全球缺芯真相：是什么打乱了运转半世纪的半导体产业链？
今年下半年，全球缺芯的问题才能看到缓解的曙光
文 | 陈伊凡 顾翎羽
编辑 | 谢丽容 周源
汽车产业的缺芯焦虑，似乎并没有随着时间减弱。
有业内人士估计，缺芯困局将从2021年上半年继续延续到下半年，不仅如此，缺芯行业的波及面正扩散得越来越广。
今年1月，本田、大众、福特等车企纷纷宣布由于芯片供应不足而减产或关停部分工厂，随后，手机、面板等消费电子行业也面临缺芯的情况，整个半导体供应链的上中下游都受到影响。
全球缺芯情况究竟如何？问题卡在哪？何以解忧？
受到芯片供应不足影响，根据第三方信息服务提供商IHS Markit预测，2021年第一季度，汽车产量将会比最初预期少67.2万辆。在一位通用汽车中国区高管的记忆里，这一轮全球性缺芯的情况前所未有。
车企缺芯传导给芯片代工厂，全球芯片代工厂都在满产运转，在半导体行业追赶摩尔定律的将近半个世纪中，周期性产能紧张是该行业长期发生的情况。以往，都能依靠例如代工厂的提前布局，或反周期建设等措施降低矛盾，但这一次这个产业中的每个环节似乎都“失算”了。代工厂的满产转移给再上游的设备厂商，再由设备厂商传导给其上游的零部件厂商，一些零部件的交期甚至从原来的1-2个月延长至半年。上游的供应不足，又反过来传递给下游，加剧了消费电子行业缺货的状况。
2月4日，在高通公司（QCOM：NASDAQ ）2021年一季度财报会上，总裁克里斯蒂亚诺·安蒙（Cristiano Amon）表示，产能紧缺是全面的，预计供不应求的局面会在下半年恢复正常。2月24日，小米副总裁卢伟冰在个人微博中说，“今年芯片太缺了，不是缺，是极缺。”
运转半个世纪的半导体产业链为何如此不堪一击？波及全球的缺芯是如何发生并传导至各环节？缺芯的情况什么时候能够缓解？
01
车企缺芯如何发生
受到去年年初开始在全球发酵的新冠疫情的影响，汽车厂商去年调整了销售预测，向代工厂提出减产要求。代工厂不可能坐以待毙，一个好的办法是去找到其他生意。
代工厂确实也有新的机会。疫情催化了居家办公的需求，所有与其相关的信息产品生意都很好，例如云计算、摄像头、PC等，这些厂商成为了代工厂的新客户，承接了汽车厂砍单多出来的产能。
但大家没有想到的是，疫情得到一定程度的控制后，尤其到了去年下半年，中国汽车销量出现反弹。根据乘用车市场信息联席会统计，2020年全年中国市场汽车销量约为2012.37万辆，中国成为世界汽车第一大市场。这种变化让车企、代工厂都始料未及。在雷克萨斯公布的2020年全球销量上，中国成为唯一一个销量正增长的地区。
以往，芯片代工厂的常规做法是统筹管理客户需求。例如优先保证长期客户生产，按照2018年和2019年两年的生产数量统计来优先排期。他们也会通过反周期建设提前布局，以确保刚建好的工厂能够赶上产能紧张的时机。
这种变化传导到芯片代工厂的压力是：原本已经排好的消费电子订单显然无法取消，生产汽车芯片又显得很着急很必要。
“两相矛盾之下，芯片代工厂的反应时间存在延迟。”前述设备企业从业人士告诉《财经》记者，从建厂到形成产能的周期是以年计的，成熟工艺改造少则一年，先进工艺要两年时间以上，当现有产能被云计算和消费电子挤占之后，要把已经签好的订单砍掉，再回来生产车用芯片，几乎是不可能的事情。
寻找空出的产线进行转产，是否可能？对于汽车芯片来说，随意更换任意一个生产环节都会带来很大的技术和财力上的不确定性。
汽车芯片本身的性质也决定了其很难进行转产。与消费电子不同，汽车芯片对其外部工作环境，如温度、湿度、粉尘、寿命、稳定度等承受度极高。汽车电子元件的规格标准，业内称车规级，车规级的电子元件售价高，要求也高。这增加了汽车芯片的制造难度。
以寿命举例，车规级芯片的寿命要求至少15年，与此相比的消费电子芯片寿命为1年-3年。在温度上，车规级芯片需要承受最低约零下40摄氏度到最高约155摄氏度的温差。但消费电子一般在零摄氏度到零上40摄氏度即可。
而且，汽车芯片需要花很长时间进行研发和验证，对于很多汽车芯片来说，研发的时间可能超过一年。如果要从开始研发到推向市场，至少三年。还有一些车规芯片，需要在通过了车规认证的产线才能生产。
久好电子创始人刘卫东告诉《财经》记者，他已经很长一段时间“吃不好，睡不好。”这是一家专注于传感器用的信号调理芯片开发的集成电路创业设计企业。芯片设计公司将订单交给芯片代工厂生产芯片，再供应给下游的零部件供应商，然后再交给车企。久好电子的产品中，有几款汽车传感器芯片，前有需求巨大的客户，后面芯片代工厂满产运行，下单需要排队，唯一能做的，是等待。刘卫东并没有转产的计划，一是因为转产需要成本，二是汽车芯片的特殊性使得其不能随意更换任意生产环节，他需要为客户负责，保证产品的质量。
此前，世界领先的汽车配套产品供应商大陆集团就官方回应《财经》记者称，尽管昼夜不停开展各项工作，但仍无法满足客户需求，使部分客户需要调整其生产计划或产品组合。大陆集团主要产品为轮胎，制动系统，车身稳定控制系统，发动机喷射系统，转速表，以及其他汽车和运输行业零部件。芯片代工厂是他们的上游。
通用汽车中国区的一位高管告诉《财经》记者，缺货带来的最大感受是销售指标可能无法完成。为保证最盈利的车型顺利生产，他们会将销量不高的车型生产往后排。
产能紧张从下游向上游传导，世界最大半导体设备供应商之一应用材料（NASDAQ:AMAT）公布的2021年一季度财报显示，当季营收创下新高，同比增长24%。净利润为11.3亿美元，同比增长了27%。
亮眼的财报之下，设备企业的压力也不小。近半年来，国际物流运力下降，集装箱船运价格暴涨，零部件船运不过来，前述设备企业从业者告诉《财经》记者，一些零部件的交期从原来的1-2个月延长到了半年甚至更久。这也反过来加剧了缺货的情况。
目前看来，下游的需求还在不断增大，只能通过供应链的调节和等待芯片代工厂扩产来解决。不少芯片代工厂，如台积电、三星、联电、中芯国际等都在通过扩产以应对旺盛的需求。
02
更深层次的原因
除了疫情所导致的供需失衡，前所未有的全球缺芯是多重因素叠加的结果。
此时回顾，车企的大规模缺芯消息频频爆出是在去年下半年，行业内其实在更早半年就感知到紧张情况。《财经》记者多方调查结果显示，芯片设计企业、车企，消费电子行业以及上游制造以及设备企业，发现芯片产能紧缺加剧，在2020年年初就有苗头。
一位设备企业资深从业人士告诉《财经》记者，2020年年初，在美国疫情严重时，他们甚至要自己招聘工人来进行设备的组装，以此来保证生产，而这些工作原本是由外包工厂的工人来做的。
产能紧张时，一些下游设计厂商以及应用厂商甚至直接和设备厂商接触。
去年11月，芯片设计公司联发科（2454.TW）宣布斥资3.72亿人民币向泛林半导体（LRCX：NASDAQ）、佳能株式会社以及东京威力科创等设备厂商购买芯片制造设备，租给代工厂力积电（台湾力晶积成电子制造股份有限公司）使用。这是芯片行业中罕见的做法，一般来说，都是芯片设计公司将订单交给代工厂，由代工厂进行芯片制造。
更深层次的原因是近年来8寸晶圆厂的陆续关闭。而大部分汽车芯片、物联网信息设备所使用的芯片，都是采用8寸晶圆制造的。例如5G射频芯片、PC端、指纹识别芯片、汽车控制芯片、传感器芯片等，并且，这些需求在未来几年会继续增加。
但8寸晶圆的产能却远跟不上需求增长的速度，甚至8寸晶圆厂在逐年关闭。在中国大陆来说，芯片项目在技术先进性上的导向以及盈利，很多项目在落地时就瞄准了12寸产线，还有一些8寸产线转成12寸产线。根据第三方数据机构IC Insights统计，三星电子2020年底月产能为306.0万片8寸晶圆，位居第一大厂，其次为台积电。
世界半导体8寸产能公司排名
数据来源：IC Insights
根据国际半导体产业协会的数据，全球8寸晶圆产线数量在2007年达到200条，随后开始下降，到2016年下降到188条。
如果8寸的晶圆不足，为何不转而使用12寸晶圆生产？这是因为经济效益。8寸晶圆产线固定成本低、技术成熟，因此仍是许多信息设备的首选。
久好电子的汽车传感器芯片由台积电和中芯国际代工，前两年，尽管8寸产能吃紧，等一等还是可以排上队，到了2020年3月，芯片代工厂的产能就变得非常紧张，只有抗击疫情相关的产品才能排到产能，到2020年9月，几乎所有产品都很难排上了。
与之相对应的是，8寸晶圆产线所需的设备同样面临缺货的情况，《财经》记者了解到，现在8寸产线的二手设备都在涨价。根据第三方数据机构Surplus Global测算，目前市场约有700台二手8英寸晶圆制造设备出售，但是8英寸晶圆制造设备需求至少在1000台以上。设备短缺限制了相关厂商短期的扩产进度。设备企业的从业人士告诉《财经》记者，他们也收到了很多8寸产线设备的需求。
既然如此，当生意来时，8寸晶圆厂是否会在未来大量增加？多位业内人士都向《财经》记者表示，会，但扩张有限。“半导体行业的核心就是一个字，‘量’。”上述设备企业从业人员说。对设备公司和代工厂来说，除非量足够大，涨价到设备企业也能挣钱，这时候，设备企业才愿意生产8寸产线所需的设备。
除了8寸晶圆厂的数量减少，动荡的政治环境也是造成供需紧张的原因，一些大型公司加大囤芯力度，备货量大幅增加。这使得芯片需求市场更加紧张。手机厂商在2020年芯片采购支出上的金额上涨，根据第三方市场调研机构Gartner的数据，2020年全球芯片采购支出达4498亿美元，较2019年增长7.3%。支出金额排名前五的厂商分别是苹果、三星电子、华为、联想、戴尔科技。华为公司在2020年的芯片采购支出下降了23.5%。
2019、2020年全球芯片采购金额公司排名
除了这些非长期因素，科技产业的快速发展也是一个重要因素。近两年，中国芯片产业大力度倍增，尤其是中国芯片设计企业大幅增多、需要芯片的产品也越来越多，势头迅猛，这也是致使产业链供需失衡的一个重要因素。
03
涨价、等待、重塑供应链
产能紧张之后，涨价看起来顺理成章。
新一轮涨价开启了半导体行业的2021年。年初，封测厂、芯片代工厂、芯片设计企业等纷纷宣布涨价。
对中小型芯片设计公司来说，这是被迫之举。在产能紧张的情况下，他们并没有与芯片代工厂议价的能力，只能是求着工厂安排生产。
刘卫东了解到，大型芯片设计公司也同样面临产能紧张的情况，不过，大型设计公司有转产到其他芯片代工厂的能力，例如人力、财力和在其他芯片代工厂的认可度。
他采取的办法是，与芯片代工厂坦诚交流，取得他们的认可和了解，耐心等待。如果代工厂认可一家设计企业的可持续发展能力和未来的竞争力，即便对方是创业公司，也会给予生产能力。这反过来，对设计企业来说，也是一个大浪淘沙的过程。
涨价看起来是一个结果，重塑供应链，保证供应链安全则是更加长远的需求。“如果没有新冠疫情，动荡的国际政治环境影响下，重塑供应链这件事也同样会发生，只是被疫情加速了。”多位芯片产业从业人士告诉《财经》记者。
为了缓解供应链压力，一些企业加快了全球布局。一位外资设备企业高层人士向《财经》记者透露，他所在的公司在亚洲扩建产能的进程在去年被大大加速。一来考虑到亚洲疫情相对缓和，二来则是靠近主要的芯片代工厂客户。除此之外，他们在下游通过投资、并购的方式，保证供应链安全，塑造一个更灵活的产业链。
为了能够及时在技术生命周期发展过程中使产品跟得上需求，设备厂商需要比其下游企业更超前地判断可能发生的技术趋势和市场变化，以此为依据进行布局，这对设备厂商来说是一个很大的挑战。另一个挑战则是，很多关键的环节很难找到第二家、第三家可替代的厂商，如何浪里淘金，是极大考验。
去年12月7日，欧洲17国发表联合声明，提出将从两个方面加强欧洲的电子和嵌入式系统价值链。一是强化处理器和半导体生态系统，二是在整个供应链中扩大工业影响力，以此应对来自关键技术、安全和社会方面的挑战。
今年2月24日，美国总统拜登也签署行政令，要求联邦机构对半导体芯片、电动汽车大容量电池、稀土矿物质、药品这四种关键产品的供应链进行为期100天的审查，增加国内产能，分析指，此举或为摆脱对海外供应商特别是中国供应商的依赖。
在中国，本土供应链将会越来越得到重视，进口替代将加速。此前一位投资人就告诉《财经》记者，他和很多企业聊的时候，大家都会考虑在国内的备份，或者把订单转移到国内。
这场缺芯潮什么时候可以结束？业内人士的判断是，2021年下半年或许会有所缓解。
3月初，中国最大的芯片制造公司中芯国际（00981.HK/688981.SH）拿到美国政府的批文，可以进口成熟制程的设备。3月3日，中芯国际发公告称，该公司与荷兰半导体设备供应商阿斯麦（ASML）签订了一份高达约12亿美元的购买单，购买深紫外光刻机（DUV）。根据经修订和重述的批量采购协议，期限延长一年，至2021年12月31日。这有利于中芯国际在成熟制程上的扩产，能够解决一部分产能紧张的问题。
另外，中芯国际创始人张汝京在青岛芯恩的项目，已有进展，8寸芯片厂的动力厂房、研发、设计、办公楼六栋单体完成主体施工，即将投产。当有限新增的8寸产线运转起来，产能紧张也能够有很大的缓解。
现在，在这条半导体产业链的每一个企业都在重新思考自己抗击风险的能力。“新冠疫情和地缘政治这两件事叠加在一起，可以说是我们所想到的最坏的一种情况。”多位从业者对《财经》记者表示，重塑一个更加皮实的供应链，将是未来很长一段时间一项重要的事。
作者为《财经》记者
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