全球「缺芯」,中国芯片产业能弯道超车吗?

极客公园 2021-04-08 20:30


5G 手机的崛起让芯片供需失衡,一些突发因素又放大了这个现象,如华为囤货引发抢货潮,骤然回温的新能源汽车市场和疫情带来的 PC、数据中心市场提高了芯片需求;而芯片产能非但跟不上,还受地震、火灾、暴风雨等影响减少。芯片短缺的影响永未消散,对中国半导体产业而言,是危是机?

作者:杨逍
编辑:李曙光
来源:市界(ID:ishijie2018
原标题:为什么说全球缺芯是中国的机会?

从去年 12 月开始,NBA 2K21 游戏爱好者 Kamo,就一直在等着买英伟达 3060ti 显卡。这个产品的售价从官方指导价 3300 元涨到了 6700 元左右,高配版本更是价格破万。

京东每次放货,都有超 5 万人预约,4 个月来 Kamo 从没抢到过。游戏爱好者给英伟达 30 系列起了个绰号——「虚空显卡」,因为从来抢不到。

2020 年年底,显卡已经因晶圆厂商产能不足而缺货,但缺货的远不止显卡。手机、电脑、游戏机、汽车等产品都在为缺芯烦恼。

3 月 29 日,因汽车芯片不足,蔚来汽车的「江淮蔚来」合肥制造工厂停产 5 日。此前,福特、奥迪、本田、宝马、韩国现代也都受到影响,或停产,或减产,或裁员。

不止汽车,手机巨头也深受其害。三星暂停 Note 系列手机生产;苹果砍掉了 iPhone12mini 的产能;小米中国区总裁卢伟冰在个人微博感慨,「今年芯片缺货,不是缺,而是极缺」

5G 手机的崛起让芯片供需失衡,一些突发因素又放大了这个现象,如华为囤货引发抢货潮,骤然回温的新能源汽车市场和疫情带动的 PC、数据中心市场也提高了芯片需求;而芯片产能非但跟不上,还受地震、火灾、暴风雨等影响减少。以一己之力扰乱各电子产品相关行业的芯片短缺现象发生了。

几个月过去了,缺芯恐慌毫无减弱的痕迹。不禁让人疑惑,芯片为什么就突然缺货了,作为中国被卡脖子的行业,这次全球缺芯对于中国芯片行业是危还是机?


暴涨的芯片需求

全球缺芯的本质原因在于供需的失衡

5G 手机和新能源车都需要更多芯片的支持。

5G 手机比 4G 手机需要用到更多的芯片。以图像识别传感器为例,5G 手机的摄像头从单摄变为双摄、三摄甚至四摄,这带动了摄像头芯片 CMOS 图像传感器的需求增长。

在管控手机信号的射频 PA 芯片上,4G 手机平均需要 3-6 颗,而 5G 手机最多需要 16 颗,以获得更好的信号;在电源管理 IC 上,普通手机大概需要 4-5 颗芯片,但 5G 手机需要 7-8 颗,来解决 5G 耗电快问题。

2020 年中国上市新手机 218 款,累计出货 1.63 亿部,国内市场 5G 手机出货量占比达到 68.4%。

Realme 中国区总裁徐起直言,今年芯片缺货不是单一芯片缺货,多项产品都面临供应问题。「手机供应链不仅主芯片缺货,还有电源芯片及诸多小料。」

除了 5G 手机对芯片的需求激增,新能源汽车也是芯片消耗大户。

相比传统燃油车每辆车不足百枚的芯片使用量,汽车智能化、网联化以后,新能源车对芯片的需求在每辆车千枚以上。

而新能源汽车的热度是在 2020 年下半年明显升温的。

2020 年上半年,受疫情影响,大众集团、雷诺、日产、通用汽车、沃尔沃汽车、戴姆勒等车企亏损严重,法国雷诺上半年亏损约 600 亿人民币,甚至需要出售奔驰股份回血。

下半年汽车厂商对汽车销量预计保守,这导致车用芯片大厂英飞凌、意法半导体、恩智浦、瑞萨等纷纷砍掉台积电的代工订单。

但 2020 年下半年,新能源汽车却迅速回温,全球新能源汽车销量 286 万台,较 2019 年同期增长 36%。

中国新能源汽车销量达到 136.7 万,同比增长 10.9%,创下历史新高。

汽车芯片对安全性、可靠性要求很高,需要「车规级芯片」。要达到「车规级」芯片的水准,需要进行较长时间的认证,100 条芯片生产线里汽车厂家只能用 10 条。

汽车芯片对算力要求不高,以成熟工艺为主,主要在 8 英寸、90nm-0.13um 制程范围生产。

中国中车 8 英寸 FRD 芯片

半导体产能波动时,传导到汽车领域,缺货就极为明显,毕竟可选择范围少。

台积电 2020 年汽车芯片只占台积电 3% 的销售额,而智能手机占 48%,高性能芯片占 33%。

美国伯恩斯坦咨询公司预计,2021 年全球汽车芯片短缺将造成 200 万至 450 万辆汽车产量的损失,相当于近十年全球汽车年产量的近 5%。

瑞萨电子、恩智浦等几家汽车领域关键芯片厂商纷纷上调了产品价格,据界面不完全统计,有 21 家汽车芯片企业先后涨价,其中,瑞萨电子的部分产品涨幅甚至达到 100%。

材料公司日本信越化学于近日宣布将从 4 月起对所有硅产品提价 10%-20%。硅是制造晶圆的重要原材料,晶圆则是制造芯片必不可少的模具。

芯片制造厂商都在努力地满负荷运转。

华虹半导体三季报显示,其三座 8 英寸厂当季产能利用率均超过 100%;IDM 半导体公司华润微三季度以来,8 英寸产线整体产能利用率在 90% 以上;联华电子的产能排期已排至 2021 年第二季度。

中芯国际 12 英寸和 8 英寸产能爆满,无法给出具体的交期。爱集微报道,一位业内人士反馈:「从去年 12 月至今,一共才给我们排了 100 多片的产能。另外,与中芯国际合作了十几年,以前下单都是预付半款,今年三月却开始要求全款。」


华为抢购和疫情让芯片供需错乱

除了产业升级带来的需求上涨,缺芯现象还受到许多突发因素的影响。

第一个因素就是华为被打压后,大规模备货芯片导致的全球芯片抢购。

自美国打压华为后,华为开始大量储备芯片。这导致其他手机厂商为了自己的产品销售和发布不受影响,也开始抢购芯片。

WitDisplay 首席分析师林芝告诉市界:「为尽可能增加芯片库存,华为高价让晶圆厂优先生产它的大量订单。晶圆厂将华为芯片订单放在首位,其他订单被排到 2020 年 9 月 15 日之后,市场需求和订单生产时间不匹配。」

台积电 24 小时为华为赶工麒麟芯片,5nm 产能爆单;海思「转单」中芯国际后,中芯国际的 12 英寸晶圆和 8 英寸晶圆产线也爆满。

华为抢芯片备货,小米、OPPO 和 vivo 等手机厂商为抢占华为空出的市场,也加大了芯片采购量,从按季度备货到按年备货。

以小米为例,Gartner 研究报告显示,在 2020 年全球前十大半导体买家中,小米半导体支出达 87.9 亿美元,增幅最大,较 2019 年增长了 26%。

消费电子领域芯片需求突然加大,晶圆代工厂产能不足,只得挤压其他类型芯片的产能,在代工厂面前议价权较差的公司出现芯片荒。

一家数模混合芯片供应商相关负责人在接受集微网采访时表示,中芯国际只能保证给他们排上每月订单总量的 10%。

不过,德联资本高级副总裁方宏博士告诉市界,华为并非引起芯片短缺的主要原因,它从 2020 年 9 月起就无法向台积电等企业下单。华为对产能的影响可以得到修正,其影响主要在于引起芯片下游各行业的恐慌性备货和供需错乱,让行业从业者对产能失去预估。

疫情带来的 PC、数据中心、新能源等产业的逆势增长,才是芯片需求突然暴增的真正原因。

PC 市场从 2010 年开始就停滞不前,曾连续六年呈下滑趋势,一度被视为夕阳产业。

但疫情期间,居家办公、在线学习、消费需求的宅经济,推动 PC 产业(包括台式机、笔记本电脑和平板电脑)发展。

2020 年三季度和四季度,PC 产业逆势增长,Canalys 数据显示,三季度全球 PC 出货量同比增长 12.7%,第四季度同比增加 25%,全年出货量增长 11%,达到 2.97 亿台,创下 2010 年以来的最高全年增长率和出货量。

增长势头在 2021 年延续下去。Canalys 预计,2021 年全球 PC 市场出货量仍将增长 8.4%。IDC 则预测整个 2020-2025 年 PC 市场会有 2.5% 复合年增长率。

PC 从 CPU、内存、硬盘到电路板都对芯片存在极大需求,一下子将芯片领域供需不平衡的情况放大。

一个典型例子是,PC 市场产业供应链一直很稳定,但 2020 年下半年,连声卡芯片(放音乐需要声卡)都出现了缺货,ALC662 型号的集成声卡产品价格已经翻了 10 倍。

在诸多因素加成下,整个半导体领域供需严重失衡,需求骤然上涨。


跟不上的芯片供应

需求暴涨,供给却跟不上,成熟芯片制程用到的 8 英寸晶圆,产能尤其紧张。

8 英寸晶圆产能一度被视为落后产能,仅能用来生产 90nm 以上的芯片。22nm 以下的高端芯片只能用 12 英寸晶圆生产。汽车芯片、射频芯片等对性能要求不高的芯片常用 8 英寸晶圆。

从 2008 开始,全球各大晶圆厂就开始关闭 8 英寸产线,扩大高制程、利润率高的 12 英寸产能。8 英寸晶圆厂的数量从 2007 年巅峰时期的 200 条降低到仅剩 90 多个。

深度科技研究院院长张孝荣告诉市界:「原本市场期待中国能填补这个领域的空缺,但由于特朗普打压中国技术产业链,中国发展遭到严重冲击,进而导致全球成熟制程的产能严重供不应求。」

中芯国际 2020 年第四季度电话财报会议上透露 4.5 万片的 8 英寸月产能,远低于被列入清单前计划的 7 万片/月。

市面上芯片产能本就不足,芯片制造厂商从去年开始似乎还流年不利,自然灾害导致的停工一桩接一桩。

2020 年 10 月,大火烧毁了位于日本南部的旭化成微电子公司(AKM)旗下的一家芯片工厂,大火持续了 3 天,这场大火让 AKM 的芯片涨价,部分型号由 5 美元涨到 110 美元。

2 月下旬,美国半导体重镇德州又遭遇历史性冬季风暴,出现大规模停电,美国德州最大的电力合作公司甚至因此次暴雪欠下 18 亿美元债务,申请破产保护。

约占三星总产能 28% 的三星电子奥斯汀工厂、恩智浦旗下两座生产汽车微控制器 (MCU)、微处理器 (MPU)、传感器和电源管理等芯片的 8 英寸晶圆工厂和英飞凌 1 座 8 英寸晶圆工厂等因当地优先保障民水民电停产。

3 月 19 日,日本汽车芯片大厂瑞萨电子那珂工厂发生火灾,导致该厂 12 英寸产线停产,预计需要 1 个月复产。火灾一个月前,那珂工厂才因地震停产近半个月,当时瑞萨电子刚刚因全球车载芯片短缺将海外企业订单转到这家工厂。

汽车领域需要车规级芯片,可用产线有限,大火、地震、极寒天气导致汽车芯片主力工厂停产,加剧了汽车芯片短缺情况。

供需严重不足,整个半导体展开了一场抢产能大赛。

云岫资本合伙人兼首席技术官赵占祥告诉市界:「我认识的一些晶圆厂代工服务公司,最近都不敢出门,因为遇到客户都是来要产能的。芯片公司管流片的运营负责人则不敢回公司,到处跑要封测产能、晶圆制造产能,老板就在后方等着。元旦时,封测厂商华天的客户酒会已经一票难求。」

为保持产品能稳定供应,手机厂商开始采用双芯片平台策略,如红米 K40 同时搭载了 870/888 处理器,3 月 19 日 OPPO Find X3 搭载骁龙 870/888 处理器。

IDC 甚至预测,到 2022 年,将有超过 50% 主流手机厂商旗下 5G 手机横跨 3 家或以上芯片平台,以保障供应稳定。

iPhone12mini 被苹果砍订单缺货,其实也是三星屏幕因缺芯供应不上导致的,苹果思考了一下,决定先把出货量最小的 12mini 砍掉,以保证另外两个型号的销售。

汽车领域,日本、美国、德国政府已经官方出面,希望台积电给汽车产业分产能。

不过,黄崇仁曾公开表示,与台湾地区「经济部长」王美光开会讨论时,5 家厂商都表示很难挤出产能。


芯片国产化的机会来了?

短时间内芯片危机可能很难缓解,但这却是国产化的一个机会。

各大芯片厂虽然开始扩产,但远水解不了近渴。

根据国际半导体产业协会去年 11 月份的全球晶圆预测报告,到 2021 年底,全球 8 英寸晶圆生产线将增至 202 条,达历史新高。

中芯国际计划 2021 年扩充 4.5 万片的 8 英寸月产能;力积电预计 2021 年年底计划增加 2 万片 8 英寸月产能;华虹无锡厂预计 2020-2021 年将迅速扩充至 4 万片/月产能,其中,8 英寸厂未来有 1-2 万片/月扩充空间。

部分半导体企业选择建厂。北京燕东微电子 2019 年新建成的 8 英寸生产线 2021 年一季度将实现量产,预计年底能达到 4 万片月产能;华润微电子的 12 英寸晶圆厂正在建厂;闻泰科技的 12 寸晶圆厂则 2021 年 1 月刚刚动工。

国产 12 英寸的晶圆芯片

这场危机让各国意识到芯片自主的重要性。

为实现「技术自主」,欧盟将筹集数百亿欧元,推动半导体相关技术发展;美国半导体产业协会 (SIA) 呼吁美国将未来 5 年芯片研究的联邦拨款从 15 亿美元提高到 50 亿美元。

中国工信部则明确表示,国家会加大力度扶持芯片产业,力求让中国芯片自给率在 2025 年达到 70%。

两会代表也将汽车芯片国产化提上议程。

长安汽车董事长朱华荣呼吁主机厂试用国产芯片,广汽集团董事长曾庆洪则提出「实现汽车强国目标首先要先强芯」、「加强汽车关键零部件产业链建设」

国产车企也加深在汽车芯片领域的布局。

2 月 8 日,长城汽车宣布参与北京地平线机器人技术研发有限公司(下称「地平线」)的战略投资。地平线专注于人工智能算法芯片的研发,有车规级量产芯片产品。除长城汽车以外,比亚迪、长江汽车电子、东风资产等汽车产业链相关企业也参与了地平线此次 3.5 亿美元的 C3 轮融资。

截止 2019 年底,我国芯片的消耗量占世界芯片消耗量的 42%,但国产芯片的自给率不足 30%。

这场全球芯片短缺催化了国产芯片替代进程。更重要的是,过去中国芯片行业处在「造不如买」的市场环境下,耗费巨资造芯片,但国内企业对于芯片的需求却不大,造芯片的压力颇大。

现在中国制造崛起,手机产业链,汽车产业链已然蓬勃,中国已成为世界上最大的芯片需求市场。

有了本土需求后发展出整机组装产业,比如富士康。有了富士康之后,为整机厂商供货的模组类公司发展起来,如舜宇光学、欧菲光成为龙头。

为全球客户供货的模组类企业,又对芯片需求极大,市场起来了,芯片产业发展的市场动力就有了。

在国家集成电路产业投资基金(下称国家大基金)一期支持下,中国培养出汇顶科技、国科微、纳思达、景嘉微等一批芯片设计公司。

现在是中国芯片制造利好和利空并存的时期。不同于国家大基金一期将资金重心放在半导体设计类企业上,国家大基金二期投资重点已经放在集成电路封测、设备、材料等更上游的环节。

至此,中国已有芯片国产化的产业基础。本次芯片短缺又极大加剧企业对产业链自主的渴望。包括汽车在内的各行业客户们更愿意给国产芯片机会,芯片国产替代进程加速。

此次芯片短缺本质源于芯片制造产能不足,以及更上游的半导体设备和半导体材料紧缺。

这对于中国芯片行业的启示是,中国也不能仅停留在芯片的设计环节。实现产业链更多关键环节的完善,才能成为真正意义上的半导体强国。

本文经授权转载自公众号「市界」
作者:杨逍,编辑:李曙光