芯荒还要持续多久？全球缺芯是中国的机会吗？
【导读】一方面华为囤货引发抢货潮，骤然回温的新能源汽车市场和疫情带动的PC、数据中心市场也提高了芯片需求；另一方面芯片产能非但跟不上，还受地震、火灾、暴风雨等影响减少。屋漏偏逢连夜雨，以一己之力扰乱各电子产品行业的芯片供需平衡，一场全球性芯荒蔓延开来。
几个月过去了，缺芯恐慌毫无减弱的痕迹。不禁让人疑惑，芯片为什么就突然缺货了，作为中国被卡脖子的行业，这次全球缺芯对于中国芯片行业是危还是机？
史无前例的全球缺芯
在过去三四十年的发展中，半导体市场始终呈现起起伏伏、甚至大起大落的状态，但总体是螺旋式上升的。从去年到今年，无论是计算机、汽车、工业领域，芯片缺得比较厉害。
从市场需求来看，去年全球 6%、今年 10%的市场增速似乎不算很快
从区域来看，除了美国呈现了 20%的超常增长之外，其他地区的增长速度都是个位数，欧洲甚至是负增长
从产品来看，像存储器、传感器、逻辑芯片等产品明显增长，也有的产品增长较慢，甚至呈现负增长
从应用领域来看，计算机行业应用增长明显，其次为通信领域，但去年汽车行业应用并无明显增长
今年以来，部分芯片严重缺货，有些芯片价格暴涨几十倍甚至仍供不应求，这种情况在半导体发展史上从未出现。预计这种不可预见的情况不会很快得到改善，供应限制可能会持续到 2023 年。
笔者身处半导体行业，对这种感觉也是异常的深刻。综合自身体会和行业观察，今天来聊聊如此缺芯背后的逻辑，我们从以下几点切入：
暴涨的芯片需求
跟不上的芯片产能
天灾人祸导致供应链失控
自主化道路，道阻且长
暴涨的芯片需求
全球缺芯的本质原因在于供需的失衡。
5G手机比4G手机需要用到更多的芯片：
图像识别传感器芯片，5G手机的摄像头从单摄变为双摄、三摄甚至四摄，这带动了摄像头芯片CMOS图像传感器的需求增长
射频PA芯片上，4G手机平均需要3-6颗，而5G手机最多需要16颗，以获得更好的信号
电源管理IC上，普通手机大概需要4-5颗芯片，但5G手机需要7-8颗，来解决5G耗电快问题
一部5G手机所需要的芯片数量和产能大约是4G手机的2倍，其中射频芯片需求大约是4倍，而目前中国市场约80%的手机已切换到5G手机。
一部手机里有处理器芯片、电源芯片、存储芯片、驱动芯片、音频芯片、感应芯片、射频芯片等。大类下分子类，子类下还要用到很多颗芯片，只要有一颗芯片采购不到位，手机就不能生产出来。
当下有三类芯片最为紧缺，分别是处理器芯片、屏幕驱动芯片、电源充电芯片，而“缺芯”的情况没有一个企业可以幸免。
新能源汽车也是芯片消耗大户：
汽车智能化、网联化以后，新能源车对芯片的需求在每辆车千枚以上
新能源汽车的热度在2020年下半年明显升温，加剧了这种需求
车规级芯片由于安全性、可靠性要求，需要进行较长时间的认证，100条芯片生产线里汽车厂家只能用10条
汽车芯片对算力要求不高，以成熟工艺为主，主要在8英寸、90nm-0.13um制程范围生产
瑞萨电子、恩智浦等几家汽车领域关键芯片厂商纷纷上调了产品价格，据不完全统计，有21家汽车芯片企业先后涨价，其中，瑞萨电子的部分产品涨幅甚至达到100%
硅是制造晶圆的重要原材料，晶圆则是制造芯片必不可少的模具，材料公司日本信越化学于近日宣布将从4月起对所有硅产品提价10%-20%。
新能源汽车销量（中国以及全球）将在未来5年保持30%的增速，2025年车用级功率半导体国内市场规模预计为271亿元，成为芯片市场新的增长极。汽车芯片虽然寿命与环境要求高，可是在精度等级，先进性上要求并不高，相应的，汽车芯片的利润也更低。相较于汽车芯片，代工厂选择生产手机芯片更划算，所以汽车缺“芯”的情况更为严峻。
美国伯恩斯坦咨询公司一项数据显示，2021年全球汽车芯片短缺将造成200万至450万辆汽车产量的损失，相当于近十年全球汽车年产量的近5%。
半导体产能波动时，传导到汽车领域，缺货就极为明显，毕竟可选择范围少。
跟不上的芯片产能
需求暴涨，供给却跟不上，其中成熟芯片制程用到的8英寸晶圆，产能尤其紧张。
8英寸晶圆产能一度被视为落后产能，仅能用来生产90nm以上的芯片。22nm以下的高端芯片只能用12英寸晶圆生产。汽车芯片、射频芯片等对性能要求不高的芯片常用8英寸晶圆。
从2008开始，全球各大晶圆厂就开始关闭8英寸产线，扩大高制程、利润率高的12英寸产能。8英寸晶圆厂的数量从2007年巅峰时期的200条降低到仅剩90多个。
正所谓祸不单行，芯片制造厂商从去年开始似乎还流年不利，自然灾害导致的停工一桩接一桩：
2020年10月，大火烧毁了位于日本南部的旭化成微电子公司（AKM）旗下的一家芯片工厂，大火持续了3天，这场大火让AKM的芯片涨价，部分型号由5美元涨到110美元
2月下旬，美国半导体重镇德州又遭遇历史性冬季风暴，出现大规模停电，美国德州最大的电力合作公司甚至因此次暴雪欠下18亿美元债务，申请破产保护
约占三星总产能28%的三星电子奥斯汀工厂、恩智浦旗下两座生产汽车微控制器(MCU)、微处理器(MPU)、传感器和电源管理等芯片的8英寸晶圆工厂和英飞凌1座8英寸晶圆工厂等因当地优先保障民水民电停产
3月19日，日本汽车芯片大厂瑞萨电子那珂工厂发生火灾，导致该厂12英寸产线停产，预计需要1个月复产
火灾一个月前，那珂工厂才因地震停产近半个月，当时瑞萨电子刚刚因全球车载芯片短缺将海外企业订单转到这家工厂
汽车领域需要车规级芯片，可用产线有限，大火、地震、极寒天气导致汽车芯片主力工厂停产，加剧了汽车芯片短缺情况。
供需严重不足，整个半导体展开了一场抢产能大赛。
笔者的一位朋友从事晶圆厂代工服务，据他透露：最近都不敢出门，因为遇到客户都是来要产能的。芯片公司管流片的运营负责人则不敢回公司，到处跑要封测产能、晶圆制造产能。据传，封测厂商华天的客户酒会已经一票难求。
饭要一口一口吃，路要一步一步走。芯片制造更是如此，不能一蹴而就，芯片厂商的产能需要很长时间才能赶上需求。Gartner 在 5 月份发布的一份报告估计，各类设备的芯片短缺可能会持续到 2022 年第二季度。
疫情和抢购加剧供应链失控
除了产业升级带来的需求上涨，缺芯现象还受到许多突发因素的影响。
芯片行业本来就是低库存的行业，因为产品迭代太快，如果库存大了会贱卖，往往都是以销定产，储备不足。
但是自美国打压华为后，华为开始大量储备芯片，开启了全球芯片抢购。华为的危局，惊醒国内所有的消费电子品牌，这造成各大手机厂商也在严密跟进囤芯，尤其2021年可以说是5G手机换机大年，各大手机厂商都在争夺华为可能丢掉的高端市场。为了自己的产品销售和发布不受影响，集中备货采购，消耗了原本并不富裕的芯片库存。
台积电24小时为华为赶工麒麟芯片，5nm产能爆单
海思“转单”中芯国际后，中芯国际的12英寸晶圆和8英寸晶圆产线也爆满
小米、OPPO和vivo等手机厂商为抢占华为空出的市场，也加大了芯片采购量，从按季度备货到按年备货
以小米为例，Gartner研究报告显示，在2020年全球前十大半导体买家中，小米半导体支出达87.9亿美元，增幅最大，较2019年增长了26%。
消费电子领域芯片需求突然加大，晶圆代工厂产能不足，只得挤压其他类型芯片的产能，在代工厂面前议价权较差的公司出现芯片荒。
一家数模混合芯片供应商相关负责人告诉笔者，中芯国际只能保证给他们排上每月订单总量的10%。
不过，笔者认为：华为并非引起芯片短缺的主要原因，它从2020年9月起就无法向台积电等企业下单。华为抢购事件的影响主要在于引起芯片下游各行业的恐慌性备货和供需错乱，让行业从业者对产能失去预估。
疫情带来的PC、数据中心、新能源等产业的逆势增长，才是芯片需求突然暴增的真正原因。
PC市场从2010年开始就停滞不前，曾连续六年呈下滑趋势，一度被视为夕阳产业。但疫情期间，居家办公、在线学习、消费需求的宅经济，推动PC产业（包括台式机、笔记本电脑和平板电脑）发展。
2020年三季度和四季度，PC产业逆势增长，Canalys数据显示，三季度全球PC出货量同比增长12.7%，第四季度同比增加25%，全年出货量增长11%，达到2.97亿台，创下2010年以来的最高全年增长率和出货量。
增长势头在2021年延续下去，全球PC市场出货量将增长8.4%。IDC则预测整个2020-2025年PC市场会有2.5%复合年增长率。
PC从CPU、内存、硬盘到电路板都对芯片存在极大需求，一下子将芯片领域供需不平衡的情况放大。一个典型例子是，PC市场产业供应链一直很稳定，但2020年下半年，连声卡芯片（放音乐需要声卡）都出现了缺货，ALC662型号的集成声卡产品价格已经翻了10倍。
在诸多因素加成下，整个半导体领域供需严重失衡、供应链失控。
芯荒会长期持续吗？
芯片行业一直具有周期性，供过于求和供不应求的情况会时常出现。
AMD首席执行官苏姿丰表示，2021年出现的芯片短缺并非灾难，只是周期性的供需失衡。实际上，针对目前芯片短缺的真实现状，以及“缺芯”对下游厂商影响的程度，笔者和多为身处芯片行业的朋友交换了意见，也认同上述观点。
通信行业专家项立刚前段时间在接受央广网记者采访时也指出，从当前国内汽车、手机等芯片下游产品销售量来看，不存在需求量过大的情况。
我们来看以下数据：
4月，汽车产销分别完成223.4万辆和225.2万辆，环比下降9.3%和10.8%，同比增长6.3%和8.6%，去年4月开始汽车市场逐步恢复
5月，增幅比3月分别回落65.4和66.3个百分点
4月，国内手机市场总体出货量2748.6万部，同比下降34.1%
4月，国内手机上市新机型32款，同比下降37.3%
笔者认为：从2020年中旬开始，供应紧缩情况恶化。现在，就短缺和生产损失而言，我们可能正处于顶峰。对于该行业来说，第二季度和第三季度将非常困难。半导体短缺将从2022 年 1 月开始缓解，随着明年 8 月至 9 月的进一步宽松政策，压力将有所缓解。
全球缺芯是中国的机会？
根据公开数据显示，我国车用芯片进口率达到95%，关键芯片产品几乎被全部海外企业垄断，而国内自主研发的汽车芯片大多用于车身电子等简单的系统，自主率不到5%。随着全球经济合作情况日益复杂，车用芯片进口渠道存在风险，对于国内汽车产业有着致命影响。
从今年5月中旬开始，无论是韩系、日系、德系、美系还是自主车企，减产停产接二连三地爆发，这个二季度，甚至是整个2021年都注定不太平。而中国，恐怕是最为不太平的汽车市场。
当导致汽车产业“生灵涂炭”的缺芯浪潮来临时，有人认为这是国产芯片替代的机会来了。但是想象中的国产替代机会还没真正来临，美利坚掐住汽车芯片咽喉的强力手腕却已经伸到了中国汽车眼前。先是建立半导体排华同盟，然后又拉拢台湾、韩国芯片企业到美国建厂。
前不久，拜登曾公开表示，中国在新能源汽车领域排名第一，远远领先于美国；但是，殊不知，关乎新能源汽车制造的关键技术——汽车芯片产业话语权如今依然把握在美日韩手中。
与其说是国产芯片的机会来了，不如说是中国汽车产业的危机在恶化！
作为全球关键的半导体生产地，台湾疫情的恶化无疑是当前全球芯片产业最痛的痛点。为守住全球半导体芯片最重要生产防线，包括台积电、联电、世界、日月光、力成、京元电和南茂等晶圆厂和封测厂，都提高了防疫层级，要求去过热区人员一律不准进入厂区。
分析人士指出，一旦疫情向晶圆厂密集的新竹地区扩散，大量芯片厂势必受影响关闭，将使得全球“缺芯潮”的问题更加恶化。前有台湾缺水停电，后有半导体工厂员工感染疫情，双重打击之下，今年台湾芯片产能必然遭受打击。
台湾半导体企业产能大受打击，是不是就意味着在全球疫情中处于“无风带”的中国芯片产业可以“趁虚而入”了？
是不是就可以趁这个空档吸引全球芯片产业链向中国转移？
笔者认为，这种想法还是过于单纯了，我们要牢记毛主席的话：美帝国主义亡我之心不死！
我们先来看以下几个事件：
美国参议院5月份公布了一项经修改后的两党提案，将增加拨款520亿美元的投资，在未来5年内大力促进半导体芯片的生产和研究
去年5月，台积电宣布投资100亿至120亿美元，在亚利桑那州凤凰城兴建一座芯片厂
台积电计划扩大在美国亚利桑那州的投资设厂计划，将投资费用提升到390亿美元，将额外兴建五座晶圆厂，也就是说未来三年共将在美建造六座工厂
三星电子在4月下旬已经向美国德克萨斯州的主管部门提交文件，以寻求建立新的晶圆厂，预计投资170亿美元。这意味着，未来美国极有可能将替代中国，成为三星最主要的海外芯片制造基地
美国、欧洲、日本、韩国、中国台湾地区等地的64家企业宣布成立美国半导体联盟（Semiconductors in America Coalition，SIAC）。这些企业几乎覆盖整个半导体产业链。然而，全球各地64家企业中唯独没有一家中国企业
对于美国国内看似是在强调产业复兴，事实上却处处在杯葛中国，如此下去，疫情之下芯片产业链向中国转移的可能性终将被抹杀，中国在汽车工业上的芯片命脉将被美利坚精准地扼住咽喉。
此前，拜登这个糟老头在演讲中直言中国在新能源汽车领域已经占据第一的优势地位，美国必须快点行动。中国第一的优势地位是否持久可靠见仁见智，但是美国是真的已经行动了起来，而且是快准狠。
中国汽车产业尤其是新能源汽车的发展，尽管在当下占据优势，但是在不久的将来，随着芯片短缺浪潮的进一步发作，而美国又把握住芯片生杀大权的背景下，不可避免要被拿捏得死死的。
国产替代是否可行？
面对全球困局，面对美利坚的垄断，国产替代到底可不可行？
不可否认，无论是整车厂还是芯片创业公司都有一个这样积极乐观的梦。
近几年，包括整车厂和芯片创业公司在内，都在以肉眼可见的效率开始紧张布局。要么战略投资芯片独角兽，要么创业建厂；此外，政策层面，包括《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》《关于促进集成电路产业和软件产业高质量发展企业所得税政策的公告》等官方举措也在陆续出台，中国汽车芯片产业创新战略联盟也建立了起来。
大家都很努力，但事实上只是一种错觉。
细看你会发现，真正在汽车工业发展早期就布局汽车芯片的，只有比亚迪这样的极少数的车企，真正被看好的独角兽，也就地平线那么一家（对这家公司笔者仍有部分担忧，这里暂且不提）。此外，大多数政策和入局者的动作都集中发生在2018年至今的两三年内，有明显临急抱佛脚的意味。
然而，临急抱佛脚对于当下的国产芯片产业毫无作用，因为这注定是一场漫长的战斗。
从半导体企业的发展轨迹来看，在半导体行业注定是赢者通吃的格局。CPU领域的英特尔，GPU领域的英伟达，晶圆代工无可媲美者台积电，手机处理器IP厂商Arm，EDA设计软件三巨头等等都彰显了他们的实力。
IHS Markit 2020 年报告显示，在2019年度IGBT模块供应商全球市场份额排名中，国内排名第一的斯达半导在全球排名第7位，市占率提升了0.3%达到2.5%，仍然是前十中唯一的一家中国企业。然而即使有这样一家全球排名第七的中国企业，我国车规级IGBT芯片进口比例仍然超过90%，国产IGBT芯片自给率不足10%。
车规级 MCU（微控制单元）也主要由欧美日厂商占据，国产渗透率极低，SOC高端芯片也是主要受控于欧美芯片公司。《中国新能源汽车供应链白皮书》指出，在中国每年2800万辆的汽车市场，中国汽车半导体产值占全球的不到5%。
更扎心的是，这场漫长的战斗还不是想入局就能入局。
从制造工艺上来看，比起消费芯片及一般工业芯片，汽车芯片的工作环境极为恶劣，不仅温度范围宽、而且还要经历高振动、多粉尘、多电磁干扰等恶劣条件。
此外一般的汽车设计寿命都在15年或20万公里左右，远大于消费电子产品寿命要求，因此在相同的可靠性要求下，系统组成的部件和环节越多，对组成的部件的可靠性要求就越高。
即使排除万难，有勇者不愁钱，不在意研发周期回报周期长，一片赤诚入局自研和生产汽车芯片，但是还有认证壁垒这一道大坎——国内芯片企业进入汽车市场需要获得AEC-Q100等车规级认证，该认证由欧美相关机构掌控，一款芯片一般需要12-18个月完成车规级认证，费用约为5000万元。此外，还需要通过零失效的供应链质量管理标准TS16949/ISO 9000 国际认证体系下的汽车行业分支的标准认证……
即使到了通过重重认证门槛的一天，还需要与汽车厂商或一级供应商进行约2~3年的车型导入测试验证。测试验证完成后，汽车厂商往往也不会立即切换，而是要求供应商以第二供应商的身份“陪跑”，逐步提高装机量，以防产品出现问题。
因此，在国内，即使部分造车新势力的配套体系门槛相对更低，但出于风险防范的考虑，敢使用国内新创业公司产品的车企终究还是少数。
所以，国产芯片替代的愿望很美好，但要实现高比例的国产化替代，远不是两三年能成事的，即使芯片短缺持续到2022年，国产汽车芯片也还是难成气候。
当前，外有美利坚势力的围攻，全球汽车芯片产能大量聚拢在美国的土地上，唯独把中国企业孤立在外；对内，国产汽车芯片无论是研发、生产还是国际认证，短时间内都难以实现明显进步，国产芯片意图实现有效替代仍然是痴人说梦。
本着实事求是的态度，换言之：中国汽车产业恐怕要成为这场芯片短缺浪潮中的输家。
芯片自主化还需多久？
芯片是半导体元器件的统称，是一个或多个集成电路组成的，而半导体通常指的是生产集成电路和芯片的材料。打个比方：芯片是一本书的话，集成电路大致相当于书的纸张，而半导体则是生产纸张的纸浆。芯片的性能和成本，取决于集成电路的精细化程度和半导体材料的质量。
全球芯片相关产业的产业链条大致如下：
由于材料和技术等领域的较为明显的差距，国内芯片产业链分布与全球不大相同：
国产芯片看，主要包括芯片设计、芯片材料、制造设备和芯片封测这几大领域，而在芯片制造的上游领域，国内与全球先进水平的差距不小，尤其是在光刻环节，而晶圆代工的生产技术也缺少顶尖硬货。
在芯片制造领域我们目前几乎是一穷二白，这或许是和政策引导有关。
在国家集成电路产业投资基金（下称国家大基金）一期支持下，中国培养出一批芯片设计公司，诸如汇顶科技、国科微、纳思达、景嘉微等。但是在集成电路封测、设备、材料等更上游的环节，由于没有政策引导，这些卡脖子的环节我们没有培育出有竞争力的企业，好在大基金二期已经开始在这些领域布局了。
摩尔定律仍然存在，但经历了将近70年的发展，半导体产业的技术进步空间受到挤压。由此也产生了芯片功能（不同于性能）的丰富化，即在继续努力增加集成电路上晶体管的数量的同时，致力于丰富单个芯片上的更多功能。这可能也是未来芯片技术的发展方向。
当然，技术的高度密集，导致市场的进入壁垒高，规模经济大，行业倾向于形成更加集中的市场结构。在此背景下，行业龙头凭借其技术和规模优势，能够较大的市场份额。
目前，国内芯片技术水平与国外存在根本差距。在芯片生产环节，国产最先进的光刻机的精细度可以达到50纳米，而荷兰的ASML最先进的光刻机，精度已经小于10纳米。卡脖子的现象将对国内芯片供给产生长期系统性影响。
由于芯片制造相关的基础科研能力不足，国内企业无法跟上世界顶尖企业的发展步伐，缺少足够的市场竞争力，差距逐渐拉大。美国在芯片设计、制造领域有巨大的优势。美国公司设计的芯片占了54%的市场份额，国内企业设计的仅占3%。
笔者认为：国内芯片自主化道阻且长，不是5年、10年就能走完的。换句话说，在如今的全球一体化的大背景下，在芯片这个对上下游产业链要求极高的行业，要想实现完全的自主化是不可能的，也是不现实的。这一点，我们务必要清醒。
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