作者1：周曉陽(yáng)（Gilbert），半導(dǎo)體老兵，西安交大微電子校友
作者2：周曉陽(yáng)，西安交通大學(xué)管理學(xué)院教授
2020年年初以來(lái)，全球逐漸出現(xiàn)了芯片短缺的狀況，并且愈演愈烈。“缺芯”問(wèn)題到底有多嚴(yán)重？格羅方德半導(dǎo)體公司CEO稱，公司直至2023年年底的芯片產(chǎn)能已被完全訂購(gòu)。并且，據(jù)他的預(yù)測(cè)，“缺芯”問(wèn)題在未來(lái)5到10年內(nèi)無(wú)法完全解決，全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈可能會(huì)長(zhǎng)期處于供應(yīng)偏緊的局面。其他的晶圓代工廠也出現(xiàn)了同樣的狀況，代工費(fèi)漲價(jià)，預(yù)定產(chǎn)能需要預(yù)付部分款項(xiàng)或預(yù)付全款，未來(lái)一兩年的產(chǎn)能被預(yù)定一空。
“缺芯”問(wèn)題充分體現(xiàn)在汽車行業(yè)，預(yù)測(cè)機(jī)構(gòu)AFS（AutoForecast Solutions）的數(shù)據(jù)顯示，截止至2021年11月14日，由于芯片供應(yīng)短缺導(dǎo)致的全球汽車市場(chǎng)減產(chǎn)高達(dá)1009.7萬(wàn)輛。其中，歐洲地區(qū)今年累計(jì)減產(chǎn)量為285.9萬(wàn)輛；亞洲地區(qū)今年累計(jì)減產(chǎn)量為367.7萬(wàn)輛（其中，中國(guó)市場(chǎng)減產(chǎn)量為198.1萬(wàn)輛）；北美地區(qū)今年累計(jì)減產(chǎn)量為315.2萬(wàn)輛。并且，根據(jù)AFS的預(yù)測(cè)，全球汽車市場(chǎng)今年累計(jì)減產(chǎn)可能會(huì)達(dá)到1126.3萬(wàn)輛。部分汽車廠商更是計(jì)劃交付“缺斤短兩”的產(chǎn)品：理想汽車讓用戶自己選擇是提前交付缺少2顆雷達(dá)的3雷達(dá)版車型或是等到12月份交付完整的5雷達(dá)版車型；小鵬汽車發(fā)布公告，若車主選擇提車后補(bǔ)裝雷達(dá)，將免費(fèi)獲贈(zèng)X?PILOT軟件，并且于2022年3月31日起分批補(bǔ)裝雷達(dá)；特斯拉在美國(guó)市場(chǎng)上交付了缺少后排Typc-C接口（預(yù)留好孔位）和手機(jī)無(wú)線充電板的車型，并計(jì)劃于12月開(kāi)始陸續(xù)補(bǔ)裝。
那么，為什么會(huì)有著突如其來(lái)的缺芯潮，而其如此的猛烈，如此的史無(wú)前例？是因?yàn)槿蛐枨笸蝗辉黾?，全球芯片產(chǎn)能/產(chǎn)出增加跟不上需求的增加？問(wèn)題到底出在哪里？
一． 過(guò)去兩年的需求端情況綜述
在所有使用芯片的終端中，手機(jī)對(duì)芯片的需求量最大（因?yàn)榈谝唬總€(gè)手機(jī)上用的芯片很多；第二，手機(jī)的產(chǎn)量和銷量都是最大的），其次是電腦（包括平板），家電，汽車等。
1. 手機(jī)需求端
表一展示了芯片消耗的最大戶——手機(jī)的銷量變化。
由表一可以看出，如果僅僅看這三年來(lái)每年第三季度的銷量變化，過(guò)去兩年的全球年平局增速僅僅2.11%，考慮到統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確性及每個(gè)季度的波動(dòng)性，再考慮到每年芯片的技術(shù)迭代及存儲(chǔ)容量的增加，對(duì)芯片的價(jià)值需求增加應(yīng)該小于10%。
2. 電腦需求端
表二展示了2020年全球前五大傳統(tǒng)PC廠商出貨量和同比增長(zhǎng)率。
表三展示了全球臺(tái)式電腦、筆記本電腦和工作站出貨量（市場(chǎng)份額和年度增長(zhǎng)）。
3. 汽車需求端可以看出，電腦產(chǎn)業(yè)2020對(duì)2019的增長(zhǎng)，及2021年Q2 對(duì)2020年Q2 的年增長(zhǎng)率在13%左右?？紤]到電腦的銷量大概是手機(jī)的四分之一，這個(gè)增速對(duì)芯片需求的影響較小。
在2021年，汽車生產(chǎn)最缺芯。表四展示了2020年全球汽車集團(tuán)銷售排行榜。
國(guó)際信用評(píng)級(jí)機(jī)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)普爾在2021年7月近日發(fā)布報(bào)告，上調(diào)了全球汽車行業(yè)增長(zhǎng)預(yù)期。預(yù)計(jì)2021年全球汽車銷量約8300萬(wàn)至8500萬(wàn)輛，將增長(zhǎng)8%到10%。標(biāo)準(zhǔn)普爾分析稱，在2020年受疫情嚴(yán)重沖擊后，全球汽車業(yè)逐步加快復(fù)蘇步伐，尤其是2020年下半年以來(lái)一些國(guó)家采取相關(guān)扶持政策和刺激措施，帶動(dòng)了汽車銷售。
通過(guò)表四和上述表述，2021年全年汽車銷量相對(duì)于2019年基本不變，當(dāng)然，新車對(duì)算力及功率芯片的需求是大幅增加了。同樣，家電等其他芯片使用大戶的增長(zhǎng)在2020年和2021年也很溫和。綜上所述，從芯片的需求端來(lái)看，芯片的總需求，折合到需要多少?gòu)?/span>8寸晶圓，在2020年和2021年還是相當(dāng)溫和的。
二． 過(guò)去兩年芯片供給端的情況
全球半導(dǎo)體公司中，預(yù)計(jì)2021年銷售額將超100億美元有17家，如圖1所示。包括6家無(wú)晶圓廠的公司(高通、英偉達(dá)、博通、聯(lián)發(fā)科、AMD和蘋果)和一家純代工企業(yè)(臺(tái)積電)。 另外三家半導(dǎo)體公司（AMD、恩智浦和亞德諾）將在2021年加入值得關(guān)注的“超級(jí)供應(yīng)商”名單。
總體而言，與2020年相比，2021年超級(jí)供應(yīng)商的銷售額預(yù)計(jì)將增長(zhǎng)26%。假設(shè)營(yíng)收的增長(zhǎng)70%來(lái)自漲價(jià)，30%來(lái)自供應(yīng)增加，那么，過(guò)去兩年的平均供應(yīng)增加為7.8%，這個(gè)增長(zhǎng)率，完全或基本完全支持了過(guò)去兩年終端市場(chǎng)增長(zhǎng)對(duì)芯片的需求。
那么，為什么會(huì)出現(xiàn)全球的缺芯潮？為什么缺芯這么嚴(yán)重？
三． 缺芯的由來(lái)
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華為業(yè)務(wù)遭到制裁，2020年9月15日，美國(guó)對(duì)華為的禁令生效日，屆時(shí)使用到美方技術(shù)的芯片企業(yè)將不得在未經(jīng)允許的情況下向華為供貨。各大國(guó)際供應(yīng)商在制裁生效日前開(kāi)足馬力為華為備貨（很大部分產(chǎn)能都分給了華為），影響了對(duì)其他客戶的芯片供應(yīng)，引起供應(yīng)緊張；
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比特幣等加密貨幣價(jià)格高企，造成挖礦機(jī)及挖礦機(jī)芯片（包括GPU）需求大增，對(duì)晶圓代工先進(jìn)工藝的產(chǎn)能需求占到TSMC等的10% 以上，而且挖礦芯片代工都對(duì)價(jià)格不敏感，甚至100% 預(yù)付款，一度擠占了其他正常終端對(duì)代工廠的產(chǎn)能需求，進(jìn)一步造成了供應(yīng)緊張；
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由于美國(guó)對(duì)華為的制裁，前幾大手機(jī)供應(yīng)商都準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)到華為手機(jī)供應(yīng)和銷售都會(huì)斷崖式下跌，每家（三星，蘋果，小米，OPPO，VIVO）都制定了激進(jìn)的戰(zhàn)略，搶占華為的市場(chǎng)份額，都積極在芯片和手機(jī)終端備貨，準(zhǔn)備大干一場(chǎng)，前五家的備貨數(shù)量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于華為減少的手機(jī)銷售數(shù)量，讓芯片供應(yīng)雪上加霜；
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由于新冠疫情及其他一些自然災(zāi)害，給全球著名的芯片供應(yīng)商時(shí)不時(shí)的造成一定的停產(chǎn)，減產(chǎn)，雖然百分比很小，但對(duì)業(yè)界的心理影響力極大；
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很多企業(yè)，特別是車企和電腦制造商，學(xué)習(xí)豐田經(jīng)驗(yàn)，實(shí)行JIT（實(shí)時(shí)供應(yīng)，零庫(kù)存），受到以上種種的沖擊，被迫調(diào)整戰(zhàn)略，把零庫(kù)存目標(biāo)變?yōu)榘肽陰?kù)存目標(biāo)，這相當(dāng)于把整個(gè)業(yè)界的需求增加了50%/年，這是任何一個(gè)產(chǎn)業(yè)的供應(yīng)鏈都無(wú)法承受的！
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在整個(gè)產(chǎn)業(yè)供不應(yīng)求的緊張狀況下，中間商也開(kāi)始囤貨，加價(jià)，整個(gè)產(chǎn)業(yè)變得極其困難。
綜上所述，全球芯片的整體缺貨不是由于整體需求激增引起的，引起缺貨的幾大因素都在逐漸消失或已經(jīng)消失，另外全球也都在積極的增加產(chǎn)能，增加產(chǎn)能的周期大概在12個(gè)月（有現(xiàn)成廠房）到36個(gè)月（從基建開(kāi)始），考慮到一般的國(guó)際大廠都會(huì)預(yù)留一定面積的廠房（筆者之一以前的一個(gè)世界前列的老東家規(guī)定當(dāng)廠房利用率預(yù)測(cè)>85%時(shí)要開(kāi)始籌建新的廠房），由于渠道供應(yīng)緊張狀況緩解，渠道囤貨也會(huì)逐漸釋放，全球芯片的整體缺貨狀況在2022年一定能夠解決，甚至更快。
四． 汽車芯片的缺貨
與整個(gè)集成電路產(chǎn)業(yè)的整體缺貨相比，汽車產(chǎn)業(yè)的缺芯卻有著不同的原因。從表四中可以看到，全球汽車銷量在2020年由于疫情的原因，有一個(gè)很大的降幅，大約15%，全球汽車廠家沿用JIT的理念，大規(guī)模減少了芯片的訂單，而其他消費(fèi)工業(yè)領(lǐng)域的芯片供應(yīng)又極為緊張，因此廣大芯片供應(yīng)商把產(chǎn)能都分給了非汽車需求，然而車企在2021年需求增加時(shí)，增加訂單已經(jīng)來(lái)不及了。另外，由于車規(guī)芯片的認(rèn)證周期在12到18個(gè)月，車廠又沒(méi)法及時(shí)換芯片型號(hào)及供應(yīng)商，造成汽車芯片供應(yīng)及其短缺，而且短期內(nèi)無(wú)法緩解。再者，車企為了保險(xiǎn)起見(jiàn)也開(kāi)始在可能的條件下增加庫(kù)存，但各家備貨都有短板，有備貨，都不齊全，同時(shí)由于新能源汽車的爆發(fā)性增長(zhǎng)，對(duì)汽車芯片，特別時(shí)功率芯片的需求爆發(fā)，短時(shí)間內(nèi)無(wú)法緩解。因此，汽車芯片，特別是汽車功率芯片，在2-3年內(nèi)無(wú)法緩解。
由于新能源車主驅(qū)模塊（芯片）逐漸向碳化硅過(guò)度（由于碳化硅的高效率，耐高溫，耐高壓，高可靠），未來(lái)幾年合格高效碳化硅芯片供應(yīng)極其有限，碳化硅芯片的短缺會(huì)更加嚴(yán)重，持續(xù)時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)。
五． 代工廠產(chǎn)能短缺與缺貨的關(guān)系
前五大晶圓代工廠（甚至不入流的代工廠）2022年的產(chǎn)能都被預(yù)定一空，而且是客戶交過(guò)預(yù)付款的，特別是中國(guó)的小型新的設(shè)計(jì)公司，更是拿不到晶圓代工廠的產(chǎn)能。同樣，封測(cè)代工廠的產(chǎn)能也非常緊張。還有一個(gè)事實(shí)，過(guò)去兩年整個(gè)中國(guó)大陸，購(gòu)買的封測(cè)產(chǎn)能（設(shè)備），大約是過(guò)去十年的總和。
可以看出，2022年無(wú)論晶圓代工和封測(cè)代工的產(chǎn)能都不足，尤其是對(duì)中國(guó)大陸的設(shè)計(jì)公司的產(chǎn)能，但缺產(chǎn)能是否就等于缺貨嗎？根據(jù)魏少軍教授在2021年12月22日的報(bào)告，2021年統(tǒng)計(jì)涵蓋了2810家設(shè)計(jì)企業(yè)，比去年的2218家多了592家，數(shù)量增長(zhǎng)了26.7%。2021年，2810家企業(yè)的銷售收入預(yù)計(jì)為4877.5億元，比2020年的4050.4億元增長(zhǎng)20.4%。扣除重復(fù)計(jì)算的部分，2021年整體收入是4586.9億元，較2020年的3819.4億元增長(zhǎng)20.1%。
毫無(wú)疑問(wèn)，我們不能在代工廠缺產(chǎn)能和缺貨之間劃等號(hào)，如果所有的設(shè)計(jì)公司都能拿到自己想要的產(chǎn)能，都生產(chǎn)出自己計(jì)劃生產(chǎn)的量（請(qǐng)注意，這個(gè)計(jì)劃是在市場(chǎng)整體缺芯時(shí)做出的），那么市場(chǎng)一定會(huì)過(guò)剩，一定會(huì)有設(shè)計(jì)公司的產(chǎn)品賣不掉，或賣不完。再者，中國(guó)也不需要這么多設(shè)計(jì)公司，有些設(shè)計(jì)公司，無(wú)論能否拿到代工產(chǎn)能，都會(huì)和這個(gè)時(shí)代說(shuō)再見(jiàn)的。就像有些手機(jī)廠家說(shuō)，由于受到芯片短缺的影響，自己的產(chǎn)銷量都受到了影響，但整個(gè)手機(jī)市場(chǎng)，除過(guò)極個(gè)別款的手機(jī)，還是非常好買的，還是一個(gè)買方市場(chǎng)！
所以，缺代工產(chǎn)能不等于缺芯，不等于供不應(yīng)求。但是，由于各個(gè)設(shè)計(jì)公司都在開(kāi)足馬力備貨，2022年的晶圓代工還是會(huì)非常緊張的，有些工藝節(jié)點(diǎn)及特色工藝的產(chǎn)能緊張還會(huì)延續(xù)到2023年！
在本文發(fā)表之際，業(yè)界已傳來(lái)消息，封裝測(cè)試代工廠得到訂單已經(jīng)開(kāi)始下降，有些封測(cè)大廠的個(gè)別分廠已經(jīng)提前停工過(guò)年！
六． 中國(guó)大陸的產(chǎn)能問(wèn)題
根據(jù)我們國(guó)家的發(fā)展戰(zhàn)略，國(guó)產(chǎn)化率的目標(biāo)，中芯國(guó)際的聯(lián)席CEO趙海軍在芯謀研究的論壇上說(shuō)，“從戰(zhàn)略角度來(lái)看，需要把國(guó)內(nèi)產(chǎn)能建到至少能滿足全球市場(chǎng)需求的30%，我們應(yīng)該要成長(zhǎng)5倍，至少需要10年發(fā)展空間”。 所以從這個(gè)角度來(lái)講，這個(gè)中國(guó)大陸對(duì)晶圓代工的有效產(chǎn)能需求會(huì)持續(xù)增加，未來(lái)幾年中國(guó)大陸的晶圓代工產(chǎn)能會(huì)持續(xù)短缺。當(dāng)然，考慮到中國(guó)大陸在封測(cè)界的地位和市場(chǎng)份額，未來(lái)幾年封測(cè)代工的產(chǎn)能與需求會(huì)相對(duì)平衡。
綜上所述，全球的整體缺芯狀況一定會(huì)在2022年得到極大的緩解，然而，汽車芯片、功率芯片及碳化硅芯片的短缺還會(huì)持續(xù)幾年！
