芯片危机已波及169个行业 中国"缺芯"将持续两年甚至更长
这一轮芯片大缺货以美国的制裁为始，形成蝴蝶效应。中国有机会化危为机，但考验各方智慧
编辑 | 谢丽容
缺芯的多米诺骨牌正在产业链上传导，每一张牌倒下，都引起新的连锁反应。
根据高盛一项最新研究报告，全球有多达169个行业在一定程度上受到芯片短缺影响，从钢铁产品、混凝土生产到空调制造，甚至包括肥皂制造业。
“对芯片耗尽的恐慌让每家公司都过度订购，就像卫生纸短缺一样，但规模巨大。”特斯拉创始人伊隆·马斯克在6月2日的推特上说。
不过，综合多位芯片制造业行业人士的总体看法，中国芯片产能供需缺口大的情况仍会持续两年甚至更长时间。
“这一轮芯片的短缺，是美国对华为制裁的蝴蝶效应。华为成了扇动翅膀引起飓风的那只蝴蝶。”易通网络一位专家告诉《财经》记者他的判断。易通网络长期从事供应链服务，与上下游打交道，熟悉半导体产业链的每个环节发生的细微变化。
他分析，华为受美国制裁时，为了保证业务连续性，将库存周期从传统的一个月拉长到以年为单位，这导致华为对市场的需求量大幅上升。华为体量巨大，对各类芯片几乎都有需求。
华为之后，其他厂商跟着恐慌，纷纷囤货自保，结合自然需求的提升，造成了年初发酵至今，仍在寻找解决方案的局面。
《财经》记者近期密集调研采访了中国芯片制造、需求端的一些公司和工厂。调研结果显示，目前，芯片短缺、交货期延长的局面并没有实质性缓解。一个积极的信号是，一些芯片代工厂的产能已有松动迹象。例如，一家国际大厂已经计划恢复承接四季度的订单。
这背后是芯片供应链积极自我调节的结果，但这样的调节能力受限于多种因素，产生的作用也将面临天花板。要实质性扭转这一轮全球缺芯潮，需要在供应链自我调节之外，各方做出更多努力。
中低端芯片需求量上升
“求购芯片MCU、Wi-Fi和蓝牙芯片。”
在一个半导体产业链微信群中，这样的需求越来越多。
宋俊纬是百芯智能的创始人，这家公司提供产品、打样、试产、量产等一站式制造服务，客户以工业制造型企业为主。他对《财经》记者说，芯片价格几乎一天一变，这让他头疼不已。制造行业工业机器人需求增大，要用到芯片的地方很多，其中一款芯片，从几个月前的100多元涨到了目前的1000多元，交期也从原本的十几周拖到了二三十周以后。
身处“世界工厂”的广东，宋俊纬更加直观感受到“缺芯潮”带来的强烈冲击波。
由于东南亚新冠疫情的失控，许多低端制造业都从印度等地挪回了中国大陆。工厂的迁移面临新的情况是劳动力短缺、用工昂贵，机器替代人的需求越来越紧迫。
统计数据能反映这一变化，根据国家统计局数据，今年3月，工业机器人产量同比增长80.8%，去年12月，这个数字仅为32.4%，使用在工业机器人上的芯片需求随之增加。一台工业机器人上，需要搭载包括MCU（微控制器芯片）、DSP（数字信号处理芯片）等芯片。
“如今，各行业的主芯片、配套芯片都缺。”宋俊纬分析，造成这个现象的原因主要有两个：一是预测失误，不少代理商是按照去年的计划报给厂商进行备货，导致备货不足；二是需求增加，新兴的消费需求在拉扯本身就紧张的供需关系。
除了工业机器人，随着物联网、自动驾驶的普及，蓝牙、WI-FI等芯片的出货量也在快速增长。
根据第三方分析机构IDC数据，全球Wi-Fi芯片出货量将于2022年达到49亿颗。另据台积电2021年一季度财报，自动驾驶业务的增长率高达31%，其次是高性能计算，增长了11%。再是物联网IoT，增长了10%。
王力在一家芯片代工厂工作。他接到的订单中，蓝牙、WI-FI、电源管理芯片的需求增长很快，几乎是零库存，而且现在客户付款非常及时，甚至会预付款，销量非常快。
一直在市场上打价格战的微控制器芯片MCU成为了此次缺货的主角，价格翻了10倍，甚至还拿不到货。
MCU即微控制单元芯片，又称单片机。目前市场上以8位和32位的MCU为主。这是物联网设备和端口都需要用到的芯片。未来物联网发展，每个物联网设备和端口都需要用到一个甚至多个MCU。
工业机器人单支机器手臂中，内建的控制器平均约有八成为MCU芯片。
在中国大陆，MCU市场是一片红海，用王力的话说，“杀人不见血”。国内很多做MCU的厂商做的都是中低端产品，利润低，打价格战。也正是因为利润低，很多芯片代工厂不愿意做。它们会把产能优先安排给利润高的芯片，例如手机、移动通信设备芯片等。国际上做MCU的厂大多是IDM，例如英飞凌、意法半导体、恩智浦、德州仪器等。
据第三方市场调研机构IC Insights数据，2019年全球MCU下游应用主要分布在汽车电子，其次是工控/医疗领域、然后是计算机和消费电子四大领域。而在中国，MCU的应用主要集中在家电等品类，消费电子的占比最多，汽车电子的占比明显低于全球的水平。
由于短缺，原本以价格战为主的MCU如今疯狂涨价，有的MCU价格甚至涨了10倍依然没货，这种情况在家电领域尤为突出。
还有一种现象也导致如今缺货不断蔓延。因为一款产品是由几个部分的芯片构成，例如一款家电产品，要用到的芯片就有MCU、电源管理芯片、智能功率模块、通信芯片、温湿度传感器等。有时候不缺MCU，缺电源管理芯片，产品同样出不来。
真需求还是伪需求
“是不是真有这么多真实需求？”王力疑惑。
他说，有一些客户本来在工厂里放了一些库存，最近都快速清了，现在还在追着要货。
“货到底去哪里了？真的有这么多需求吗？”
原因是双重的。一方面是需求在增长；另一方面是人为囤货加剧了缺货。囤货造成大量伪需求，也成为了涨价的主要原因之一。
多位业内人士的判断是，如果没有突如其来的疫情以及难以预测的国际政治形势，产业升级所带来的需求还不至于使得缺芯的情况如此严重。
芯片行业的年增长在15%以内，这个增长值基本在产业链的正常范围之内。根据第三方分析咨询机构IBS的数据，2018年-2030年全球集成电路产业规模的年增长基本在10%以内。目前，中国大陆晶圆代工厂的产能在扩充，但上述易通网络的专家认为，这够不上需求的增长速度。他说，他接触到的几家晶圆代工厂，订单是产能的4倍。
囤货是芯片短缺的关键原因。普遍囤货、多重囤货，又加剧了态势。
以消费电子为例，正常的库存周期是一个月，但这次很多企业都以年为单位进行囤货。有人给《财经》记者算了一笔账，根据第三方数据调研机构Counterpoint统计，2019年华为手机占全球手机的出货量为16%，如果华为扩大10倍库存，那么全球手机厂的供应就跟不上了。
除了企业出于自身需求的保障进行囤货行为，代理商的囤货也是一个难以预估的变量。像英飞凌、ST这样的大厂，在中国都是通过代理销售。因此，代理商的项目经理是能够知道明年需求计划和产能计划的，如果他们发现需求大于产能计划的时候，就会进行囤货，再适时放货。价格就在这个过程中发生了变化。
宋俊纬的客户下了整个电路板的订单，他们必须当天报出价格，因为等到明天，报价就无效了。一个两美元的芯片，可能第二天变成了4美元，甚至炒到10美元。“这非常不好，对客户的伤害很大。”
他说，他们现在能做的，就是把主芯片的渠道开放给客户，和客户一起谈价格，保证在未来一年内价格可以锁定。
供应链自我调节能力有限
“我最重要的三件事：产能、产能、产能”。
中芯北方总经理张昕在近期举行的上海国际半导体展览会上说。
大范围的缺货，对整个供应链都是挑战，供应链的本能反应是不能坐以待毙，需要扩产。
中国大陆成为此次产能与需求的核心。MCU的芯片制程以8寸晶圆为主。加上其他需求，此次芯片缺货主要集中在8寸晶圆。
8寸晶圆的代工厂在国外并不多，大多是一些IDM厂商，例如英飞凌、TI、意法半导体等。在中国台湾，虽然台积电（NYSE:TSM）、日月光这些芯片代工大厂也会做一些8寸晶圆的代工，但订单没有那么灵活，主要是几个固定的大客户。另外，台积电的产能中，先进制程占了大约一半，很难再有多余的产能出来。从台积电2021年一季度各制程营收占比就可看出，28纳米以上（含28纳米）的成熟制程占其营收的37%。
台积电2021年一季度各制程的营收占比
图片来源：台积电官网
在中国大陆，主要的8寸晶圆产能集中在中芯国际（SH:688981）和华虹半导体（HK:01347）。在缺芯之下，中芯国际在2021年一季度的销售额为11.03亿美元，同比增加22.0%。
截至2019年中芯国际各产线情况
数据来源：中芯国际科创板上市招股书
在2021年一季度电话会中，中芯国际相关发言人预测，成熟制程到今年年底产能将持续满载，新增产能主要在下半年形成。从2021年一季度财报中，中芯国际的主要产能还是集中在成熟制程上，55/65纳米制程的营收占比最多，为32.8%。
中芯国际2021年一季度各制程营收占比
图片来源：中芯国际官网
今年3月17日，中芯国际发布公告称，将经由中芯深圳开展28纳米及以上制程的12英寸晶圆生产项目，拟于2022年开始生产。而新项目的规划月产能为4万片。去年年底，中芯北方也再次宣布增资扩产。
4月22日，台积电也核准了28.87亿美元，将在南京扩建28纳米产线。预计在2024年，28纳米工艺芯片产能将提高至4万片/每月。
一些芯片代工厂正在根据客户报的预测，考虑扩产、建厂。
不过，多位资深行业人士向《财经》记者提供的分析显示，扩产其实不是最现实的解决方案。
如果扩产，设备需求也要相应增加。根据国际半导体产业协会SEMI的数据，北美半导体设备销售金额连续五个月创纪录增长。2021年4月，半导体设备销售额同比增长了49.5%，为过去五个月中最高。SEMI报告显示，全球8寸晶圆设备支出在2012年-2019年曾长期徘徊在20亿美元到30亿美元，之后在2020年超过30亿美元大关，今年设备支出预计将达到40亿美元。
全球8寸晶圆设备支出陡然上升
数据来源：SEMI官网
在今年的上海国际半导体展览会上，《财经》记者看到，很多8寸二手设备的价格翻倍，仍然被一抢而空。一家韩国设备厂在中国的代理商告诉《财经》记者，这是他们进入中国第一年，展会第二天，就已经有三四家封测厂和他们签订了合作。一家国际龙头设备公司高管也告诉《财经》记者，他们已经收到了很多8寸产线的设备需求。
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。但这位高管随即表示，他们也不可能再生产这些设备。
但现实是，8寸线的扩建可能性并不高。由于成本、利润和设备的原因，很少有芯片代工厂会选择扩建8寸产线。从更上游的设备厂来说，让他们再多生产设备，相当于多一份风险。“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。”上述国际设备企业高管表示。
设备缺，零部件也缺。北方华创公司董事长赵晋荣在上海国际半导体展览会上就指出，尤其是一些关键特定零部件，很多国外企业在这些零部件上耕耘了几十年，需要很深厚的基础和工艺，全球可能就一两家在做。如果由于芯片缺货，突然让这些零部件厂商扩产，几乎是不可能的事。
一家德国零部件厂商成立于1947年，他们做的产品应用在半导体制造、封测等各领域，合作客户包括泛林半导体、阿斯麦、应用材料等。其市场负责人告诉《财经》记者，由于缺芯，再加上不稳定的政治环境，一些中国大陆的设备制造厂会一次性向他们采购两三年的量。尤其是2020年年底，整个国际市场上半导体相关产品需求量变大，交货期变长。因此他们正在和客户沟通，在下订单的过程中多加一些余量。
8寸晶圆产线固定成本低、技术成熟，因此，将在很长一段时间里是许多信息设备的首选。“功率半导体器件、MEMS等芯片在未来一段时间，不太可能会因为技术发展大幅度缩减硅片的面积。”士兰微电子股份有限公司副董事长范伟宏说。士兰微是一家以IDM为主要发展模式的半导体企业，产线涵盖了6寸、8寸和12寸线。
另一种化解产能紧张的办法是客户购买设备，委托芯片代工厂进行管理和保养。这对双方都是一种分散风险的做法，一方面客户保证了订单；另一方面芯片代工厂也可以分担风险，减少重资产，保证产出。
一位中国大陆芯片代工厂研发人员表示，这样的做法在封测厂更为普遍，因为封测设备相较于制造设备来说价格便宜，三年到五年可能就能收回成本。但对于负责制造环节的代工厂来说，这种做法还是少数，除非是需求量非常大的客户才会下这样的赌注。
不过，去年11月，芯片设计公司联发科就宣布斥资3.72亿元向泛林半导体、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，租给晶圆代工厂——台湾力晶积成电子制造股份有限公司使用。
在8寸产线产能有限的情况下，一些需求开始往12寸转移。“8寸厂当时设计的时候，没有考虑到成熟制程的需求那么多。”上述中国大陆代工厂研发人员表示，现在中芯国际北方厂主力做的就是28纳米，如果要做65纳米的制程，从技术上说不是什么难事，只是需要时间。
中芯国际在28纳米上的产能还有很多剩余，大部分都集中在28纳米以上的成熟制程。目前大部分做28纳米的客户都主要集中在台积电、世界先进这些代工厂。因此，中芯国际也可以把剩余的产能挪到需求更大的成熟制程上。
这样的做法导致的其中一个结果也是涨价，同时也需要时间。转线之后成本提高，另一方面转线需要时间，原来可能每个月能出一点货，现在三个月都不一定能出来。
中国“化危为机”的思路
“在一个产业系统中，需求方和供给方的互动关系是产业秩序的核心。”清华大学经济管理学院教授朱恒源说。
根据第三方数据咨询BCG和SIA的数据，中国市场的最终消费占了全球芯片产品的24%，与最大需求方美国市场相当。如果再加上中国购买的芯片制造成产品，然后再出口到全球，这部分的市场规模则是35%。据此，朱恒源认为，中国已经是全球最大的需求方。
中国对芯片需求的增速也是全球之首。朱恒源认为，最大的市场、最高的需求增速，必然要求与之相适应的话语权：全球芯片产业链的秩序，必然要有与之相适应的治理安排，否则，全球芯片产业链结构就不可能处于稳定的状态，这对任何一方都没有好处。
新兴需求所需要的工艺制程无需太高，都在28纳米工艺制程以上，很多需求甚至65纳米、90纳米、130纳米的工艺制程就可以了。8寸晶圆厂所对应的生产工艺制程为90纳米及以上，基本满足需要。
多位业内人士都向《财经》记者表示，8寸晶圆所生产的产品，中国大陆基本可以做到全产业链可控。
根据国际半导体产业协会SEMI报告，全球8寸晶圆产能，中国大陆占据18%，领先全球，其次是日本和中国台湾，各占16%。
中国也是最大的需求国。根据世界半导体贸易统计组织统计，2020年全球半导体市场销售额4390亿美元；另一边，中国海关总署的数据显示，中国2020年集成电路进口金额为24207.3亿人民币，约等于3873亿美元，也就是说，2020年中国集成电路进口金额占全球销售额的大约88%。此外，中国大陆的设计公司将近2000家，全球的设计公司加起来也不会超过中国大陆的总额。
数据来源：中国海关 制图：陈伊凡
设计公司面对迭代机会和应用场景。一些中国设计公司会选择和中国的芯片代工厂共同成长，共同建立产线、迭代产品。
加之由于国际政治环境的不稳定因素和疫情的影响，海外芯片代工厂的开工率不高，一些海外订单转到了中国大陆。
只是国外产品在利用率和产品质量上要求更高，在中国大陆只有少数几家芯片代工厂能够承接。因此，当一线大厂承接了海外订单，产能满载之后，一些中低端产品的订单也会让渡给小规模的芯片代工厂。
除了制造环节，设备环节和材料环节也存在机会。
当制造生产线建立起来后，产业链上下游也会逐渐建立。“生产线移到什么地方，设备厂商就会跟到什么地方。”盛美半导体董事长王晖曾在今年的上海国际半导体展览会上说。
此前，半导体的零部件厂商大多在美国，后来日本半导体发展起来后，带动了一批设备厂商。他认为，中国半导体产业如果往下走，设备厂商也会逐渐形成一个产业，慢慢做起来。
环顾全球，8寸厂几乎没有新设备，二手设备价格翻番。若非8寸晶圆产品的价格能够上涨到令设备和零部件厂商都受益，国际上半导体设备的巨头再生产8寸厂的设备的可能性很低。这些设备往往不需要太先进的技术，这给中国大陆的设备和材料厂留下机会。
国产设备的确在这两年中标率提升。截至2020年3月，华力集成二期释放的58台工艺设备中，国产设备13台，国产化率22%。长江存储所释放的376台工艺设备中，国产设备38台，国产化率10%。
一家国产零部件厂商的研发负责人告诉《财经》记者，最早他们是给中微半导体的MOCVD设备供货。MOCVD是LED制造中的重要设备，采购金额一般占LED生产线总投入一半以上。如今，他们不仅做进了三安光电的供应链，还给德国的一家头部MOCVD厂商供货。
扩产的同时，风险依然存在。
多位业内人士表示，中国大陆在发展半导体产业时，往往容易“一窝蜂”。中芯国际创始人、青岛芯恩董事长张汝京近期接受《财经》记者专访时就表示，风险管控和满足产能的需要，两者取得平衡非常重要。
他曾与几位业界人士讨论如何优化管控制度，提出了分层负责，风险管控。例如，投资金额小于10亿元以下的，按现有方式进行备案；对于政府投资金额低于某一金额，由省市相关发改委窗口指导。金额更大的由上一级的发改委管控。至于民企或外资为主的（例如民间资本投资超过80% 以上的，总投资额小于99亿元以下的），因为政府担的风险较小，可适度放宽指导窗口。
张汝京的观点是，这样做能够实现优化的风险管控、分级负责、发挥国企与民企各自的优势和长处、支持建设质优的半导体厂、满足集成电路与半导体市场的需要，自力更生、自立自强。如此产能失调的问题也可以迎刃而解。