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一、半导体行业的作战地图

依据世界半导体贸易统计协会（World Semiconductor Trade Statistics，WSTS）的分类习惯，全球半导体产品可分为四大类，即分立器件、光电子器件、传感器、集成电路。通常，人们俗称的IC即为基础电路，全称Integrated Circuits。图中百分比为按收入计的市场份额。

从集成电路市场份额的变化趋势来看，半导体行业将于未来几年提升存储器芯片的产量。如上图所示，存储器芯片收入占整个IC市场的比例，从2020年的26.7%，上升到2021年的29.4%，预计2022年达到31.7%。

2021年5月，芯片源极（Source）至漏极（Drain）有效距离缩减至2nm，微观的通信距离实现突破，意味着芯片速度提升、运算速度提升，因此内存容量必须跟上，就对存储器芯片提出了新的高要求，这是今后半导体行业的存储器市场份额会持续扩大的主要原因。

半导体产品应用，逻辑电路主要用于高端芯片生产；而DAO（即Digital And Others,）则包括分立器件、模拟电路和其他（光电器件、传感器），主要用于工业生产和自动化测控。


二、“缺芯潮”原因分析

那么问题来了——何为“缺芯潮”？又如何发现芯片供应短缺呢？

业界所称“缺芯潮”，从表现形式上，可以总结为两点。一是交付周期加长，最近8寸晶圆的交付周期已经延长至26周。二是中间产品的价格上涨，从各渠道的新闻和文献来看，平均中间产品的芯片价格上涨20%左右。从全球形式上看，2021上半年，半导体行业的收入量仍然有较为显著的增加，然而这种产量的增加于媒体似乎并无感觉。

第一，行业周期造成的供应暂时性短缺。

半导体行业一直以来呈现明显的周期性上涨的态势，本次“缺芯潮”正值2018-2019年的供应低谷，2020年有所回升。全球半导体产能以收入计，2020年为4404亿美元（$440.4 Billion）,亚太地区62%，美国22%，如图所示。业界推断，“缺芯潮” 将于2023年结束，2024年可能出现产能过剩。

台积电（TSMC）董事长刘德音于今年7月底的第二季度业绩发布会上回答记者，全球半导体缺货情况，预计会延续到2022年。

纵向而言，行业周期，是由产业需求增长与落后产能之间的矛盾所产生的。行业技术发展对产能提出新的要求，此时订单供应产能相对落后，生产制造企业需要在已有的“现金奶牛”技术和先进技术的引进上进行取舍，加之引进新设备、开辟新工厂需要时间，因此使得半导体行业具有周期性。

最显著的是5G时代到来，对上游行业提出新要求，即要从原来的12/16nm制程往7nm以下制程发展（2021年5月已突破2nm大关），以适应5G芯片的需求。未来几年，预计芯片的高性能运算需求将呈倍数增长，同时，车用市场也首次对制程提出要求（Alan，2021）。

第二，不同晶圆产能的结构性调整，形成行业过渡期。

一方面，美国贸易保护主义阻碍了中美芯片供应链，导致业界资源要素流动受阻。这次“缺芯潮”于国内，主要是短缺8寸晶圆，而美国制造商已然开始攻克12寸制造技术。如果全球芯片产业形成多边合作关系，美国8寸制造技术及装备的配套要素可向其他国家流动，以缓解中国甚至其他国家的8寸生产制造问题。但是贸易保护主义会阻断这类资源要素流动。另一方面，行业技术迭代更新使得参与者倾向于12寸晶圆，导致8寸晶圆短缺。

从全球趋势来看，英国市场调研机构Arete Research的分析师Simpson认为，2022年上半年，像是电源管理IC、显示驱动芯片以及接触是影像传感器应该会开始完全转移到12寸生产线。此外，芥姜咨询首席顾问杨威表示，三星、东芝等纷纷转型服务高端客户，压缩了部分低端芯片的产能（Alan，2021; 第一财经，2021）。因此，微处理器类的芯片交付周期延长、单价有所提升。那8寸晶圆和12寸晶圆的工艺差异在哪呢？

8寸和12寸晶圆在工艺上存在较大的差异，后者的工艺制程稳定性更难控制，且12英寸晶圆厂的建厂成本高。以台积电的数据为例，制程越小其每个光罩组需要的光罩层数越多，造成光罩成本和设计成本增加，比如130nm制程下每个光罩组需要29层光罩，7nm制程下则需要74层光罩。此外，设计成本、嵌入软件成本、产能上升造成的成本，也都会随着制程的变小而显著增加（李晋，2021）。

因此，受成本、特殊工艺的限制，有相当多的器件仍基于8英寸晶圆生产，比如功率器件、模拟器件、电源管理芯片、CIS、指纹识别芯片、显示驱动IC等。如果粗略地划分晶圆应用，8寸晶圆主要用于电源管理IC、驱动IC、指纹识别IC、CMOS、MosFET、功率元件，12寸晶圆则多是90nm制程以下，需要高效能、高速运算的产品，包括CPU、GPU、手机AP及通讯芯片等。简言之，8寸晶圆用于基础芯片，12寸晶圆用于高端芯片。也有观点认为，总体上讲，12寸晶圆总体成本更低，业界产能倾向于后者。

从成本估算的角度，投资一座8寸晶圆厂需要约8-10亿美元，而引进符合7nm制程工艺的紫外光刻机设备（EUV）的投资额为1.5亿美金，从这两个数据也能看出，投产8寸晶圆厂的成本不菲。从投资周期的角度，新添设备周期约为0.5年，新建工厂到投产约为2年，这段时间将会经历芯片中间产品供不应求的局面（半导体行业观察，2020；ASPENCORE全球编辑群，2021；资本侦探-周永亮，2021）。

目前，8英寸晶圆设备供应商极少，企业扩产主要靠二手的设备。Surplus Global于2020年底预估，全球市场约有700台二手的8寸晶圆制造设备在售，但需求量在1000台以上，从侧面解释了8寸晶圆供给不足的原因。依据SEMI数据，2021年第一季度，全球半导体设备出货金额235.7亿美元，同比增长51%（李晋，2021；SEMI中国，2021）。这是业内人士分析，2024年行业将产能过剩的重要原因。值得一提的是，半导体设备出货主要集中于韩国、中国大陆、中国台湾，如图所示。

总结来说，产业技术升级使得参与者预见未来利润，纷纷入场建设12寸晶圆的基础设施，形成一段过渡期，进而造成供应基础芯片的8寸晶圆问津者少，供应高端芯片的12寸晶圆尚在投产，也尚未能形成成本优势，致使12寸晶圆应用于基础芯片。然而，行业内的终端产品（例如：汽车）对基础芯片的渴求是非常大的。

第三，芯片行业纷繁复杂，形成投机机会。

芯片行业供应链较长，具有买家投机的空间，这部分哄抬价格的行为对行业的影响程度或未可知，但确实有人已经依靠囤积芯片的方式，投机赚上可观的收入。

“举个例子，今年年初，某人在一个做电子贸易的网站上下单，订完货之后囤在仓库或者家里，涨了三四倍之后再转手出去，这种现象还是很多，尤其是在华强北的市场上。”不愿意具名的一家国内代理商对第一财经记者表示，过去芯片是一个充分供应的市场，敢这么冒险的并不多，但在价格涨势明显的情况下，敢于买断订货的人并不少。

在业内人士看来，即便“炒货”的总量不大，可能购买的是极少的数量，就几百片的芯片，提高几倍的价格去买，然后再转手卖掉。一个值得注意的现象是，随着芯片原厂的并购潮加剧，原有的代理商洗牌也在速度加快。产品线从部分大的授权代理商流向了中小代理商，使得芯片价格趋向于稳定。

“炒芯片的人这半年把十年的钱都挣回来了。”国内一家电子供应链公司负责人对记者表示，目前市场的干扰因素很多，非常复杂，由于赚钱效应快，很多做贸易、做物流的人都来炒芯片（第一财经，2021）。

第四，业界不同参与者的角度不同。

“缺芯潮”是半导体行业媒体所关注的议题之一，从数据上看，确实也存在价格上涨、供应回落的现象。但是，由于半导体供给侧涉猎广泛，不同终端产品的生产商对于芯片的进货价格的感知是不一样的，可以直观理解为议价能力的差异。

业内人士表示，像Apple这样的企业具有较强的议价能力，而且这类业者会议定长期的晶圆价格，一旦产能过剩，这些企业还能重新议定价格，通常其成本不会走高。然而，鉴于此次“缺芯潮”对于汽车行业的冲击程度，不排除Apple新能源汽车业务也会受到影响的可能。笔者认为，Apple对于进军汽车行业的意愿及速度都没有达到媒体关注的程度，也无从考证。

汽车行业估计，由于交付期较长或成本价格上升，导致汽车生产损失1000亿美元的产量。笔者此前做过新能源汽车调研，跟踪行业情况后发现，无论是小米、华为，还是腾讯，几乎可以在半个月内完成无人车原型，腾讯的Pony.ai于7月8日于上海开展的世界人工智能大会上进行实地测试。换言之，芯片供应问题对互联网巨头的影响比较小（综合报导，2021；Jingyi，2021）。

另一个议价能力带来的芯片供给侧短缺的原因，是供应链上的上游议价能力更强。我国单晶硅主要应用在半导体、光伏、太阳能发电、人造卫星、宇宙飞船、电器制造等领域，虽然光伏行业的单晶硅质量与半导体的标准有差距，但由于上游产能集中度高，形成寡头竞争格局，加之我国近几年对光伏行业的扶持力度较大，使得其下游行业的议价能力较弱（前瞻产业研究院，2021）。

第五，半导体行业领军方向与业内量产的需求方向有偏差。

2021年5月，芯片制程突破2nm大关，半导体行业明显将产能移至高端芯片的制作，如CPU、存储器的生产，资本流入12寸晶圆产能。与此同时，业界许多中小型车企、测控类企业的芯片需求在于一些基础芯片，例如MCU，即业界的8寸晶圆需求仍然非常巨大，于是产生供给需求的缺口。

MCU是个怎样的存在？MCU，即Micro Control Unit，微控制器，此类芯片无需强大计算处理能力，价格较为低廉，主要用于新能源汽车的车身控制（知乎作者，2020）。小鹏汽车表示，一辆整车需1700多块芯片，其中大多是基础芯片，故MCU的供应尤为短缺。目前的交付周期最长26周，通常为6至9周，平均而言也要4-4.5个月。换言之，要完成一辆新能源的整车，除了高端的CPU、GPU等芯片，更多的是上千块基础芯片，如果基础芯片的交付周期加长，相当于整车生产被耽误。VLSI的分析师Hutcheson这样描述基础芯片的重要性：“要打造一辆车、一枚导弹，或者一家战斗机、飞机，少一颗芯片就无法完工”。他还是表示，目前DRAM、NAND、逻辑IC、模拟IC于电源的应用，都是需求大于供给，至多供需平衡（Alan，2021）。好消息是，今年7月的电源管理芯片的交付周期已经缩短。

第六，不可抗力因素对工业产能的影响。

一是半导体行业对火灾等不可抗力因素较为敏感，例如，2020年10月，日本AKM由于火灾不得不停工休整，其出厂价格也由原来的26元，调整为320元（知乎-芯广场，2021；IT之家，2020）。

二是全球新冠疫情迟迟不退，对尚未完全自动化的工厂来说，影响是不可忽略的。今年上半年，京元电子由于45人感染新冠肺炎被迫停工48小时。随着疫情一波未平一波又起，这类风险仍在关注之列（21世纪经济报道，2021）。


三、全球半导体行业的未来展望

依据国际半导体产业（SEMI）数据，2017-2020年，全球62座新投产的晶圆厂中有 26座来自中国大陆，占比超过40%，成为增速最快的地区。截至2021年，据ASPENCORE分析师粗略统计，目前，美国本土的晶圆厂有94座，中国大陆的晶圆厂共有75座，中国台湾共有83座晶圆厂（建信基金，2021）。

SEMI最新300mm（12英寸）晶圆厂展望报告显示：从2020至2024年，保守估计将新增38个12英寸晶圆厂，中国台湾将增加11个晶圆厂，中国大陆将增加8个晶圆厂。届时，全球将拥有161个12英寸晶圆厂，晶圆月产能突破700万片。对此，IC Insights预测称，全球新增的12英寸晶圆产能，将达到相当于2080万片8英寸晶圆的水平。其中，大部分新增产能来自三星、SK海力士、长江存储等存储厂商。

十四五规划也对我国半导体产业提出要求：

一是加快先进制程的发展速度，推进14nm、7nm甚至更先进的制造工艺实现规模化量产。二是针对存储芯片、嵌入式MPU、DSP、AP领域、模拟芯片和高端功率器件进行重点支持和引导，致力于解决关键领域的卡脖子问题。从本文上述分析来看，存储芯片随着市场需求自然增长外，我国官方另外支持基础芯片的生产和引导。三是关键设备和材料的国产化。半导体专用设备市场，国际巨头在光刻机、检测设备、离子注入设备等处于垄断地位，并有知识产权保护，壁垒非常高。十四五将对关键卡脖子的设备和材料进行专项扶持，例如光刻机、大硅片、光刻胶。四是发展第三代半导体。我国在第三代半导体领域，与国外差距相对较小，国内产业链上下游也产生诸多优秀的公司，“十四五”规划致力于抓住这次机遇。

第三代半导体是以碳化SiC、氮化镓GaN为主的宽禁带半导体材料，具有高击穿电场、高饱和电子速度、高热导率、高电子密度、高迁移率、可承受大功率等特点（腾讯网，2021）。国内外SiC产业链主要包括上游的晶片和外延，到中间的功率器件制造（涵盖IC设计、制造、封装），到下游工控，和最终的产品应用，例如：新能源汽车、光伏风电等应用。目前，上游的晶片基本被CREE和II-VI等美国厂商垄断（ASPENCORE全球编辑群，2021）。

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参考文献

[1] Jingyi（2021），新能源汽车布局 6.12更新，ShoelessCai，2021.
[2] Alan Patterson （2021），芯片短缺2023年结束？资深分析师这样说，国际电子商务，2021.
[3] 综合报导（2021），7月芯片整体交期拉长至20周：MCU最久要26.5周以上，国际电子商务，2021.
[4] 第一财经（2021），深度调查｜芯片出厂价上涨一两成部分终端售价翻数倍，谁在哄抬价格？，百家号，2021.
[5] 建信基金（2021），全球半导体行业市场增长空间潜力大，财富号，2021.
[6] 知乎-作者（2020），MPU和MCU的区别，知乎专栏，2020.
[7] 知乎-芯广场（2021），疯狂三月，这些芯片价格涨了十倍？，知乎专栏，2021.
[8] IT之家（2020），受日本 AKM 芯片工厂火灾影响， 索尼 8 款相机将缺货，新浪科技，2020.
[9] 21世纪经济报道（2021），半导体巨头爆发群聚性感染，被迫停工！缺芯潮、涨价潮扑面而至，新浪科技，2021.
[10] 半导体行业观察（2020），8吋和12吋晶圆差别在哪里？，半导体器件应用网，2020.
[11] 李晋（2021），晶圆供需深度剖析+盘点全球90余家8英寸晶圆厂产能(附表)，国际电子商务，2021.
[12] 资本侦探-周永亮（2021），全球性芯片短缺潮中，半导体行业表现如何？，虎嗅，2021.
[13] ASPENCORE全球编辑群（2021），盘点中美半导体产业实力情况（附两国晶圆厂完整清单），国际电子商务，2021.
[14] SEMI中国（2021），SEMI报告：2021年第一季度全球半导体设备出货较去年同期大增51%，SEMI大半导体产业网，2021.
[15] 前瞻产业研究院（2021），【行业深度】洞察2021：2021年中国单晶硅行业竞争格局及市场份额分析，搜狐，2021.
[16] 腾讯网（2021），中国第三代半导体全名单，腾讯网，2021.

延伸阅读

• 零基础学习芯片制造
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