，展示了光通信在高带宽、低功耗长距离传输中的潜力。该芯粒与CPU集成，支持64个32Gbps通道，可运行在最长100米的光纤上，满足AI基础设施对算力、带宽和能效的严苛需求。

第二是随着人工智能、物联网和5G等领域的快速发展，对功耗的控制和成本的优化将变得愈发重要。从整个产业链的视角来看，无论是晶圆制造、设计研发、设备供应还是封装测试环节，各个细分领域都在通过创新策略共同推动成本的降低与能耗的优化

从半导体制造的核心环节——光刻工艺的角度出发，ASML提出了三种降低晶圆图案化过程的总体成本和碳排放优化策略：

1)增加每步工艺中合格晶体管的数量，以提高生产效率。

2)简化整体工艺流程，减少不必要的步骤，降低复杂性。

3)最大限度减少每个处理步骤的成本和排放，优化每一步骤的能效。

在价格敏感的DUV领域，ASML则通过全景光刻价值公式解决DUV光刻过程中的核心价值和成本驱动因素。这一公式涉及到光刻中的四个关键要素：图形化良率(Patterning Yield)、分辨率(Resolution)、精度(Accuracy)和生产力(Productivity)，并以此优化系统成本、使用寿命、运营成本和环境成本。

ASML全景光刻价值公式 (图源：ASML 2024投资者日)

只有在降本与节能中实现技术突破和生态协同，全球半导体产业才能在可持续发展的道路上走得更远。

结语

展望未来，如同ASML在2024投资者日上所总结的，半导体行业的长期前景仍然充满希望，全球半导体销售额将以9%的复合年增长率(2025-2030年)增长，到2030年超过1万亿美元。

然而，半导体行业的未来并非一帆风顺，变数依然存在。地缘政治的不确定性可能影响全球供应链的稳定性，AI的普及速度将决定先进制程和芯片架构的升级步伐，新一轮产能扩张可能导致短期内的供需波动，而新技术的突破也伴随着工艺复杂性、成本压力和经济可行性的严峻挑战。

在机遇与挑战并存的时代，半导体行业需要更敏捷地适应变化，更深入地推进技术创新，同时更紧密地构建全球协作生态。无论是从市场的多样化需求，还是从技术演进的必然规律来看，半导体行业的未来不仅是创新的延续，更是对灵活性、效率和可持续性的全面考验。面对复杂的产业环境和宏观趋势，唯有保持开放视野、洞察前沿趋势并以战略定力应对变化，才能在全球竞争中占据主动，并为数字化未来提供坚实的基础支撑。

本文转载自“半导体行业观察”公众号，智通财经编辑：蒋远华。