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2021的科技卦象·坎·全球缺芯洪水,中国造桥寻路

脑极体

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· 1月18日

艰难险阻,坎之事象也。

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2021的科技卦象·坎·全球缺芯洪水,中国造桥寻路

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图片来源@视觉中国

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文 | 脑极体

过去一年里,全球缺芯焦虑,从汽车、电子消费等重点行业,演变成为一场覆盖上下游产业链、波及全球消费者的“特大洪水”。

对强芯片依赖的领域来说,2021年是断供情况几乎“没顶”的一年。汽车行业出现了减产、关停部分工厂,减配出货等情况;智能手机厂商同样困于芯片紧缺,产品研发与出货速度都受到了影响。

而随着代工厂产能向高价值、先进制程芯片侧重,缺芯的压力进一步传导到其他行业。

高盛的研究报告显示,全球有多达169个行业在一定程度上受到了芯片短缺的打击,包括从钢铁产品、混凝土生产到空调制造、啤酒生产等所有行业。深圳、东莞的一些中小型科创企业,如TWS耳机厂商、蓝牙互联厂商等,承受不了芯片短缺或价格暴涨的压力,倒闭不在少数。

2021年,全球缺芯已经成为滔天洪水,并以可见的速度袭来,影响着整个社会和每个人的生活。

于国家而言,缺芯引发的乱象需要规范。

物以稀为贵的芯片开始引起犯罪分子的注意。在美国,2021年10月29日,英伟达合作伙伴EVGA声称一批EVGAGeForceRTX30系列显卡在旧金山开往南加利福尼亚州配送中心的途中被盗。而早在2021年8月,中国国家市场监管总局就发布消息,对涉嫌哄抬价格的汽车芯片经销商企业立案调查,查处囤积居奇、哄抬价格、串通涨价等违法行为。

与此同时,因缺芯而延长的经济复苏、局势变化,也亟待国家力量的参与和变革。比如曾因美国扶持而崛起的韩国半导体行业,也出现了利益分歧。《韩国时报》认为,韩国芯片公司实际上正面临美国《国防生产法》的“胁迫”;中国的芯片“国产化替代”,伴随着2021年新基建、数字经济的加速而缓慢起步。

于个人而言,芯片也不再只是“断供”“实体清单”之类的政治话题与谈资,作为成本的最终承担者与芯片的最终使用者,2021年全球缺芯的影响开始真正影响我们的日常生活。

有消费者因为汽车厂商无法生产,而迟迟提不到车,有的则不得不接受减配的操作;手机新品的出货速度与营销优惠的幅度都小了很多,降低了手机消费者的换机欲望;而MCU、电源管理芯片、Wi-Fi芯片等产能被挤占,也让更多电子功能产品出现了涨价的情况,芯片产业链的成本上涨已经传导到终端消费者身上。

你可能会问,既然缺芯已经持续了一年多,直到现在全球都还没有找到解决方法吗?

治芯如治水。

具有强周期性的芯片半导体产业,也如同治理水患一样充满了各种纠结与权衡。

水多了会涝,水少了会旱,芯片领域中,产能往往也需要代工厂提前布局,反周期建设意味着不确定因素很多,投产多了会杀价,投产少了不够用。

2021年,世界各地的晶圆厂几乎都在满负荷运转。但正如台积电董事长刘德音所言,其中存在大量重复订单,“28纳米现在看似供不应求,但其实全球产能仍大于需求”。如果盲目建立新工厂扩大产能,未来又会出现产线不饱和的情况。

国际数据公司(IDC)就认为:芯片供应将于2022年中期实现供给平衡,到2023年,又可能会出现芯片产能过剩,即供过于求。

艰难险阻,坎之事象也。全球缺芯的命题,正如“坎”(kǎn)卦一样,充斥着低洼的困局、隐藏的危险、层层叠加的险上加险。

仅2021一年的时间,或许不足以令世界半导体格局发生天翻地覆的变化,但中国需要使用怎样的方法和思路来架桥修路,化解芯片危局,2021其实给了我们足够多的启示。

洪水之年:缺芯影响究竟有多大?

《圣经》中有洪水灭世,古代中国有大禹治水,洪水之患是人类长久以来忧惧的大型灾害之一。而2021,发生在数字世界的“全球缺芯”,则如同洪水般吞没了一个又一个行业,让整个世界变成了大型焦虑现场,曾经光鲜的企业们都在芯片短缺和涨价的威胁下进入了惨烈的厮杀。

时至今日,芯片短缺这一问题已影响了数个行业。其中,芯片成本占据全行业GDP4.7%的汽车行业,首当其冲。

现代汽车的生产制造涉及到数十个微控制器,整车的电子元器件和芯片数量非常高。博世中国总裁蒋健曾分享过,当前传统内燃机车辆约用100至200片半导体芯片,新能源车所用的芯片与传统燃油车相比呈5倍递增。而只要有一颗芯片断供,车辆就无法制造。

今年以来,大众、丰田、福特、本田等多家跨国车企巨头,以及蔚来、理想等造车新势力,都受到了芯片短缺的影响,出现停产、减配、提车难的情况。有汽车高管在微博发声:“展厅的展车都几乎卖光了,只能摆车模。”

欧洲汽车制造商协会(ACEA)发布的数据显示,今年7月和8月,欧洲新车注册量同比分别下降24%和18%,这是自2013年欧元区经济危机结束以来,跌幅最大的两个月。中国2021年的汽车销量也因为产量减少而出现负增长。

另一个尤为紧张的,则是消费电子行业。

智能手机使用的芯片销售额占比26%,排在芯片应用领域的首位。而随着5G的普及、手机性能对先进制程的依赖、SoC芯片的发展趋势,所需要的芯片数量和工艺精度增高,都对有限的产能提出了挑战,直接影响到智能手机厂商。

据《电子时报》报道,苹果计划向高通和三星采购5G基带芯片,但却遭两者拒绝,三星回应的理由是供应量不足。

没有高制程5G芯片,就意味着智能手机新品无法供货,市场面前只有对手。加上华为受限于5G芯片采购,相当于让出了一个巨大的高端手机市场份额,2021年大量手机厂商都开始未雨绸缪,出现了囤积芯片的现象。根据《日经亚洲》报道,小米2021年对供应商提出了采购高达2.4亿台手机对应配件的计划,而小米2020年全球出货量是1.46亿台,其他厂商也如法炮制,核心芯片的需求,挤占了代工厂的产能。

为了优先保证手机芯片的供应,又进一步影响了其他芯片,如电源管理芯片、驱动芯片、射频芯片等的生产,进而使得大量网通产品涨价或告急。高盛的研究报告认为,在芯片上的花费超过行业GDP1%的产业,都将受到芯片短缺的影响。

比如,因为高通将芯片产能分配给手机芯片,进而影响了一款Wi-Fi芯片的生产,导致许多国内无人机厂商开始缺芯;而被认为是低附加值的MCU微控制器,小到智能家电,大到智能制造设备、汽车保障系统,几乎都有MCU的身影,也“物以稀为贵”,价格增长了几十倍,从几毛钱炒到近10元,汽车MCU芯片则高达5美元左右,最终成本都将层层传递到终端消费市场,你我都是买单人。

祸事之因:谁制造了全球缺芯?

如果说“实体清单”还是出于情怀的义愤填膺,那么2021年全球缺芯导致的涨价伤钱就是每个人的切身之痛了。而前者还可以将美国政客作为罪魁祸首,但到了2021年,局面就变得非常复杂了。

全球缺芯,犹如大禹治水,要面对的是一个复杂的、充满了变数和不可控因素的庞大系统。

首先是天灾。

2021年,持续发生的自然灾害与疫情反复,都在延迟这芯片半导体的产能恢复。2021年年初,美国得克萨斯州遭遇冬季风暴袭击,三星电子、恩智浦和英飞凌等多家半导体在奥斯汀附近的工厂一度被迫停工;2月,日本发生7.3级地震,影响了两大硅晶圆Wafer厂信越和SUMCO厂房;3月,日本汽车芯片主力供应商瑞萨电子发生火灾,不得不停产一个月;5月富士康、立讯精密、三星电子等企业都关闭了位于越南的工厂;6月,全球50多家企业在马来西亚的分厂因疫情全部停工,当地封测产能占据全球封测产能的13%;8月,马来西亚新冠疫情反复,部分芯片工厂停工,给博世多个系统的芯片都造成了大量影响,特斯拉的车辆交付时间也因此延长……

2021年,这些发生在产业链关键环节与区域的天灾,直接加剧了全球缺芯的紧张状态。

其次是人祸。

如果说天灾是意外,那么动荡的政治局面和企业的哄抢行为,则是形势进一步严峻的推手。

一方面,受美国制裁的影响,手机厂商不得不加大囤芯力度,导致需求量大幅上升。此外,有些企业为了确保不断供,向两个或两个以上的工厂下相同的订单,又在一个工厂交付之后,取消另一家工厂的订单,也就是台积电所说的“重复订单”,直接影响了代工厂的排产计划,很难计算出订单积压总量,工厂于是优先将产能分配给高批量订单和利润更高的订单,比如高通在2021投资者大会宣布,全方位发力汽车领域。

半导体头部厂商纷纷发力汽车领域,又导致了小众芯片的缺货和涨价。

2021年8月,中国市场监管总局依法对上海锲特电子有限公司、上海诚胜实业有限公司、深圳市誉畅科技有限公司三家汽车芯片经销企业哄抬汽车芯片价格行为共处250万元罚款,就是因为这三家企业大幅加价销售部分汽车芯片,将进价不到10元的芯片,以400多元的高价销售,扰乱市场价格的同时,又进一步制造了紧张情绪,加剧恐慌性备货。

当然,除了骂老天爷、骂无良政客、骂市场掮客,我们还必须接受一个事实,那就是半导体的行业规律和市场供需规律,决定了芯片就是会涨价的。

数字经济以及线上生活,笔记本电脑、家用网络设备等电子产品的销量大幅增长,智能家居、IOT、智能指纹门、农业无人机、电子围栏等传统设备的联网化、智能化需求,元宇宙带动VR/AR等设备的流行,这些电子产品的规模扩大,会导致芯片需求成倍增长,产能有限的前提下价格自然会上涨。比如2021年,应用在中低端手机的500万像素和800万像素的CIS芯片,就出现了严重短缺。

与无限扩大的终端需求相比,半导体产能本身就灵活性较低。

无论是IDM(IntegratedDeviceManufacture)还是Foundry(代工厂),其产能利用率的弹性都是相对有限的,一般会维持在80%以上,目前都已经达到100%。而扩大产能需要新建厂,投资动辄高达百亿,还需要1-2年的成熟运营期,做出扩张的决策并不容易,直接导致短期内无法跟上市场需求。

比如大部分汽车控制芯片、5G射频芯片、物联网设备芯片,都是采用8英寸晶圆制造的,但全球8英寸晶圆产线数量不断减少,新建晶圆厂往往会选择能生产先进制程的12英寸晶圆,这就导致成熟制程芯片产能本身就不足。因此,IDC认为由于成熟工艺技术的材料成本和机会成本,芯片价格还会继续上升。

(台积电2021年二季度各制程所占营收比例)

总的来说,前所未有的全球缺芯是多重因素叠加的结果,既有不可预测的天灾人祸,也是半导体产业链周期性、协作性导致的必然。

方舟之路:中国芯片的堤坝与桥梁

在浩浩汤汤的缺芯洪水面前,几乎所有半导体区位都在尝试筑起堤坝。

2021年6月,美国参议院通过《美国芯片法案》,要求美国政府提供数百亿美元支持半导体行业在美国的发展。9月末,美国又召开了全球芯片业峰会,英特尔、台积电、苹果、微软、三星电子和福特等企业代表参与了此次会议,寻求化解芯片短缺局面的方法。欧盟则在《数字罗盘计划》后,推出欧洲芯片法案,提高该区域芯片的自给自足能力。

中国在2021的十四五开局之年,提出了2025年产业规模目标,各地都制定了相关集成电路产业规划,国家大基金二期向晶圆制造企业投入资金超过400亿。在这么多动作面前,中国缺芯问题能缓解吗?

如果将缺芯看作是大禹治水,那么疏通河道的方向主要有三个。

1.自研。

要从根本上解决缺芯问题,只能走上芯片自研自立之路。

以特斯拉为例,之所以能够在2021年全球缺芯的大背景下,依然能够取得不错的市场成绩,没有被芯片耽误,正是因为其具备自研芯片的能力,从而快速响应市场变化,而不是被动等待供应商的配合。

2021年,我们可以看到许多车企和手机厂商都开始选择自研。上汽与英飞凌联手成立上汽英飞凌,主攻车规级IGBT芯片;理想和蔚来也搭建了自动驾驶团队,开始自动驾驶芯片自研进程。手机厂商中,小米、OPPO、vivo等也相继公布了自研芯片。百度昆仑2宣布量产,字节跳动入股多家半导体公司。与行业需求和特质相结合的中国造芯之路,已经迈出了坚实的一步。

2.合作。

中国半导体终要走上独自行走的道路,但必须承认的是,半导体产业链已经在事实上全球同呼吸、共命运,很多关键环节在短时间内无法替代。法国半导体材料大厂Soitec的首席执行官保罗·布尔德就认为,即使欧洲有能力建立一个重要的、具有自主权的芯片供应系统,但它不一定能运作起来,需要在世界其他地区同样得到支持才行。

目前,中国半导体产业在整体设计、高制程制造等方面还与头部有着相当的差距,比如5纳米制程的SoC芯片、存储芯片的规模化量产,必须通过头部代工厂完成,光刻机等重要设备、材料的攻克也非一朝一夕。就算有一天解决了本土的产能危机,芯片作为强周期产品,未来如果本地市场无法消化多余产能,同样会让本土半导体企业面临风险,所以中国半导体不可能、也不应该闭门造车,需要联合全球上下游产业一起缓解缺芯问题。

如何确保中国企业能够快速了解供应链变化,这就要求提升谈判能力,确保优先供应与价格稳定。有业内人士曾告诉我们,这一方面要求中国半导体行业集中精力办大事,在某些关键产业环节上也能做到“卡别人脖子”,培育出拥有谈判权的头部公司;此外,中国庞大的市场规模也能吸引海外相关企业作为同盟,共同创新、合作共赢。

3.另辟蹊径。

之所以中国芯片并不悲观,正是因为芯片产业链的全球性与规模效应,只要有足够大的市场和良性的商业循环,总有一天能够追平甚至引领全球半导体产业发展。

而具体到商业机遇上,资金投入必须有的放矢,尽快形成中国半导体产业的核心优势与“拳头产品”,跻身世界半导体格局的重要一席。那么,哪些市场会是中国的机遇呢?

1.AI计算。目前,与AI计算相关的芯片产品极度短缺,比如被犯罪分子盯上的GPU就适用于AI训练和推理。此外,中国产业智能化的转型升级也带来了大量AI芯片的需求,清华大学的魏少军教授曾提出,未来AI芯片需要一个通用的、高效能的深度学习引擎来驱动,芯片架构的创新在于软件定义芯片,或者称粗粒度可重构架构(CGRA),要同时兼顾硬件可编程性和软件可编程性。这恰好可以充分发挥中国在AI领域的领先优势,弥补硬件基础层的短板。

2.工业互联网。中国千行百业的数智化转型,其中工业互联网是核心场景之一,存在大量的芯片需求,尤其是一些低成本、成熟制程的工业芯片。比如德州仪器的模拟芯片就有十几万的SKU,其中一些长尾类的小众芯片,经过中国市场的规模放大,足以支撑起可观利润,中国半导体产业链的能力完全可以做到,也更熟悉本土企业的个性化、差异化需求,从而持续打开市场空间与商业价值,形成良性循环。

中国人认为《坎卦》的解决之道,是“维心亨,行有尚”,意思是内心不畏艰险,用坚定刚毅的行为突破重重险难。在缺芯这场“洪水”中,每一个人、每一个企业、每一个国家都无法独善其身,也都能够参与到“自救”当中。

中国半导体的2021,是在为未来造桥修路;而你我的每一次选择,也是在为中国芯片的堤坝添砖加瓦。或许在不远的将来,我们就能够突破重重险阻,看到芯片供需的水旱从人,数字经济的沃野千里。

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