“缺芯潮”如何重塑半導體產(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積電的臺灣工廠發(fā)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(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，預計6月產(chǎn)量將減少30%～35%。臺灣疫情向半導體產(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(nóng)田停止灌溉。

這足以顯示臺灣晶圓代工產(chǎn)業(yè)的地位，美國半導體行業(yè)協(xié)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(chǎn)業(yè)將面臨4900億美元損失。臺積電創(chuàng)始人張忠謀將1987年創(chuàng)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(chǎn)業(yè)的創(chuàng)造。臺積電與晶圓代工業(yè)務的興起確實深刻改變了半導體產(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)了供應鏈安全隱憂。歐美對半導體產(chǎn)業(yè)過度集中于日韓、中國臺灣地區(qū)表現(xiàn)出了擔憂，提出一系列刺激計劃吸引芯片產(chǎn)業(yè)回流，中國的芯片產(chǎn)業(yè)鏈國產(chǎn)化進程也在提速。芯片制造的全球“軍備競賽”已經(jīng)拉響，半導體產(chǎn)業(yè)現(xiàn)有格局或將被重塑。

模式之爭

從各國家、地區(qū)半導體產(chǎn)能占比變遷中可以發(fā)現(xiàn)，1990年臺灣半導體產(chǎn)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(chǎn)業(yè)有兩種模式，一種是IDM模式，即芯片設計、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，由臺積電開創(chuàng)，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(huán)節(jié)，相應誕生了一批像高通、英偉達、聯(lián)發(fā)科這樣的無晶圓廠商。由于無須同時承擔設計環(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年仍擁有全球半導體近七成產(chǎn)能，但在更多應用先進制程、手機SoC（系統(tǒng)級芯片）所屬的邏輯芯片領域，代工模式占據(jù)近八成產(chǎn)能，被認為是產(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，如果將設計與制造環(huán)節(jié)分開，代工廠無論生產(chǎn)附加值高或低的產(chǎn)品，同樣賺取代工費用，有利于產(chǎn)業(yè)生態(tài)更為均衡。”復旦大學微電子學院教授、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)顯示出供應鏈更為穩(wěn)定的優(yōu)勢。中芯國際創(chuàng)始人張汝京就曾表示，在當前階段，下游制造環(huán)節(jié)對上游設計環(huán)節(jié)的支持十分重要。但是在代工模式下，晶圓代工廠擴張產(chǎn)能往往謹慎，這是全球半導體產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)能，并且支持高端制程技術的研發(fā)，一改此前“穩(wěn)健擴產(chǎn)”作風，要以5倍的速度建廠擴產(chǎn)，中芯國際也在一年之內(nèi)兩度宣布擴張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》，從擴張產(chǎn)能的規(guī)?？?，代工廠仍在謹慎行事。這與代工業(yè)務的特點有關，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64%，但增值僅占比24%?！熬A代工的毛利率并不高，一旦產(chǎn)能利用率不高，晶圓廠或許就會陷入虧損?！笨嵝疚㈦娮佣麻L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(chǎn)前，都需要已有工廠的產(chǎn)能利用率達到相當水平，如果已有產(chǎn)線產(chǎn)能利用率只有百分之七八十，再擴產(chǎn)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?！?h4>半導體產(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《在不確定的時代加強全球半導體供應鏈》? 制圖/程婷

IDM模式與專業(yè)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(qū)半導體產(chǎn)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(yè)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(chǎn)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(nèi)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(chǎn)能，甚至會要求企業(yè)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(yè)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(chǎn)能為條件，要求企業(yè)確定未來產(chǎn)能”。