文丨泡騰VCer，作者丨dy，編輯丨Janet
“芯片短缺”是2021年最引人關(guān)注的主題之一，無論是財(cái)經(jīng)媒體的年度總結(jié)，或是券商研究所的明年展望，話題均離不開這個(gè)在過去一年間內(nèi)，讓所有產(chǎn)業(yè)參與者和行業(yè)觀察家撓破頭皮的“人類智慧的結(jié)晶”。
不止于宏觀敘事，芯片短缺也影響著我們每個(gè)人的日常生活。市場研究機(jī)構(gòu)Susquehanna International Group的數(shù)據(jù)顯示，全球芯片交貨期從2020年初開始持續(xù)上行，最新已達(dá)到22.3周。在生活中，我們能感知到的或許是最新款iPhone13推遲發(fā)貨，因?yàn)樘O果削減了1000萬臺(tái)產(chǎn)量；又或許是特斯拉新車暫時(shí)先不裝USB口，原因同樣還是買不到對應(yīng)的芯片。
在見諸報(bào)端的分析中，芯片短缺是近兩年蔓延全球的供應(yīng)鏈亂象的一部分，原因包括“產(chǎn)能短缺”、“需求爆發(fā)”、“供應(yīng)鏈?zhǔn)茏?rdquo;等客觀因素，也包括各種離奇的火災(zāi)、暴風(fēng)雪、罷工等意外事件。但要抓住重點(diǎn)，我們應(yīng)回歸最傳統(tǒng)的“供給-需求”行業(yè)分析框架，看看是怎樣的供求錯(cuò)配，最終導(dǎo)致全球“缺芯”的局面。
01、看長期：產(chǎn)能結(jié)構(gòu)錯(cuò)配埋下供求失衡伏筆
芯片產(chǎn)業(yè)鏈漫長而復(fù)雜，上中下游分別為設(shè)備/材料、制造、封裝測試。中游的制造環(huán)節(jié)分為兩種模式，IDM模式集各環(huán)節(jié)于一身，代工+設(shè)計(jì)模式則講求專業(yè)分工。隨著芯片水平的提升，建造新工廠的成本也越來越高，未來一座最新技術(shù)的工廠甚至需要投入200億美元，因此制造環(huán)節(jié)走向?qū)I(yè)分工是行業(yè)趨勢。目前，晶圓代工產(chǎn)能保持在芯片制造總產(chǎn)能的一半左右，地位十分重要，而本文也將主要以晶圓代工為切入點(diǎn)進(jìn)行研究。
談到晶圓代工，離不開“制程”和“硅片尺寸”。芯片制程從1990年的1微米發(fā)展至最新的5nm，目前28nm以下是先進(jìn)制程，應(yīng)用于對性能要求極高的手機(jī)處理器、CPU、GPU等。28nm到90nm是12英寸硅片上的成熟制程，應(yīng)用于通信、射頻、模擬等中端芯片。90nm以上是8英寸及更小硅片上的成熟制程，應(yīng)用于電源管理、面板驅(qū)動(dòng)、功率器件等中低端芯片。
先進(jìn)制程是近年來代工產(chǎn)能擴(kuò)張的主力，由臺(tái)積電扛起大旗，瘋狂砸錢。今年資本開支總計(jì)達(dá)300億美元，占行業(yè)總開支的八成，三年計(jì)劃總投入高達(dá)恐怖的1000億美元。但是，傳統(tǒng)先進(jìn)制程的需求——消費(fèi)電子，卻增長乏力，PC+智能手機(jī)+平板電腦的三波浪潮已然衰退。之所以需求疲軟卻擴(kuò)產(chǎn)迅猛，一方面是服務(wù)器、礦機(jī)、游戲主機(jī)等增量需求，另一方面則是臺(tái)積電乘勝追擊，進(jìn)一步奠定行業(yè)地位的戰(zhàn)略布局。
和先進(jìn)制程相比，近年來，成熟制程的擴(kuò)產(chǎn)節(jié)奏緩慢。2014年以來，成熟制程總產(chǎn)能的年化增速只有3.8%。其中比較有代表性的現(xiàn)象是，導(dǎo)入過猛的28nm趕上了全球半導(dǎo)體市場大衰退，產(chǎn)能利用率快速走低，此后各家廠商都不愿再度擴(kuò)產(chǎn)。而8英寸的相關(guān)制程本身帶有“即將淘汰”的屬性，因?yàn)楣杵叽绲内厔菔窃酱笤胶?，尺寸越大，平均成本越低?001年推出后，行業(yè)重心基本在12英寸之上，同期8英寸工廠關(guān)停，設(shè)備也不再生產(chǎn)，產(chǎn)能規(guī)模停滯并陷入衰退。
成熟制程新增供給有限，但下游應(yīng)用市場卻在近幾年迎來快速發(fā)展。首先是消費(fèi)電子的綜合升級，雖然總出貨量增長乏力，但隨著智能手機(jī)往多攝、5G、屏幕升級、快充等方向升級，所使用的圖像傳感芯片、射頻芯片、顯示驅(qū)動(dòng)芯片、電源管理芯片等均以成熟制程為主，周邊配套例如5G基站、無線耳機(jī)、充電器等也是如此。以5G手機(jī)為例，一方面，其滲透率逐年提升，預(yù)計(jì)今明兩年的出貨量增速高于50%；另一方面，相比4G，5G手機(jī)需要2倍的電源管理芯片和功率放大器，2.5倍的濾波器，單機(jī)所含成熟制程芯片數(shù)量也有所上升。
其次是物聯(lián)網(wǎng)，智能家居、智能視聽、可穿戴等豐富的下游應(yīng)用驅(qū)動(dòng)市場高速發(fā)展。綜合多家機(jī)構(gòu)的預(yù)測，過去五年，物聯(lián)網(wǎng)連接總數(shù)的年化復(fù)合增速為23.5%，未來五年則為13.2%。具體看，芯片種類可分為計(jì)算、通信、傳感三類，較大比例均采用晶圓代工模式，其中既有IDM企業(yè)將產(chǎn)品外包代工，例如MCU和MPU芯片，也包括原本就采取設(shè)計(jì)-代工分工模式的通信和傳感芯片，這些芯片對性能要求不是很高，制程范圍主要為28nm-0.15μm的成熟制程，且較多使用8英寸生產(chǎn)。
最后是汽車芯片，新能源汽車以及智能汽車的滲透率逐年提高，而單車“含硅量”（芯片價(jià)值量占比）預(yù)計(jì)將在2030年提高至45%，致使汽車芯片的重要性提高。這一過程中帶來了很多增量芯片需求，包括功率半導(dǎo)體、SoC、MCU、傳感器等，整體仍以IDM模式為主，代工比例約為20%-30%，但分產(chǎn)品看，SoC、MCU、傳感器等的代工比例較高，性能要求比消費(fèi)電子和物聯(lián)網(wǎng)略低，制程在40nm及以上。
與極致性能相比，這些應(yīng)用需求總量大，更追求性價(jià)比，因此仍然選擇成熟制程，而不轉(zhuǎn)向先進(jìn)制程。28nm之后芯片設(shè)計(jì)成本增幅明顯擴(kuò)大，設(shè)計(jì)廠商負(fù)擔(dān)更重；同時(shí)，建造晶圓廠的成本也迅速增加，例如前文提到的200億美元/座的3nm晶圓廠，這部分成本也會(huì)轉(zhuǎn)嫁到設(shè)計(jì)商頭上。因此，成熟制程處于良好的性價(jià)比平衡點(diǎn)。此外，大部分成熟制程工廠已建立多年，折舊基本完成，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本；同時(shí)，部分不單純以性能衡量，主要應(yīng)用于復(fù)雜場景的特種工藝，例如IGBT、DMOS、BiCMOS、BCD等，也集中于歷史悠久的成熟制程平臺(tái)之上。
綜上所述，成熟制程供給端近年來長期以緩慢節(jié)奏擴(kuò)產(chǎn)，但需求端的5G、物聯(lián)網(wǎng)、汽車等下游新興市場卻強(qiáng)勢增長，性價(jià)比因素導(dǎo)致這些需求選擇使用成熟制程，而不轉(zhuǎn)向先進(jìn)制程，最終導(dǎo)致供求不匹配，這是本輪芯片短缺的根本原因。雖然先進(jìn)制程供求關(guān)系寬松，但是，由于終端產(chǎn)品里各品種芯片缺一不可，iPhone離不開電源管理芯片，特斯拉也少不了USB芯片，部分成熟制程芯片供不應(yīng)求，導(dǎo)致全行業(yè)呈現(xiàn)出嚴(yán)重的芯片短缺情況。
02、看短期：多項(xiàng)擾動(dòng)因素放大供求失衡形式
長期的產(chǎn)能錯(cuò)配為何在此時(shí)爆發(fā)，導(dǎo)火索離不開大洋彼岸曾經(jīng)的“懂王”，和已肆虐全球兩年的新冠病毒。隨之產(chǎn)生的三項(xiàng)主要擾動(dòng)因素，放大了供求錯(cuò)配，點(diǎn)燃了缺芯狂潮。
擾動(dòng)因素一是車企應(yīng)對疫情的舉措。2020年上半年，新冠肺炎疫情自局部向全球蔓延，車企過度悲觀，從而大幅縮減芯片訂單。需特別指出，汽車芯片本身在晶圓代工企業(yè)中優(yōu)先級偏后，例如在臺(tái)積電營收中僅占5%，主要因?yàn)槠淅麧櫩臻g不大但生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)苛。于是，這部分空缺產(chǎn)能很快被其他爆發(fā)性增長的需求填滿。隨后，下半年汽車市場超預(yù)期恢復(fù)，車企嘗試追加之前砍掉的訂單，但代工廠已沒有多余產(chǎn)能。一出一進(jìn)，車企便撓破了頭。
擾動(dòng)因素二是設(shè)計(jì)廠商的多重下單和囤積庫存行為。多重下單指設(shè)計(jì)廠商在不同的代工廠地方下訂單，后續(xù)可以選擇毀約砍單或囤積庫存，這就扭曲了市場的真實(shí)需求情況。在多次業(yè)績說明會(huì)上，多家代工廠商均明確指出這種行為的普遍性。
擾動(dòng)因素三是大陸企業(yè)在政治打壓之下的提前備貨行為。大陸的半導(dǎo)體終端市場大，但本土代工產(chǎn)能有限，華為、小米、OV等終端大廠均高度依賴海外代工產(chǎn)業(yè)。然而，貿(mào)易摩擦背景下，國產(chǎn)廠商受打壓，委外代工受限，例如美國曾對華為先后三次加碼制裁，限制其獲得芯片產(chǎn)品，這就導(dǎo)致去年華為為保證后續(xù)生產(chǎn)，提前向臺(tái)積電等企業(yè)投下大量訂單，其他廠商也擔(dān)心自己受制裁，同樣提前備貨。這和之前提到的兩大擾動(dòng)因素相互交織，進(jìn)一步放大了供應(yīng)鏈的波動(dòng)性。
03、看未來：擴(kuò)產(chǎn)才能根本解決供求失衡問題
短期看，臺(tái)積電、聯(lián)電等各主要代工廠商已經(jīng)開始漲價(jià)，這有助于迫使原來囤貨的廠商部分縮減訂單水平，從而得到下游真實(shí)需求。此外，代工廠也正積極協(xié)調(diào)，優(yōu)先滿足車企訂單，同時(shí)中美關(guān)系也出現(xiàn)局部緩和，這些都將有望緩解短期的擾動(dòng)因素。但是，短期內(nèi)新增代工產(chǎn)能供給較少，根本的供求關(guān)系沒有改變，因此芯片短缺局面短期還不會(huì)全面緩解。
解決芯片短缺，根本還是要看產(chǎn)能擴(kuò)充。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全球范圍內(nèi)的的代工擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃占現(xiàn)有產(chǎn)能的約1/4，可謂力度驚人。然而，新增產(chǎn)能畢竟需要時(shí)間，在現(xiàn)有廠房里增加新產(chǎn)線需要至少半年，而從零開始建造新廠，更是需要兩年時(shí)間。這就意味著，直到2022年上半年，我們也很難等到成規(guī)模的新產(chǎn)能一解“燃眉之急”。即使樂觀測算，擴(kuò)充產(chǎn)能也將主要2022年下半年至2023年開出，芯片短缺局面或許屆時(shí)才有望得以全面緩解。
伴隨著本輪擴(kuò)產(chǎn)潮，全球半導(dǎo)體產(chǎn)能的地域分布也可能發(fā)生重塑。擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃中，中國大陸+臺(tái)灣占絕對多數(shù)，而大陸更是占比過半。其中，中芯國際同時(shí)在北京和上海臨港新建工廠，并且繼續(xù)推進(jìn)中芯深圳的擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃。臺(tái)積電在南京工廠擴(kuò)建28nm產(chǎn)能。而華虹、上海積塔、晶合集成等廠商的計(jì)劃也正在穩(wěn)步推進(jìn)之中。晶圓代工產(chǎn)能集中于東亞地區(qū)，原本以中國臺(tái)灣和韓國為主力，而隨著海峽對岸的大陸拍馬趕上，不僅進(jìn)一步強(qiáng)化中國在全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中的地位，自身也將日益成為舉足輕重的行業(yè)參與者，推動(dòng)“國產(chǎn)替代”的愿景進(jìn)一步落地生根。
當(dāng)然，本文僅是簡單的分析。本輪芯片短缺成因十分復(fù)雜，不僅包括芯片制造環(huán)節(jié)，設(shè)備、材料、封裝測試等環(huán)節(jié)也是重要影響因素。另一方面，即使僅考慮芯片制造環(huán)節(jié)，晶圓代工產(chǎn)能也僅占芯片制造總產(chǎn)能的一半，臺(tái)積電固然舉足輕重，但英特爾、三星、英飛凌、意法半導(dǎo)體等IDM廠商的情況同樣也十分重要。為了把問題講清講透，本文立足于小的切入點(diǎn)，難免有錯(cuò)漏和缺失。此外，晶圓代工廠商還可能繼續(xù)推出擴(kuò)產(chǎn)或新建產(chǎn)能的計(jì)劃，或許局勢能更早得到緩解，那當(dāng)然皆大歡喜。
芯片短缺之下，眾生氣象萬千。代工廠盆滿缽滿，華虹快速擺脫虧損，格羅方德則成功趕著東風(fēng)在美股上市；渠道商炒芯發(fā)財(cái)，一顆小芯片價(jià)格暴漲幾十上百倍；終端廠愁云密布，盤算著是減配還是減產(chǎn)；消費(fèi)者稀里糊涂，嘀咕著價(jià)格咋又漲了或是發(fā)貨咋又延期了；投資人眼觀八方，摳著每一項(xiàng)產(chǎn)業(yè)高頻指標(biāo)，耐心計(jì)算景氣何時(shí)反轉(zhuǎn)。
但相同的是，每個(gè)人都希望行業(yè)秩序早日恢復(fù)，芯片不再短缺。畢竟，誰不想再回到疫情前呢。
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