4 張圖表穿透芯片短缺原因，數(shù)據(jù)解析晶圓產(chǎn)能現(xiàn)狀

6 月 29 日，美國(guó)電氣和電子工程師協(xié)會(huì)下屬期刊 IEEE Spectrum 通過(guò)圖表回顧了全球半導(dǎo)體短缺的開(kāi)始與原因，并分享了相關(guān)的數(shù)據(jù)。

根據(jù)數(shù)據(jù)，汽車芯片市場(chǎng)相對(duì)較小，僅占 9% 左右的市場(chǎng)份額。在短缺發(fā)生時(shí)，這使得汽車廠商無(wú)法從晶圓代工企業(yè)獲得足夠的芯片。美國(guó)咨詢公司 Kearney 也針對(duì)這一問(wèn)題提供了解答方案。

一、200mm 晶圓廠新增較少，廠商囤積加劇短缺

最先發(fā)生芯片短缺的領(lǐng)域是汽車芯片。

根據(jù)美國(guó)市場(chǎng)研究公司 IDC 的數(shù)據(jù)，雖然汽車芯片市場(chǎng)每年增速在 10% 左右，但是整個(gè)汽車芯片市場(chǎng)為 395 億美元，只占全球芯片市場(chǎng)的不到 9%。計(jì)算機(jī)、無(wú)線設(shè)備、消費(fèi)電子芯片市場(chǎng)則分別為 1602 億美元、1267 億美元和 601 億美元。

但另一方面，全球汽車行業(yè)雇員數(shù)量超過(guò) 1000 萬(wàn)人，使政府和社會(huì)對(duì)該行業(yè)比較重視。

這導(dǎo)致在汽車行業(yè)因?yàn)橐咔槿∠酒唵魏螅溆唵蔚膬?yōu)先級(jí)低于智能手機(jī)、電腦等廠商。而各個(gè)汽車廠商的停產(chǎn)、停工消息放大了社會(huì)各界對(duì)芯片短缺的關(guān)注。

▲ 全球芯片市場(chǎng)份額（來(lái)源：IDC）

在技術(shù)方面，因?yàn)槠囆酒陌踩珮?biāo)準(zhǔn)較高，其芯片制程在 40nm 以上，工藝較為成熟，已經(jīng)有 15 年的歷史，通常采用 200mm 晶圓（8 英寸）。現(xiàn)在中國(guó)臺(tái)灣臺(tái)積電、韓國(guó)三星電子 2 家晶圓代工廠商可量產(chǎn)的制程為 5nm，采用 300mm 晶圓（12 英寸）。

由于晶圓廠成本巨大，半導(dǎo)體制造廠商往往優(yōu)先建造更先進(jìn)的 300mm 晶圓廠。美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì) SEMI 數(shù)據(jù)顯示，2022 年 200mm 晶圓廠數(shù)量將增加 10 座左右，只有 300mm 晶圓廠新增數(shù)量的一半。

▲ 200mm 晶圓廠新增數(shù)量（來(lái)源：SEMI）

雖然 40nm 及更舊制程的晶圓廠新增數(shù)量較少，但是市場(chǎng)需求卻比較多。IDC 數(shù)據(jù)顯示，使用 40nm 及更舊制程工藝的芯片占總裝機(jī)量的 54%。相比之下，先進(jìn)制程只占 17.5%。

這種需求和產(chǎn)能的不均衡也是 40nm 芯片短缺的重要因素。

▲ 按芯片制程劃分的裝機(jī)量（來(lái)源：IDC）

需要指出的是，在短缺發(fā)生后，很多芯片采購(gòu)商都開(kāi)始囤積零件，以保證自身的供應(yīng)安全。但是這也加劇了短缺問(wèn)題。

美國(guó)半導(dǎo)體營(yíng)銷、咨詢公司 Semico Research 的總裁 Jim Feldhan 談道，雖然很多產(chǎn)品市場(chǎng)需求沒(méi)有太大的變化，但一些客戶開(kāi)始雙重訂購(gòu)零部件以增加其庫(kù)存。

美國(guó)咨詢公司 Kearney 的美洲首席合伙人 Bharat Kapoor 則強(qiáng)調(diào)，汽車行業(yè)需要做的不僅僅是增加庫(kù)存，也需要和芯片行業(yè)建立更加直接的聯(lián)系，以防止未來(lái)再次發(fā)生短缺。

二、政府、企業(yè)共同發(fā)力，半導(dǎo)體設(shè)備支出或創(chuàng)新高

在半導(dǎo)體短缺的風(fēng)暴下，各國(guó)政府開(kāi)始重視半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的建設(shè)和安全。

美國(guó)正在推動(dòng)價(jià)值 520 億美元的半導(dǎo)體激勵(lì)法案，目前已通過(guò)眾議院表決；韓國(guó)政府則提出了“K 戰(zhàn)略”，將在未來(lái) 10 年內(nèi)和韓國(guó)半導(dǎo)體企業(yè)一起投入 4500 億美元。此外，歐盟、日本也提出了相應(yīng)的半導(dǎo)體激勵(lì)計(jì)劃，想要保證自身的半導(dǎo)體供應(yīng)。

各國(guó)政府的激勵(lì)方案也促進(jìn)了半導(dǎo)體廠商建廠、擴(kuò)產(chǎn)的積極性。臺(tái)積電、三星、聯(lián)電、格芯等半導(dǎo)體廠商都公布了自己的擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃。

SEMI 稱，截至 2022 年年底，將會(huì)有 29 家新增晶圓廠開(kāi)工，40 余家半導(dǎo)體廠商擴(kuò)產(chǎn)。屆時(shí)，每月新增晶圓產(chǎn)能將超過(guò) 75 萬(wàn)片。

這也推動(dòng)了半導(dǎo)體設(shè)備的銷售金額增長(zhǎng)，2020 年全球 200mm 晶圓廠設(shè)備支出突破 30 億美元大關(guān)，并在 2021 年增加至 46 億美元。

▲ 200mm 晶圓廠設(shè)備支出（來(lái)源：SEMI）

SEMI 半導(dǎo)體高級(jí)負(fù)責(zé)人 Christian Gregor Dieseldorff 說(shuō)：“全球 IC 產(chǎn)能建設(shè)會(huì)將當(dāng)前十年的晶圓廠投資推向新高。我們預(yù)計(jì)未來(lái)幾年將看到創(chuàng)紀(jì)錄的（半導(dǎo)體設(shè)備）支出和更多新晶圓廠的公告。”

結(jié)語(yǔ)：短缺問(wèn)題仍存，或許可以更早被解決

在成熟制程投資額相對(duì)較低的情況下，汽車與家電行業(yè)的生產(chǎn)已經(jīng)受到了較大影響。甚至有企業(yè)的高管認(rèn)為，短缺甚至可能將持續(xù) 2-3 年。

但是也有消息稱，聯(lián)電將在 2021 年擴(kuò)充 28nm 制程產(chǎn)能，或許會(huì)對(duì)當(dāng)下的短缺問(wèn)題有所幫助。這可能代表部分廠商即將完成擴(kuò)產(chǎn)，或許短缺問(wèn)題會(huì)更早得到解決。