“缺芯潮”如何重塑半導體產業

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積電的臺灣工廠發生停電事故。有研究機構預測，僅停電半天，報廢晶圓損失或超過2000萬美元，一大批客戶受到影響。6月初，臺灣封測廠京元電子暴發外籍員工群體感染，確診人數超過200人，2000多人停工居家隔離，預計6月產量將減少30%～35%。臺灣疫情向半導體產業的蔓延，讓全球芯片產能雪上加霜。

此前，同樣引發人們憂慮的是臺灣遭遇半個世紀以來最嚴重的干旱，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，約占臺灣灌溉面積五分之一的農田停止灌溉。

這足以顯示臺灣晶圓代工產業的地位，美國半導體行業協會甚至提出極端假說稱，如果臺灣半導體代工廠停工一年，全球電子產業將面臨4900億美元損失。臺積電創始人張忠謀將1987年創辦臺積電與晶體管、摩爾定律等量齊觀，視之為改變半導體產業的創造。臺積電與晶圓代工業務的興起確實深刻改變了半導體產業，使之成為全球化程度最深的產業之一。

但是這一輪“缺芯潮”引發了供應鏈安全隱憂。歐美對半導體產業過度集中于日韓、中國臺灣地區表現出了擔憂，提出一系列刺激計劃吸引芯片產業回流，中國的芯片產業鏈國產化進程也在提速。芯片制造的全球“軍備競賽”已經拉響，半導體產業現有格局或將被重塑。

模式之爭

從各國家、地區半導體產能占比變遷中可以發現，1990年臺灣半導體產能幾近于零，此后一路擴張至2020年的22%，這是臺積電等晶圓代工廠崛起的結果。

半導體產業有兩種模式，一種是IDM模式，即芯片設計、制造等環節集于一家公司，比如英特爾、英飛凌等;另一種則是代工模式，由臺積電開創，興起于上個世紀90年代，核心是芯片設計公司無須涉足制造、測封等環節，相應誕生了一批像高通、英偉達、聯發科這樣的無晶圓廠商。由于無須同時承擔設計環節的高研發投入與制造環節的重資產投入，無晶圓廠商的營收增幅往往快于IDM廠商。

盡管IDM廠商在2019年仍擁有全球半導體近七成產能，但在更多應用先進制程、手機SoC（系統級芯片）所屬的邏輯芯片領域，代工模式占據近八成產能，被認為是產業主流。

“IDM模式的弊端之一便是企業傾向于追求利潤率高的產品，如果將設計與制造環節分開，代工廠無論生產附加值高或低的產品，同樣賺取代工費用，有利于產業生態更為均衡。”復旦大學微電子學院教授、矽典微聯合創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體產業得以迅速發展的原因。

但是在這一輪“缺芯潮”中，IDM企業顯示出供應鏈更為穩定的優勢。中芯國際創始人張汝京就曾表示，在當前階段，下游制造環節對上游設計環節的支持十分重要。但是在代工模式下，晶圓代工廠擴張產能往往謹慎，這是全球半導體產能始終處于緊平衡的重要原因。

其實去年以來代工廠擴張產能動作頻仍。3月底，臺積電宣布將在未來3年投資1000億美元增加產能，并且支持高端制程技術的研發，一改此前“穩健擴產”作風，要以5倍的速度建廠擴產，中芯國際也在一年之內兩度宣布擴張28nm及以上成熟制程的產能。

盡管如此，多位業內人士告訴《中國新聞周刊》，從擴張產能的規模看，代工廠仍在謹慎行事。這與代工業務的特點有關，在芯片產業鏈的全部資本支出中，制造環節占比高達64%，但增值僅占比24%。“晶圓代工的毛利率并不高，一旦產能利用率不高，晶圓廠或許就會陷入虧損。”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，“晶圓代工廠在擴產前，都需要已有工廠的產能利用率達到相當水平，如果已有產線產能利用率只有百分之七八十，再擴產往往意味賠錢，伴隨設備等大量資本投入的折舊壓力就不小。”

半導體產業鏈環節國家/地區占比（2019年）

資料來源：波士頓咨詢公司《在不確定的時代加強全球半導體供應鏈》? 制圖/程婷

IDM模式與專業分工模式市場占有率（2019年）

資料來源：波士頓咨詢公司《在不確定的時代加強全球半導體供應鏈》? 制圖/程婷

國家/地區半導體產能占比變遷

資料來源：波士頓咨詢公司《政府激勵措施與美國半導體制造業競爭力》? 制圖/程婷

盡管在這一輪“缺芯潮”中，一些代工廠正在密集調研下游的真實需求情況，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上百億美元，代工廠在做這樣量級固定資產投入時也會心虛，會考慮激增的需求是短期的還是長期的。”而有國內芯片設計公司負責人告訴記者，一些代工廠為了確保未來產能，甚至會要求企業提前確定明年、后年的需求，并且支付30%的保證金，“這其實帶給企業很大的資金壓力，但是晶圓廠擔心未來行情下滑、需求不足，所以會以是否在當下提供充足產能為條件，要求企業確定未來產能”。