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360行 行行都缺芯?芯片荒为何这么严重

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放眼半年前,估计没人想得到这次半导体市场迎来的冲击有多大。 首先倒霉的是车企,自2020年12月起,汽车行业缺乏芯片面临停产的问题就开始困扰无数车企,最先放出口风的是奥迪、大众、福特、戴姆勒、丰田、菲亚特克莱斯勒等知名汽车厂商,先是减产、推迟部分产品线,部分工厂甚至出现了停工的状况。

结果到了今年,游戏玩家也惊奇的发现:PS5和XSX的产能也受限了,虽然AMD方面表示已经把生产重心大部分向主机芯片靠拢,尽量保证主机产能,但很显然也只是杯水车薪,点进亚马逊还是清一色的无货。

“买不到”的PS5

更加恐怖的是,全球芯片短缺不仅令汽车公司的生产线紧张,同时也挤压了电子产品制造商的库存,现在家电制造商也无法满足需求。全球最大手机芯片供应商高通CEO也表示高通芯片恐怕不能满足行业需求,PC、汽车等联网芯片订单井喷,半导体行业芯片短缺已成为常态。

到底为什么会变成这样?芯片短缺到底缺在哪儿?

首先是晶圆产能,目前国际通用的8寸和12寸高纯硅晶圆是生产芯片和半导体的主要材料,前者多用于做电源管理、逻辑芯片,而且十分便宜,但事实上是,做8英寸的晶圆并不怎么赚钱,需求多也没用,台积电等厂商更愿意把精力更多地放在面向7nm、5nm先进制程的12英寸圆晶的生产上,客观上造成了消费电子、工业市场和汽车厂商需要的8英寸圆晶产能减少,模拟IC、存储IC、PMIC、驱动IC、MOSFET等元器件的生产也随之受到影响。这样的矛盾造成了虽然疫情导致需求猛增,但晶圆厂和加工厂不愿意干活的尴尬场景。

另一方面,虽然疫情导致了全球对电子产品需求激增,但厂商们对疫情后续需求预测保守,美国对部分国产企业的制裁引发大量备货,对整个芯片产业链而言,延续时间不短,其他厂商填补空缺也同样需要大量备货。每一家在产品中使用芯片的公司都在恐慌购买以支撑其库存,多种因素交织下,造成芯片行业需求激增和满负荷运转,且没有备用产能。最终造成了“缺芯”的局面。

芯片荒的影响还在扩大

而最先受到波及的车企,最近又因为一些客观因素变得更惨了:芯片制造商瑞萨电子向外界表示,不久前在该公司芯片工厂发生的火灾,造成的损失可能比预期更严重。据统计,共有17台芯片生产设备受到影响,而不是原先预计的11台,大量300毫米半导体芯片生产线受损。这有可能进一步加剧芯片的全球短缺状况。在用于汽车等产品的微型计算机方面,瑞萨占据了近20%的全球市场份额,现在的这场火灾,则是在全球汽车芯片短缺的背景下发生,可谓是雪上加霜。

国产芯的机会?

对于这次波及到全球大部分企业的芯片荒,很多企业都有了自主造芯的想法,但造芯何其容易,且不用说光刻机这种卡脖子设备,事实上即使光刻机能国产也远远不够,部分中国设备厂商不得不屈从美国禁令的一个重要原因就是在关键零部件上依赖美国,零部件相比设备整机而言市场规模不大,但却是一个典型的以小制大的卡脖子环节。

另一方面,是国产技术相对落后,整个芯片生产过程分为芯片设计、芯片制造、芯片封测三大环节,芯片设计的工具,用的是国外的EDA软件;大陆最好的芯片制造公司中芯国际,刚刚完成14纳米的量产;只有在封测环节,大陆方面的表现还算尚可,但这个环节利润很小,而且也没有太多技术难度。

当然,最重要的还是缺乏人才,虽然国家政策大力扶持半导体产业,但人才不是说变就能变出来的,2021年前后,我国集成电路行业人才需求规模约为72.2万人,人才缺口达26.1万,人才供需矛盾突出。《中国集成电路产业人才白皮书(2019—2020年版)》统计,截至2019年年底,我国直接从事集成电路产业的人员规模约为51.19万人,较去年增加5.09万人,其中设计业、制造业和封装测试业的从业人员规模分别为18.12万人、17.19万人和15.88万人。产业链上,芯片设计业的人才短缺状况略好于芯片制造和芯片封测。但总体而言,芯片人才匮乏形势仍然严峻,人才结构明显失衡。

芯片虽小,但其内部复杂不亚于一座城。1950年美国启动芯片研发战略,世界人才、跨国公司都为其服务。天时地利人和之下,美国芯片登顶世界首位宝座都耗费了30年之久。虽然国产芯现在还是起步阶段,但至少我们已经在路上了。2020年5月6日,权威半导体第三方调研机构发布全球十大半导体销售排名,华为海思创造了历史,首次挤进榜单,排名第10位。2020年5月15日,国家集成电路基金及上海集成电路基金宣布向中芯国际注资160亿元。中芯国际也在“N+1”“N+2”技术上取得突破,性能大致等于台积电7nm芯片的性能。2020年国内芯片设计企业达到2218家,相比2019年增长了24.6%。其中武汉、厦门等二线城市的芯片设计企业超过100家。

国产芯迎来历史性窗口期

在这个生活中处处离不开半导体和芯片的时代,可以预见的是今年的芯片荒可能影响的是两三年内半导体产品的价格,电子产品的涨价基本已是板上钉钉,另一方面,虽然美国政府已经完成政治接替,但中美关系仍旧充满着不确定性,这也让让国产化替代迎来一个历史性的窗口期。

不过,仰望星空的同时还需脚踏实地,当下更为严峻的问题是:半导体是精细化的系统,设计、生产、代工必须要全球合作的产业链,任何一个国家都无法实现这个产业链的完全国产化。一个简单的例子就是国产半导体设备里面的配件绝大部分都是国外采购的,更不要说半导体材料领域。

十年饮冰,难凉热血,希望在未来,国产芯能带给我们惊喜。

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