全球缺芯真相:什麼打亂了運轉半世紀的半導體產業鏈?

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編者按:本文來自微信公眾號「財經十一人」(ID:caijingEleven),作者:陳伊凡 顧翎羽,編輯:謝麗容 周源,36氪經授權發佈。

今年下半年,全球缺芯的問題才能看到緩解的曙光。

汽車產業的缺芯焦慮,似乎並沒有隨著時間減弱。

有業內人士估計,缺芯困局將從2021年上半年繼續延續到下半年,不僅如此,缺芯行業的波及面正擴散得越來越廣。

今年1月,本田、大眾、福特等車企紛紛宣佈由於芯片供應不足而減產或關停部分工廠,隨後,手機、面板等消費電子行業也面臨缺芯的情況,整個半導體供應鏈的上中下游都受到影響。

全球缺芯情況究竟如何?問題卡在哪?何以解憂?

受到芯片供應不足影響,根據第三方信息服務提供商IHS Markit預測,2021年第一季度,汽車產量將會比最初預期少67.2萬輛。在一位通用汽車中國區高管的記憶裡,這一輪全球性缺芯的情況前所未有。

車企缺芯傳導給芯片代工廠,全球芯片代工廠都在滿產運轉,在半導體行業追趕摩爾定律的將近半個世紀中,週期性產能緊張是該行業長期發生的情況。以往,都能依靠例如代工廠的提前佈局,或反週期建設等措施降低矛盾,但這一次這個產業中的每個環節似乎都「失算」了。代工廠的滿產轉移給再上游的設備廠商,再由設備廠商傳導給其上游的零部件廠商,一些零部件的交期甚至從原來的1-2個月延長至半年。上游的供應不足,又反過來傳遞給下游,加劇了消費電子行業缺貨的狀況。

2月4日,在高通公司(QCOM:NASDAQ )2021年一季度財報會上,總裁克里斯蒂亞諾‧安蒙(Cristiano Amon)表示,產能緊缺是全面的,預計供不應求的局面會在下半年恢復正常。2月24日,小米副總裁盧偉冰在個人微博中說,「今年芯片太缺了,不是缺,是極缺。」

運轉半個世紀的半導體產業鏈為何如此不堪一擊?波及全球的缺芯是如何發生並傳導至各環節?缺芯的情況什麼時候能夠緩解?

01

車企缺芯如何發生

受到去年年初開始在全球發酵的新冠疫情的影響,汽車廠商去年調整了銷售預測,向代工廠提出減產要求。代工廠不可能坐以待斃,一個好的辦法是去找到其他生意。

代工廠確實也有新的機會。疫情催化了居家辦公的需求,所有與其相關的信息產品生意都很好,例如雲計算、攝像頭、PC等,這些廠商成為了代工廠的新客戶,承接了汽車廠砍單多出來的產能。

但大家沒有想到的是,疫情得到一定程度的控制後,尤其到了去年下半年,中國汽車銷量出現反彈。根據乘用車市場信息聯席會統計,2020年全年中國市場汽車銷量約為2012.37萬輛,中國成為世界汽車第一大市場。這種變化讓車企、代工廠都始料未及。在雷克薩斯公佈的2020年全球銷量上,中國成為唯一一個銷量正增長的地區。

以往,芯片代工廠的常規做法是統籌管理客戶需求。例如優先保證長期客戶生產,按照2018年和2019年兩年的生產數量統計來優先排期。他們也會通過反週期建設提前佈局,以確保剛建好的工廠能夠趕上產能緊張的時機。

這種變化傳導到芯片代工廠的壓力是:原本已經排好的消費電子訂單顯然無法取消,生產汽車芯片又顯得很著急很必要。

「兩相矛盾之下,芯片代工廠的反應時間存在延遲。」前述設備企業從業人士告訴《財經》記者,從建廠到形成產能的週期是以年計的,成熟工藝改造少則一年,先進工藝要兩年時間以上,當現有產能被雲計算和消費電子擠佔之後,要把已經簽好的訂單砍掉,再回來生產車用芯片,幾乎是不可能的事情。

尋找空出的產線進行轉產,是否可能?對於汽車芯片來說,隨意更換任意一個生產環節都會帶來很大的技術和財力上的不確定性。

汽車芯片本身的性質也決定了其很難進行轉產。與消費電子不同,汽車芯片對其外部工作環境,如溫度、濕度、粉塵、壽命、穩定度等承受度極高。汽車電子元件的規格標準,業內稱車規級,車規級的電子元件售價高,要求也高。這增加了汽車芯片的製造難度。

以壽命舉例,車規級芯片的壽命要求至少15年,與此相比的消費電子芯片壽命為1年-3年。在溫度上,車規級芯片需要承受最低約零下40攝氏度到最高約155攝氏度的溫差。但消費電子一般在零攝氏度到零上40攝氏度即可。

而且,汽車芯片需要花很長時間進行研發和驗證,對於很多汽車芯片來說,研發的時間可能超過一年。如果要從開始研發到推向市場,至少三年。還有一些車規芯片,需要在通過了車規認證的產線才能生產。

久好電子創始人劉衛東告訴《財經》記者,他已經很長一段時間「吃不好,睡不好。」這是一家專注於傳感器用的信號調理芯片開發的集成電路創業設計企業。芯片設計公司將訂單交給芯片代工廠生產芯片,再供應給下游的零部件供應商,然後再交給車企。久好電子的產品中,有幾款汽車傳感器芯片,前有需求巨大的客戶,後面芯片代工廠滿產運行,下單需要排隊,唯一能做的,是等待。劉衛東並沒有轉產的計畫,一是因為轉產需要成本,二是汽車芯片的特殊性使得其不能隨意更換任意生產環節,他需要為客戶負責,保證產品的質量。

此前,世界領先的汽車配套產品供應商大陸集團就官方回應《財經》記者稱,儘管晝夜不停開展各項工作,但仍無法滿足客戶需求,使部分客戶需要調整其生產計畫或產品組合。大陸集團主要產品為輪胎,制動系統,車身穩定控制系統,發動機噴射系統,轉速表,以及其他汽車和運輸行業零部件。芯片代工廠是他們的上游。

通用汽車中國區的一位高管告訴《財經》記者,缺貨帶來的最大感受是銷售指標可能無法完成。為保證最盈利的車型順利生產,他們會將銷量不高的車型生產往後排。

產能緊張從下游向上游傳導,世界最大半導體設備供應商之一應用材料(NASDAQ:AMAT)公佈的2021年一季度財報顯示,當季營收創下新高,同比增長24%。淨利潤為11.3億美元,同比增長了27%。

亮眼的財報之下,設備企業的壓力也不小。近半年來,國際物流運力下降,集裝箱船運價格暴漲,零部件船運不過來,前述設備企業從業者告訴《財經》記者,一些零部件的交期從原來的1-2個月延長到了半年甚至更久。這也反過來加劇了缺貨的情況。

目前看來,下游的需求還在不斷增大,只能通過供應鏈的調節和等待芯片代工廠擴產來解決。不少芯片代工廠,如台積電、三星、聯電、中芯國際等都在通過擴產以應對旺盛的需求。

02

更深層次的原因

除了疫情所導致的供需失衡,前所未有的全球缺芯是多重因素疊加的結果。

此時回顧,車企的大規模缺芯消息頻頻爆出是在去年下半年,行業內其實在更早半年就感知到緊張情況。《財經》記者多方調查結果顯示,芯片設計企業、車企,消費電子行業以及上游製造以及設備企業,發現芯片產能緊缺加劇,在2020年年初就有苗頭。

一位設備企業資深從業人士告訴《財經》記者,2020年年初,在美國疫情嚴重時,他們甚至要自己招聘工人來進行設備的組裝,以此來保證生產,而這些工作原本是由外包工廠的工人來做的。

產能緊張時,一些下游設計廠商以及應用廠商甚至直接和設備廠商接觸。

去年11月,芯片設計公司聯發科(2454.TW)宣佈斥資3.72億人民幣向泛林半導體(LRCX:NASDAQ)、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,租給代工廠力積電(台灣力晶積成電子製造股份有限公司)使用。這是芯片行業中罕見的做法,一般來說,都是芯片設計公司將訂單交給代工廠,由代工廠進行芯片製造。

更深層次的原因是近年來8吋晶圓廠的陸續關閉。而大部分汽車芯片、物聯網信息設備所使用的芯片,都是採用8吋晶圓製造的。例如5G射頻芯片、PC端、指紋識別芯片、汽車控制芯片、傳感器芯片等,並且,這些需求在未來幾年會繼續增加。

但8吋晶圓的產能卻遠跟不上需求增長的速度,甚至8吋晶圓廠在逐年關閉。在中國大陸來說,芯片項目在技術先進性上的導向以及盈利,很多項目在落地時就瞄準了12吋產線,還有一些8吋產線轉成12吋產線。根據第三方數據機構IC Insights統計,三星電子2020年底月產能為306.0萬片8吋晶圓,位居第一大廠,其次為台積電。

世界半導體8吋產能公司排名

數據來源:IC Insights

根據國際半導體產業協會的數據,全球8吋晶圓產線數量在2007年達到200條,隨後開始下降,到2016年下降到188條。

如果8吋的晶圓不足,為何不轉而使用12吋晶圓生產?這是因為經濟效益。8吋晶圓產線固定成本低、技術成熟,因此仍是許多信息設備的首選。

久好電子的汽車傳感器芯片由台積電和中芯國際代工,前兩年,儘管8吋產能吃緊,等一等還是可以排上隊,到了2020年3月,芯片代工廠的產能就變得非常緊張,只有抗擊疫情相關的產品才能排到產能,到2020年9月,幾乎所有產品都很難排上了。

與之相對應的是,8吋晶圓產線所需的設備同樣面臨缺貨的情況,《財經》記者瞭解到,現在8吋產線的二手設備都在漲價。根據第三方數據機構Surplus Global測算,目前市場約有700台二手8英吋晶圓製造設備出售,但是8英吋晶圓製造設備需求至少在1000台以上。設備短缺限制了相關廠商短期的擴產進度。設備企業的從業人士告訴《財經》記者,他們也收到了很多8吋產線設備的需求。

既然如此,當生意來時,8吋晶圓廠是否會在未來大量增加?多位業內人士都向《財經》記者表示,會,但擴張有限。「半導體行業的核心就是一個字,『量』。」上述設備企業從業人員說。對設備公司和代工廠來說,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吋產線所需的設備。

除了8吋晶圓廠的數量減少,動盪的政治環境也是造成供需緊張的原因,一些大型公司加大囤芯力度,備貨量大幅增加。這使得芯片需求市場更加緊張。手機廠商在2020年芯片採購支出上的金額上漲,根據第三方市場調研機構Gartner的數據,2020年全球芯片採購支出達4498億美元,較2019年增長7.3%。支出金額排名前五的廠商分別是蘋果、三星電子、華為、聯想、戴爾科技。華為公司在2020年的芯片採購支出下降了23.5%。

2019、2020年全球芯片採購金額公司排名

數據來源:Gartner

除了這些非長期因素,科技產業的快速發展也是一個重要因素。近兩年,中國芯片產業大力度倍增,尤其是中國芯片設計企業大幅增多、需要芯片的產品也越來越多,勢頭迅猛,這也是致使產業鏈供需失衡的一個重要因素。

03

漲價、等待、重塑供應鏈

產能緊張之後,漲價看起來順理成章。

新一輪漲價開啟了半導體行業的2021年。年初,封測廠、芯片代工廠、芯片設計企業等紛紛宣佈漲價。

對中小型芯片設計公司來說,這是被迫之舉。在產能緊張的情況下,他們並沒有與芯片代工廠議價的能力,只能是求著工廠安排生產。

劉衛東瞭解到,大型芯片設計公司也同樣面臨產能緊張的情況,不過,大型設計公司有轉產到其他芯片代工廠的能力,例如人力、財力和在其他芯片代工廠的認可度。

他採取的辦法是,與芯片代工廠坦誠交流,取得他們的認可和瞭解,耐心等待。如果代工廠認可一家設計企業的可持續發展能力和未來的競爭力,即便對方是創業公司,也會給予生產能力。這反過來,對設計企業來說,也是一個大浪淘沙的過程。

漲價看起來是一個結果,重塑供應鏈,保證供應鏈安全則是更加長遠的需求。「如果沒有新冠疫情,動盪的國際政治環境影響下,重塑供應鏈這件事也同樣會發生,只是被疫情加速了。」多位芯片產業從業人士告訴《財經》記者。

為了緩解供應鏈壓力,一些企業加快了全球佈局。一位外資設備企業高層人士向《財經》記者透露,他所在的公司在亞洲擴建產能的進程在去年被大大加速。一來考慮到亞洲疫情相對緩和,二來則是靠近主要的芯片代工廠客戶。除此之外,他們在下游通過投資、併購的方式,保證供應鏈安全,塑造一個更靈活的產業鏈。

為了能夠及時在技術生命週期發展過程中使產品跟得上需求,設備廠商需要比其下游企業更超前地判斷可能發生的技術趨勢和市場變化,以此為依據進行佈局,這對設備廠商來說是一個很大的挑戰。另一個挑戰則是,很多關鍵的環節很難找到第二家、第三家可替代的廠商,如何浪裡淘金,是極大考驗。

去年12月7日,歐洲17國發表聯合聲明,提出將從兩個方面加強歐洲的電子和嵌入式系統價值鏈。一是強化處理器和半導體生態系統,二是在整個供應鏈中擴大工業影響力,以此應對來自關鍵技術、安全和社會方面的挑戰。

今年2月24日,美國總統拜登也簽署行政令,要求聯邦機構對半導體芯片、電動汽車大容量電池、稀土礦物質、藥品這四種關鍵產品的供應鏈進行為期100天的審查,增加國內產能,分析指,此舉或為擺脫對海外供應商特別是中國供應商的依賴。

在中國,本土供應鏈將會越來越得到重視,進口替代將加速。此前一位投資人就告訴《財經》記者,他和很多企業聊的時候,大家都會考慮在國內的備份,或者把訂單轉移到國內。

這場缺芯潮什麼時候可以結束?業內人士的判斷是,2021年下半年或許會有所緩解。

3月3日,中芯國際發公告稱,該公司與荷蘭半導體設備供應商阿斯麥(ASML)簽訂了一份高達約12億美元的購買單,購買深紫外光刻機(DUV)。根據經修訂和重述的批量採購協議,期限延長一年,至2021年12月31日。這有利於中芯國際在成熟製程上的擴產,能夠解決一部分產能緊張的問題。

另外,中芯國際創始人張汝京在青島芯恩的項目,已有進展,8吋芯片廠的動力廠房、研發、設計、辦公樓六棟單體完成主體施工,即將投產。當有限新增的8吋產線運轉起來,產能緊張也能夠有很大的緩解。

現在,在這條半導體產業鏈的每一個企業都在重新思考自己抗擊風險的能力。多位從業者對《財經》記者表示,重塑一個更加皮實的供應鏈,將是未來很長一段時間一項重要的事。

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