“缺芯潮”如何重塑半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)

陳惟杉

德國一家2021年新建成的車用芯片工廠。圖/新華

4月中旬，全球最大晶圓代工廠臺(tái)積電的臺(tái)灣工廠發(fā)生停電事故。有研究機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，僅停電半天，報(bào)廢晶圓損失或超過2000萬美元，一大批客戶受到影響。6月初，臺(tái)灣封測(cè)廠京元電子暴發(fā)外籍員工群體感染，確診人數(shù)超過200人，2000多人停工居家隔離，預(yù)計(jì)6月產(chǎn)量將減少30%～35%。臺(tái)灣疫情向半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的蔓延，讓全球芯片產(chǎn)能雪上加霜。

此前，同樣引發(fā)人們憂慮的是臺(tái)灣遭遇半個(gè)世紀(jì)以來最嚴(yán)重的干旱，由于需要清洗廠房與硅片，晶圓代工廠耗水量巨大，為保證其用水，約占臺(tái)灣灌溉面積五分之一的農(nóng)田停止灌溉。

這足以顯示臺(tái)灣晶圓代工產(chǎn)業(yè)的地位，美國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)甚至提出極端假說稱，如果臺(tái)灣半導(dǎo)體代工廠停工一年，全球電子產(chǎn)業(yè)將面臨4900億美元損失。臺(tái)積電創(chuàng)始人張忠謀將1987年創(chuàng)辦臺(tái)積電與晶體管、摩爾定律等量齊觀，視之為改變半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)造。臺(tái)積電與晶圓代工業(yè)務(wù)的興起確實(shí)深刻改變了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，使之成為全球化程度最深的產(chǎn)業(yè)之一。

但是這一輪“缺芯潮”引發(fā)了供應(yīng)鏈安全隱憂。歐美對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)過度集中于日韓、中國臺(tái)灣地區(qū)表現(xiàn)出了擔(dān)憂，提出一系列刺激計(jì)劃吸引芯片產(chǎn)業(yè)回流，中國的芯片產(chǎn)業(yè)鏈國產(chǎn)化進(jìn)程也在提速。芯片制造的全球“軍備競(jìng)賽”已經(jīng)拉響，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)現(xiàn)有格局或?qū)⒈恢厮堋?h3>模式之爭(zhēng)

從各國家、地區(qū)半導(dǎo)體產(chǎn)能占比變遷中可以發(fā)現(xiàn)，1990年臺(tái)灣半導(dǎo)體產(chǎn)能幾近于零，此后一路擴(kuò)張至2020年的22%，這是臺(tái)積電等晶圓代工廠崛起的結(jié)果。

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)有兩種模式，一種是IDM模式，即芯片設(shè)計(jì)、制造等環(huán)節(jié)集于一家公司，比如英特爾、英飛凌等;另一種則是代工模式，由臺(tái)積電開創(chuàng)，興起于上個(gè)世紀(jì)90年代，核心是芯片設(shè)計(jì)公司無須涉足制造、測(cè)封等環(huán)節(jié)，相應(yīng)誕生了一批像高通、英偉達(dá)、聯(lián)發(fā)科這樣的無晶圓廠商。由于無須同時(shí)承擔(dān)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的高研發(fā)投入與制造環(huán)節(jié)的重資產(chǎn)投入，無晶圓廠商的營收增幅往往快于IDM廠商。

盡管IDM廠商在2019年仍擁有全球半導(dǎo)體近七成產(chǎn)能，但在更多應(yīng)用先進(jìn)制程、手機(jī)SoC（系統(tǒng)級(jí)芯片）所屬的邏輯芯片領(lǐng)域，代工模式占據(jù)近八成產(chǎn)能，被認(rèn)為是產(chǎn)業(yè)主流。

“IDM模式的弊端之一便是企業(yè)傾向于追求利潤率高的產(chǎn)品，如果將設(shè)計(jì)與制造環(huán)節(jié)分開，代工廠無論生產(chǎn)附加值高或低的產(chǎn)品，同樣賺取代工費(fèi)用，有利于產(chǎn)業(yè)生態(tài)更為均衡。”復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)院教授、矽典微聯(lián)合創(chuàng)始人徐鴻濤博士告訴《中國新聞周刊》，這也是在代工模式下半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)得以迅速發(fā)展的原因。

但是在這一輪“缺芯潮”中，IDM企業(yè)顯示出供應(yīng)鏈更為穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)。中芯國際創(chuàng)始人張汝京就曾表示，在當(dāng)前階段，下游制造環(huán)節(jié)對(duì)上游設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的支持十分重要。但是在代工模式下，晶圓代工廠擴(kuò)張產(chǎn)能往往謹(jǐn)慎，這是全球半導(dǎo)體產(chǎn)能始終處于緊平衡的重要原因。

其實(shí)去年以來代工廠擴(kuò)張產(chǎn)能動(dòng)作頻仍。3月底，臺(tái)積電宣布將在未來3年投資1000億美元增加產(chǎn)能，并且支持高端制程技術(shù)的研發(fā)，一改此前“穩(wěn)健擴(kuò)產(chǎn)”作風(fēng)，要以5倍的速度建廠擴(kuò)產(chǎn)，中芯國際也在一年之內(nèi)兩度宣布擴(kuò)張28nm及以上成熟制程的產(chǎn)能。

盡管如此，多位業(yè)內(nèi)人士告訴《中國新聞周刊》，從擴(kuò)張產(chǎn)能的規(guī)模看，代工廠仍在謹(jǐn)慎行事。這與代工業(yè)務(wù)的特點(diǎn)有關(guān)，在芯片產(chǎn)業(yè)鏈的全部資本支出中，制造環(huán)節(jié)占比高達(dá)64%，但增值僅占比24%。“晶圓代工的毛利率并不高，一旦產(chǎn)能利用率不高，晶圓廠或許就會(huì)陷入虧損。”酷芯微電子董事長姚海平告訴《中國新聞周刊》。

一位晶圓代工廠人士向《中國新聞周刊》解釋，“晶圓代工廠在擴(kuò)產(chǎn)前，都需要已有工廠的產(chǎn)能利用率達(dá)到相當(dāng)水平，如果已有產(chǎn)線產(chǎn)能利用率只有百分之七八十，再擴(kuò)產(chǎn)往往意味賠錢，伴隨設(shè)備等大量資本投入的折舊壓力就不小。”

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)國家/地區(qū)占比（2019年）

資料來源：波士頓咨詢公司《在不確定的時(shí)代加強(qiáng)全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈》? 制圖/程婷

IDM模式與專業(yè)分工模式市場(chǎng)占有率（2019年）

資料來源：波士頓咨詢公司《在不確定的時(shí)代加強(qiáng)全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈》? 制圖/程婷

國家/地區(qū)半導(dǎo)體產(chǎn)能占比變遷

資料來源：波士頓咨詢公司《政府激勵(lì)措施與美國半導(dǎo)體制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力》? 制圖/程婷

盡管在這一輪“缺芯潮”中，一些代工廠正在密集調(diào)研下游的真實(shí)需求情況，但徐鴻濤告訴《中國新聞周刊》，“簡單的晶圓廠也要投入幾十億美元，高端晶圓廠的投入往往達(dá)上百億美元，代工廠在做這樣量級(jí)固定資產(chǎn)投入時(shí)也會(huì)心虛，會(huì)考慮激增的需求是短期的還是長期的。”而有國內(nèi)芯片設(shè)計(jì)公司負(fù)責(zé)人告訴記者，一些代工廠為了確保未來產(chǎn)能，甚至?xí)笃髽I(yè)提前確定明年、后年的需求，并且支付30%的保證金，“這其實(shí)帶給企業(yè)很大的資金壓力，但是晶圓廠擔(dān)心未來行情下滑、需求不足，所以會(huì)以是否在當(dāng)下提供充足產(chǎn)能為條件，要求企業(yè)確定未來產(chǎn)能”。