芯片荒这场戏,到底何时结束?

2022-06-27 15:00:00 徐继 30

如果芯片荒是一场戏,那剧本一定不是提前写好的。

pcba

自从2020年9月15日,华为被台积电断供之后,从手机到更多产业链的芯片荒就开始愈演愈烈,直到今天。关于半导体行业未来走势的争议也越来越大:

此时此刻,全球半导体产业现状显然是烈火烹油。

调研机构IBS执行长Handel Jones近日表示,由于市场需求暴增,以及半导体设备短缺,3纳米、2纳米先进制程产量面临挑战,2024~2025年可能出现10%至20%的供给缺口。小鹏汽车首席执行官何小鹏也表示,汽车行业芯片荒还未结束。

那么,半导体从周期性行业会转为成长性行业吗?一批行业老兵却不敢苟同。

高通首席执行官 Cristiano Amon日前却表示,目前芯片市场需求虽然大于供应,但预计2022年下半供需就会更为平衡,2023年就会摆脱芯片危机。WSTS也预计,2022年全球半导体市场将实现16.3%的两位数增长,达到6460亿美元;但2023年预计比2022年只能增长5%,增长率将放缓。

Future Horizons首席执行官Malcolm Penn在今年5月更是危言耸听:半导体行业过山车一般的市场周期已经达到顶峰,即将急转下降;2022年,灾难还不会到来,但2023年将是半导体行业的一场灾难。

数十年以来,半导体产业一直是典型的周期性行业:两三年之后的供给量,可以由今天的产线投资所决定;但两三年之后的需求量,却未必测得准。

“芯片荒”,将会平稳度过,还是会以一场产能过剩的灾难而告终?芯片产业的下一个周期,会在中国实现半导体全产业链国产替代的同时,开启万亿美元全球市场吗?

 

缺芯是谁的“锅”?

 

实际上,“缺芯”并非突如其来,而是“久病成疾”。

早在2015至2019年期间,全球晶圆厂扩产势头就已疲软,尤其是应用于8英寸晶圆的成熟制程。据IC Insights统计,2009-2019年,全球共关闭了100座晶圆代工厂,其中8寸晶圆厂24座,6寸晶圆厂42座。

此外,全球芯片制造龙头台积电通常采取较为激进的折旧策略,设备折旧完成后即对成熟制程降价以打击竞争对手。这直接导致8英寸晶圆等成熟制程利润有限,晶圆产能整体呈现出由8英寸向12英寸转移的趋势。

8寸晶圆通常对应90nm以上制程,采用这些成熟制程的芯片,多应用于通讯、摄像头、交通电气等领域。然而,新冠疫情促进了居家隔离、远程会议和在线教学,在芯片厂商扩产不足的前提下,市场需求反而迅速增长。

手机、平板、笔记本电脑在内的消费类电子产品出现了一轮爆发性需求。晶圆厂纷纷停止了车规级芯片的流片,将产能转移给消费电子产品。

更加值得注意的是,碳中和作为2021年热度最高的关键词之一,带动了新能源汽车、光伏装机量的高速增长,其中新能源汽车产销成绩亮眼。

据中国乘用车协会(CPCA)统计,2021年,中国新能源汽车销量为330万辆。据盖世汽车援引数据,2021年全球汽车销量在8105万辆左右。若平均每辆车使用500个芯片,2021年整个汽车产业链就需要405亿块芯片。

可此时,忙于生产消费电子芯片的晶圆厂商,早已无暇顾及新能源车企的订单。

2021年2月,摩根士丹利发布报告指出,车用半导体芯片多由IDM(垂直整合制造)厂自己研发、生产,外包的比重约为2~3成,主要是生产MCU(微控制器)、雷达传感器以及车用资讯娱乐系统等产品。

根据报告,台积电出货量占汽车MCU市场的70%,但在2020年的营收数据里,汽车芯片的贡献仅占比3.31%。芯片制造商本身更乐于将产能分配给利润空间更大的智能手机和5G相关领域,龙头芯片制造企业正在全力向5纳米、3纳米芯片突围,以追求更高的利润。

多数汽车芯片属于成熟制程(≥28nm),晶圆代工大厂相对成熟制程的生产线已处于高负荷运行,很难满足短时间内快速增加的汽车芯片订单需求。由于这些制程产品利润偏低,且生产线由于光刻机等原因,很难进行改造更换。此外,新建生产线投资大、建设与认证周期长,供应商在驱动力以及转产难度上都面临着很大的挑战。

面对极度“缺芯”的汽车制造商们,台积电方面在2022年一季度财报中表示,该公司预计2022年的芯片产能仍将紧张,不会下调代工价格,但将继续投资建厂以保证产能。

 

开工率超95%,芯片供给为何持续紧张?

 

在台积电断供华为之后,来自大陆的订单占台积电营收占比就越来越低。2020年Q2大陆贡献营收还占21%,但2021年Q1就断崖式下降至6%,2022年Q1才恢复稳定至11%左右。

财报显示,整个2021年,台积电来自大陆的营收为1645.52亿元新台币(约合人民币367.28亿元),同比减少29.6%,占总营收比重降至10.3%。

当然,台积电仍然不缺大客户。但缺少了台积电的先进制程,大陆却涌现出更多半导体企业,晶圆代工厂更是得到前所未有的重视。

就在6月14日,证监会同意了大陆第三大晶圆代工厂晶合集成在科创板IPO。据了解,晶合集成已经实现90nm制程量产,正在进行55nm客户产品验证,预计不久就能实现55nm制程量产。

台积电作为晶圆代工的供给方,从利益出发,目前的芯片荒有利于台积电获取更大的议价权。

天风国际研报也显示,5月全球芯片平均交货周期仍维持高位,达到创纪录的27.1周(约6.3个月)。从上游环节来看,芯片交期维持高位,代工厂酝酿新一轮涨价潮;下游终端应用环节,智能手机、PC等消费类产品需求持续疲软,但工业、汽车类的芯片仍然坚挺。

同为晶圆代工企业,联华电子总裁王石在一季度财报电话会议上也表示,虽然大陆的疫情封控措施对需求产生了一定影响,但对汽车芯片、工业服务器和网络细分市场的整体强劲需求抵消了智能手机、笔记本和个人电脑的需求下降,2022年满足芯片代工需求仍然是一个挑战。

影响芯片供应的各种不利消息也在持续出现。据路透社报道,近期韩国一家半导体原材料企业,一周出货量约90吨异丙醇(制造清洗硅晶圆溶剂的原料)无法出货给中国晶圆供应商,三星中国厂可能因缺乏生产原料而停工。

在芯片荒之下,任何停工都会带来连锁反应,况且晶圆代工的产线本就是一直紧绷着的。

据Gartner统计,2021年,全球晶圆代工产能利用率超过95%,收入增长31%,达到1002亿美元。超过95%的产能利用率,可谓是烈火烹油一般的繁荣。但问题也随之而来:繁荣能一直持续下去吗?另一个问题也随之而来,随着更多产线持续落地量产,产线也是满负荷运转利用率奔着100%上升,无论先进制程还是成熟制程。尽管俄乌冲突等对全球芯片供应产生不利影响,但芯片总产能是在上升的,为何还有那么多人喊“缺芯”?

繁荣当然不会一直持续下去。基于芯片荒带来的少数行业获益更多,更不会一直持续下去。

有人认为,台积电等拥有更多先进制程产线的代工厂,是最希望“芯片荒”持续下去的。因为如汽车等产业的芯片紧张,其实紧张的并不是先进制程芯片,而是成熟制程的功率半导体、MCU芯片等。这些芯片原本价格不高,芯片荒之下,价格被抬高之后,反而有利于代工厂。

所有波及全行业的大事件,都不可能是由某一个大鳄就能控盘全局,这么大的产业链不是一桌赌局,不是代工厂一家所能决定。但也必然有各方合力,有小分销商想加价百倍;有主机厂想借机抬高车辆起步价;有二三线芯片代工厂想借台积电涨价之际也同步上涨价格,以缓解半导体材料、制造投入对利润的挤压,毕竟头部不涨价,自己更没有机会涨价。

甚至有观察者认为,台积电故意把一大部分“成熟”制程转去“先进”产品线,大幅度减少“成熟”产品的产出,故意制造市场的紧张,引诱客户下更多订单,促使市场自发形成囤积芯片的“反零库存”现象,这样才有机会提高代工价。

但如果更多二线代工厂同步提高价格,不排除台积电调整产线,增加成熟制程产量,从而逼迫客户砍单二线代工厂,从而打击竞争对手的可能。

诚然,众多车企大佬都在痛述,原本20块钱的芯片涨价到2000块钱还抢不到,芯片荒并不是在演戏。但这并不意味着,芯片荒涉及的产业链上下游,就没有推波助澜的成分。

在芯片产业陆续发布一季报之后的投资者交流会上,上游材料、设备、制造等芯片供给领域企业,对于芯片需求持续增长的态度几乎全都是非常乐观,并默认芯片荒的合理性;但需要给代工厂下订单的芯片设计企业,对于芯片需求是否能一直高涨下去,往往就未必那么乐观。

 

国际市场芯片发展受阻,中国成最大受益者?

 

中国工程院院士、微电子工艺技术专家吴汉明此前曾表示,现在已进入后摩尔时代,其最大特征是每年芯片性能的提升呈现出发展趋缓的态势。他认为,在2002年前,每年芯片性能的提升为52%,到后面几年变为23%,再到2018年的3.5%,由此可见发展放缓是一种趋势。

不仅如此,尽管芯片制程工艺每升级一次,其性能都会有大幅提升;但工艺的升级也同样会由于新技术的不成熟,从而导致产品出现各种各样的问题。

近日,多款采用4nm制程芯片的手机出现了发热量高和功耗高等问题。据报道,涉嫌功耗过热的3款顶级手机芯片,分别是高通骁龙8Gen1、三星Exynos2200、联发科天玑9000,均为目前各厂商高端芯片的代表。

而也正是因为4nm芯片存在各种弊端,三星4nm芯片在制程过程中良率提升过程出现了延迟。

由此可见,国际芯片市场已初显颓势。2021年以来,半导体市场周期便呈向下趋势,整体市场增速放缓,许多半导体企业开始面临经营压力。Wind数据显示,截至5月9日,全球已有126家半导体公司公布2022年第一季度财报,其中16家出现净利润同比下滑甚至亏损。

但所谓失之东隅,收之桑榆,尽管目前出现了芯片制程工艺放缓、最新成品存在成熟度欠缺的情况,但对于始终在先进制程技术后面追赶的中国半导体产业而言,这无疑是一次缩小与世界先进芯片制程技术的机会。

近日,国内两大晶圆代工厂中芯国际、华虹半导体相继发布2022年第一季度财报,财报显示两家企业在2022年第一季度的经营情况十分良好。

中芯国际财报称,2022年第一季度的销售收入为18.42亿美元,相较于2021年第四季度的15.8亿美元增长16.6%,相较于2021年第一季度的11.03亿美元增长66.9%。华虹半导体财报也显示,2022年第一季度销售收入再创新高,达5.946亿美元,同比上升95.1%,环比上升12.6%。

 

为何中国的芯片产业与国外相比会出现如此鲜明的差别呢?

 

首先,中芯国际、华虹半导体营收的稳步增长依托于中国庞大的半导体市场需求。SEMI数据显示,2021年中国大陆市场半导体销售额高达296.2亿美元,同比增长58%,是全球最大的半导体市场,占世界总半导体销售额的28.9%。

而在产出方面,2020年我国集成电路产业规模达到8848亿元,2021年将突破1万亿元,8年内产业规模增长了近两倍。正是有着这样巨大需求的市场基础,中芯国际、华虹半导体才得以持续发展。

此外在产业端,虽然半导体产业整体增速放缓,但晶圆代工市场依旧繁荣。中芯国际、华虹半导体均属于半导体产业链中游的晶圆代工企业,受近两年芯片短缺影响,诸多企业提前预订了大批晶圆代工厂的产能。

尽管如今缺芯情况相对有所好转,且手机、PC等下游产品的出货量均在下降,但由于晶圆代工产业处于中游位置,且半导体产业链的传导周期较长,大概为6个月,因此目前晶圆代工产业暂未受到市场波动影响,仍处于上升阶段。

因此,在国际芯片市场放缓的情况下,中国芯片企业却依旧创造佳绩。并且基于市场的繁荣局面,中国芯片产业在先进制程受阻的情况下,更是积极布局成熟制程生产线。

2021年3月,中芯国际便宣布扩产12英寸28nm成熟工艺产能,投入23.5亿美元,预计2022年投产使用。同年9月,中芯国际再次决定投资88.7亿美元,在上海临港自贸区再次建设一条月产能10万片的28nm产线。

不仅如此,华虹半导体在无锡高新技术产业开发区内有一座月产能6.5万片的12英寸晶圆厂(华虹七厂),且该生产线是全球第一条12英寸功率器件代工生产线,工艺节点覆盖90nm到55nm。

由此可见,中国芯片产业正在稳步向前发展,并借助全球芯片产业受阻的“东风”,正在进一步缩短与世界一流技术的差距。

 

写在最后

 

英特尔首席执行官 Pat Gelsinger在一季度财报会上认为,2021年芯片短缺给美国造成了2400亿美元的经济损失。因此,世界需要更有弹性、更加地域平衡的半导体制造业,而在企业端、云端、人工智能、图像、网络等领域的下游需求还很旺盛,半导体产业现在依然处于一个长周期的开端。

芯片短缺给中国造成的经济损失同样可以估算。以中国受损最大的企业华为为例,据统计2020年华为营收8914亿元,2021年降为6340亿元。而从2016到2019年,华为平均每年营收增长额都在1000亿元左右,按照这一趋势2021年若没有制裁华为营收可以达到接近万亿元的水平,比6340亿元的真实营收可以高出3600亿元左右。仅华为一家企业,中国经济损失就高达3600亿元左右。

当然,华为减少的市场份额,部分为国内其他企业替代。因此,华为的一部分损失属于“肉烂在锅里”,并不影响中国经济。但整个中国因芯片短缺造成的经济损失,肯定会大于华为的营收下降额,至少也是数千亿元的规模。

这场芯片荒,正如蝴蝶翅膀引发千万里外的暴风雨一样,参与方最初并没有想到会如此,但在芯片紧缺给少数相关方带来某些意想不到的利益之后,又有更多力量的推波助澜。

芯片荒无论何时缓解,Pat Gelsinger所认为的这场半导体长周期已经开始,而这场周期结束之时,半导体行业美国绝对主导的局面,可能也将发生一场翻天覆地的变化。


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