芯片危機已波及169個行業 中國"缺芯"將持續兩年甚至更長
這一輪芯片大缺貨以美國的制裁爲始，形成蝴蝶效應。中國有機會化危爲機，但考驗各方智慧
編輯 | 謝麗容
缺芯的多米諾骨牌正在產業鏈上傳導，每一張牌倒下，都引起新的連鎖反應。
根據高盛一項最新研究報告，全球有多達169個行業在一定程度上受到芯片短缺影響，從鋼鐵產品、混凝土生產到空調製造，甚至包括肥皂製造業。
“對芯片耗盡的恐慌讓每家公司都過度訂購，就像衛生紙短缺一樣，但規模巨大。”特斯拉創始人伊隆·馬斯克在6月2日的推特上說。
不過，綜合多位芯片製造業行業人士的總體看法，中國芯片產能供需缺口大的情況仍會持續兩年甚至更長時間。
“這一輪芯片的短缺，是美國對華爲制裁的蝴蝶效應。華爲成了扇動翅膀引起颶風的那隻蝴蝶。”易通網絡一位專家告訴《財經》記者他的判斷。易通網絡長期從事供應鏈服務，與上下游打交道，熟悉半導體產業鏈的每個環節發生的細微變化。
他分析，華爲受美國製裁時，爲了保證業務連續性，將庫存週期從傳統的一個月拉長到以年爲單位，這導致華爲對市場的需求量大幅上升。華爲體量巨大，對各類芯片幾乎都有需求。
華爲之後，其他廠商跟着恐慌，紛紛囤貨自保，結合自然需求的提升，造成了年初發酵至今，仍在尋找解決方案的局面。
《財經》記者近期密集調研採訪了中國芯片製造、需求端的一些公司和工廠。調研結果顯示，目前，芯片短缺、交貨期延長的局面並沒有實質性緩解。一個積極的信號是，一些芯片代工廠的產能已有鬆動跡象。例如，一家國際大廠已經計劃恢復承接四季度的訂單。
這背後是芯片供應鏈積極自我調節的結果，但這樣的調節能力受限於多種因素，產生的作用也將面臨天花板。要實質性扭轉這一輪全球缺芯潮，需要在供應鏈自我調節之外，各方做出更多努力。
中低端芯片需求量上升
“求購芯片MCU、Wi-Fi和藍牙芯片。”
在一個半導體產業鏈微信羣中，這樣的需求越來越多。
宋俊緯是百芯智能的創始人，這家公司提供產品、打樣、試產、量產等一站式製造服務，客戶以工業製造型企業爲主。他對《財經》記者說，芯片價格幾乎一天一變，這讓他頭疼不已。製造行業工業機器人需求增大，要用到芯片的地方很多，其中一款芯片，從幾個月前的100多元漲到了目前的1000多元，交期也從原本的十幾周拖到了二三十週以後。
身處“世界工廠”的廣東，宋俊緯更加直觀感受到“缺芯潮”帶來的強烈衝擊波。
由於東南亞新冠疫情的失控，許多低端製造業都從印度等地挪回了中國大陸。工廠的遷移面臨新的情況是勞動力短缺、用工昂貴，機器替代人的需求越來越緊迫。
統計數據能反映這一變化，根據國家統計局數據，今年3月，工業機器人產量同比增長80.8%，去年12月，這個數字僅爲32.4%，使用在工業機器人上的芯片需求隨之增加。一臺工業機器人上，需要搭載包括MCU（微控制器芯片）、DSP（數字信號處理芯片）等芯片。
“如今，各行業的主芯片、配套芯片都缺。”宋俊緯分析，造成這個現象的原因主要有兩個：一是預測失誤，不少代理商是按照去年的計劃報給廠商進行備貨，導致備貨不足；二是需求增加，新興的消費需求在拉扯本身就緊張的供需關係。
除了工業機器人，隨着物聯網、自動駕駛的普及，藍牙、WI-FI等芯片的出貨量也在快速增長。
根據第三方分析機構IDC數據，全球Wi-Fi芯片出貨量將於2022年達到49億顆。另據臺積電2021年一季度財報，自動駕駛業務的增長率高達31%，其次是高性能計算，增長了11%。再是物聯網IoT，增長了10%。
王力在一家芯片代工廠工作。他接到的訂單中，藍牙、WI-FI、電源管理芯片的需求增長很快，幾乎是零庫存，而且現在客戶付款非常及時，甚至會預付款，銷量非常快。
一直在市場上打價格戰的微控制器芯片MCU成爲了此次缺貨的主角，價格翻了10倍，甚至還拿不到貨。
MCU即微控制單元芯片，又稱單片機。目前市場上以8位和32位的MCU爲主。這是物聯網設備和端口都需要用到的芯片。未來物聯網發展，每個物聯網設備和端口都需要用到一個甚至多個MCU。
工業機器人單支機器手臂中，內建的控制器平均約有八成爲MCU芯片。
在中國大陸，MCU市場是一片紅海，用王力的話說，“殺人不見血”。國內很多做MCU的廠商做的都是中低端產品，利潤低，打價格戰。也正是因爲利潤低，很多芯片代工廠不願意做。它們會把產能優先安排給利潤高的芯片，例如手機、移動通信設備芯片等。國際上做MCU的廠大多是IDM，例如英飛凌、意法半導體、恩智浦、德州儀器等。
據第三方市場調研機構IC Insights數據，2019年全球MCU下游應用主要分佈在汽車電子，其次是工控/醫療領域、然後是計算機和消費電子四大領域。而在中國，MCU的應用主要集中在家電等品類，消費電子的佔比最多，汽車電子的佔比明顯低於全球的水平。
由於短缺，原本以價格戰爲主的MCU如今瘋狂漲價，有的MCU價格甚至漲了10倍依然沒貨，這種情況在家電領域尤爲突出。
還有一種現象也導致如今缺貨不斷蔓延。因爲一款產品是由幾個部分的芯片構成，例如一款家電產品，要用到的芯片就有MCU、電源管理芯片、智能功率模塊、通信芯片、溫溼度傳感器等。有時候不缺MCU，缺電源管理芯片，產品同樣出不來。
真需求還是僞需求
“是不是真有這麼多真實需求？”王力疑惑。
他說，有一些客戶本來在工廠裡放了一些庫存，最近都快速清了，現在還在追着要貨。
“貨到底去哪裡了？真的有這麼多需求嗎？”
原因是雙重的。一方面是需求在增長；另一方面是人爲囤貨加劇了缺貨。囤貨造成大量僞需求，也成爲了漲價的主要原因之一。
多位業內人士的判斷是，如果沒有突如其來的疫情以及難以預測的國際政治形勢，產業升級所帶來的需求還不至於使得缺芯的情況如此嚴重。
芯片行業的年增長在15%以內，這個增長值基本在產業鏈的正常範圍之內。根據第三方分析諮詢機構IBS的數據，2018年-2030年全球集成電路產業規模的年增長基本在10%以內。目前，中國大陸晶圓代工廠的產能在擴充，但上述易通網絡的專家認爲，這夠不上需求的增長速度。他說，他接觸到的幾家晶圓代工廠，訂單是產能的4倍。
囤貨是芯片短缺的關鍵原因。普遍囤貨、多重囤貨，又加劇了態勢。
以消費電子爲例，正常的庫存週期是一個月，但這次很多企業都以年爲單位進行囤貨。有人給《財經》記者算了一筆賬，根據第三方數據調研機構Counterpoint統計，2019年華爲手機佔全球手機的出貨量爲16%，如果華爲擴大10倍庫存，那麼全球手機廠的供應就跟不上了。
除了企業出於自身需求的保障進行囤貨行爲，代理商的囤貨也是一個難以預估的變量。像英飛凌、ST這樣的大廠，在中國都是通過代理銷售。因此，代理商的項目經理是能夠知道明年需求計劃和產能計劃的，如果他們發現需求大於產能計劃的時候，就會進行囤貨，再適時放貨。價格就在這個過程中發生了變化。
宋俊緯的客戶下了整個電路板的訂單，他們必須當天報出價格，因爲等到明天，報價就無效了。一個兩美元的芯片，可能第二天變成了4美元，甚至炒到10美元。“這非常不好，對客戶的傷害很大。”
他說，他們現在能做的，就是把主芯片的渠道開放給客戶，和客戶一起談價格，保證在未來一年內價格可以鎖定。
供應鏈自我調節能力有限
“我最重要的三件事：產能、產能、產能”。
中芯北方總經理張昕在近期舉行的上海國際半導體展覽會上說。
大範圍的缺貨，對整個供應鏈都是挑戰，供應鏈的本能反應是不能坐以待斃，需要擴產。
中國大陸成爲此次產能與需求的核心。MCU的芯片製程以8寸晶圓爲主。加上其他需求，此次芯片缺貨主要集中在8寸晶圓。
8寸晶圓的代工廠在國外並不多，大多是一些IDM廠商，例如英飛凌、TI、意法半導體等。在中國臺灣，雖然臺積電（NYSE:TSM）、日月光這些芯片代工大廠也會做一些8寸晶圓的代工，但訂單沒有那麼靈活，主要是幾個固定的大客戶。另外，臺積電的產能中，先進製程佔了大約一半，很難再有多餘的產能出來。從臺積電2021年一季度各製程營收佔比就可看出，28納米以上（含28納米）的成熟製程佔其營收的37%。
臺積電2021年一季度各製程的營收佔比
圖片來源：臺積電官網
在中國大陸，主要的8寸晶圓產能集中在中芯國際（SH:688981）和華虹半導體（HK:01347）。在缺芯之下，中芯國際在2021年一季度的銷售額爲11.03億美元，同比增加22.0%。
截至2019年中芯國際各產線情況
數據來源：中芯國際科創板上市招股書
在2021年一季度電話會中，中芯國際相關發言人預測，成熟製程到今年年底產能將持續滿載，新增產能主要在下半年形成。從2021年一季度財報中，中芯國際的主要產能還是集中在成熟製程上，55/65納米制程的營收佔比最多，爲32.8%。
中芯國際2021年一季度各製程營收佔比
圖片來源：中芯國際官網
今年3月17日，中芯國際發佈公告稱，將經由中芯深圳開展28納米及以上製程的12英寸晶圓生產項目，擬於2022年開始生產。而新項目的規劃月產能爲4萬片。去年年底，中芯北方也再次宣佈增資擴產。
4月22日，臺積電也覈准了28.87億美元，將在南京擴建28納米產線。預計在2024年，28納米工藝芯片產能將提高至4萬片/每月。
一些芯片代工廠正在根據客戶報的預測，考慮擴產、建廠。
不過，多位資深行業人士向《財經》記者提供的分析顯示，擴產其實不是最現實的解決方案。
如果擴產，設備需求也要相應增加。根據國際半導體產業協會SEMI的數據，北美半導體設備銷售金額連續五個月創紀錄增長。2021年4月，半導體設備銷售額同比增長了49.5%，爲過去五個月中最高。SEMI報告顯示，全球8寸晶圓設備支出在2012年-2019年曾長期徘徊在20億美元到30億美元，之後在2020年超過30億美元大關，今年設備支出預計將達到40億美元。
全球8寸晶圓設備支出陡然上升
數據來源：SEMI官網
在今年的上海國際半導體展覽會上，《財經》記者看到，很多8寸二手設備的價格翻倍，仍然被一搶而空。一家韓國設備廠在中國的代理商告訴《財經》記者，這是他們進入中國第一年，展會第二天，就已經有三四家封測廠和他們簽訂了合作。一家國際龍頭設備公司高管也告訴《財經》記者，他們已經收到了很多8寸產線的設備需求。
根據第三方數據機構Surplus Global測算，目前市場約有700臺二手8英寸晶圓製造設備出售，但是8英寸晶圓製造設備需求至少在1000臺以上。但這位高管隨即表示，他們也不可能再生產這些設備。
但現實是，8寸線的擴建可能性並不高。由於成本、利潤和設備的原因，很少有芯片代工廠會選擇擴建8寸產線。從更上游的設備廠來說，讓他們再多生產設備，相當於多一份風險。“除非量足夠大，漲價到設備企業也能掙錢，這時候，設備企業才願意生產8寸產線所需的設備。”上述國際設備企業高管表示。
設備缺，零部件也缺。北方華創公司董事長趙晉榮在上海國際半導體展覽會上就指出，尤其是一些關鍵特定零部件，很多國外企業在這些零部件上耕耘了幾十年，需要很深厚的基礎和工藝，全球可能就一兩家在做。如果由於芯片缺貨，突然讓這些零部件廠商擴產，幾乎是不可能的事。
一家德國零部件廠商成立於1947年，他們做的產品應用在半導體制造、封測等各領域，合作客戶包括泛林半導體、阿斯麥、應用材料等。其市場負責人告訴《財經》記者，由於缺芯，再加上不穩定的政治環境，一些中國大陸的設備製造廠會一次性向他們採購兩三年的量。尤其是2020年年底，整個國際市場上半導體相關產品需求量變大，交貨期變長。因此他們正在和客戶溝通，在下訂單的過程中多加一些餘量。
8寸晶圓產線固定成本低、技術成熟，因此，將在很長一段時間裡是許多信息設備的首選。“功率半導體器件、MEMS等芯片在未來一段時間，不太可能會因爲技術發展大幅度縮減硅片的面積。”士蘭微電子股份有限公司副董事長範偉宏說。士蘭微是一家以IDM爲主要發展模式的半導體企業，產線涵蓋了6寸、8寸和12寸線。
另一種化解產能緊張的辦法是客戶購買設備，委託芯片代工廠進行管理和保養。這對雙方都是一種分散風險的做法，一方面客戶保證了訂單；另一方面芯片代工廠也可以分擔風險，減少重資產，保證產出。
一位中國大陸芯片代工廠研發人員表示，這樣的做法在封測廠更爲普遍，因爲封測設備相較於製造設備來說價格便宜，三年到五年可能就能收回成本。但對於負責製造環節的代工廠來說，這種做法還是少數，除非是需求量非常大的客戶纔會下這樣的賭注。
不過，去年11月，芯片設計公司聯發科就宣佈斥資3.72億元向泛林半導體、佳能株式會社以及東京威力科創等設備廠商購買芯片製造設備，租給晶圓代工廠——臺灣力晶積成電子製造股份有限公司使用。
在8寸產線產能有限的情況下，一些需求開始往12寸轉移。“8寸廠當時設計的時候，沒有考慮到成熟製程的需求那麼多。”上述中國大陸代工廠研發人員表示，現在中芯國際北方廠主力做的就是28納米，如果要做65納米的製程，從技術上說不是什麼難事，只是需要時間。
中芯國際在28納米上的產能還有很多剩餘，大部分都集中在28納米以上的成熟製程。目前大部分做28納米的客戶都主要集中在臺積電、世界先進這些代工廠。因此，中芯國際也可以把剩餘的產能挪到需求更大的成熟製程上。
這樣的做法導致的其中一個結果也是漲價，同時也需要時間。轉線之後成本提高，另一方面轉線需要時間，原來可能每個月能出一點貨，現在三個月都不一定能出來。
中國“化危爲機”的思路
“在一個產業系統中，需求方和供給方的互動關係是產業秩序的核心。”清華大學經濟管理學院教授朱恆源說。
根據第三方數據諮詢BCG和SIA的數據，中國市場的最終消費佔了全球芯片產品的24%，與最大需求方美國市場相當。如果再加上中國購買的芯片製造成產品，然後再出口到全球，這部分的市場規模則是35%。據此，朱恆源認爲，中國已經是全球最大的需求方。
中國對芯片需求的增速也是全球之首。朱恆源認爲，最大的市場、最高的需求增速，必然要求與之相適應的話語權：全球芯片產業鏈的秩序，必然要有與之相適應的治理安排，否則，全球芯片產業鏈結構就不可能處於穩定的狀態，這對任何一方都沒有好處。
新興需求所需要的工藝製程無需太高，都在28納米工藝製程以上，很多需求甚至65納米、90納米、130納米的工藝製程就可以了。8寸晶圓廠所對應的生產工藝製程爲90納米及以上，基本滿足需要。
多位業內人士都向《財經》記者表示，8寸晶圓所生產的產品，中國大陸基本可以做到全產業鏈可控。
根據國際半導體產業協會SEMI報告，全球8寸晶圓產能，中國大陸佔據18%，領先全球，其次是日本和中國臺灣，各佔16%。
中國也是最大的需求國。根據世界半導體貿易統計組織統計，2020年全球半導體市場銷售額4390億美元；另一邊，中國海關總署的數據顯示，中國2020年集成電路進口金額爲24207.3億人民幣，約等於3873億美元，也就是說，2020年中國集成電路進口金額佔全球銷售額的大約88%。此外，中國大陸的設計公司將近2000家，全球的設計公司加起來也不會超過中國大陸的總額。
數據來源：中國海關 製圖：陳伊凡
設計公司面對迭代機會和應用場景。一些中國設計公司會選擇和中國的芯片代工廠共同成長，共同建立產線、迭代產品。
加之由於國際政治環境的不穩定因素和疫情的影響，海外芯片代工廠的開工率不高，一些海外訂單轉到了中國大陸。
只是國外產品在利用率和產品質量上要求更高，在中國大陸只有少數幾家芯片代工廠能夠承接。因此，當一線大廠承接了海外訂單，產能滿載之後，一些中低端產品的訂單也會讓渡給小規模的芯片代工廠。
除了製造環節，設備環節和材料環節也存在機會。
當製造生產線建立起來後，產業鏈上下游也會逐漸建立。“生產線移到什麼地方，設備廠商就會跟到什麼地方。”盛美半導體董事長王暉曾在今年的上海國際半導體展覽會上說。
此前，半導體的零部件廠商大多在美國，後來日本半導體發展起來後，帶動了一批設備廠商。他認爲，中國半導體產業如果往下走，設備廠商也會逐漸形成一個產業，慢慢做起來。
環顧全球，8寸廠幾乎沒有新設備，二手設備價格翻番。若非8寸晶圓產品的價格能夠上漲到令設備和零部件廠商都受益，國際上半導體設備的巨頭再生產8寸廠的設備的可能性很低。這些設備往往不需要太先進的技術，這給中國大陸的設備和材料廠留下機會。
國產設備的確在這兩年中標率提升。截至2020年3月，華力集成二期釋放的58臺工藝設備中，國產設備13臺，國產化率22%。長江存儲所釋放的376臺工藝設備中，國產設備38臺，國產化率10%。
一家國產零部件廠商的研發負責人告訴《財經》記者，最早他們是給中微半導體的MOCVD設備供貨。MOCVD是LED製造中的重要設備，採購金額一般佔LED生產線總投入一半以上。如今，他們不僅做進了三安光電的供應鏈，還給德國的一家頭部MOCVD廠商供貨。
擴產的同時，風險依然存在。
多位業內人士表示，中國大陸在發展半導體產業時，往往容易“一窩蜂”。中芯國際創始人、青島芯恩董事長張汝京近期接受《財經》記者專訪時就表示，風險管控和滿足產能的需要，兩者取得平衡非常重要。
他曾與幾位業界人士討論如何優化管控制度，提出了分層負責，風險管控。例如，投資金額小於10億元以下的，按現有方式進行備案；對於政府投資金額低於某一金額，由省市相關發改委窗口指導。金額更大的由上一級的發改委管控。至於民企或外資爲主的（例如民間資本投資超過80% 以上的，總投資額小於99億元以下的），因爲政府擔的風險較小，可適度放寬指導窗口。
張汝京的觀點是，這樣做能夠實現優化的風險管控、分級負責、發揮國企與民企各自的優勢和長處、支持建設質優的半導體廠、滿足集成電路與半導體市場的需要，自力更生、自立自強。如此產能失調的問題也可以迎刃而解。