“缺芯潮”来了！芯片制造的全球“军备竞赛”已经拉响
德国一家2021年新建成的车用芯片工厂。图/新华
“缺芯潮”如何重塑半导体产业
本刊记者/陈惟杉
发于2021.6.28总第1001期《中国新闻周刊》
4月中旬，全球最大晶圆代工厂台积电的台湾工厂发生停电事故。有研究机构预测，仅停电半天，报废晶圆损失或超过2000万美元，一大批客户受到影响。6月初，台湾封测厂京元电子暴发外籍员工群体感染，确诊人数超过200人，2000多人停工居家隔离，预计6月产量将减少30％~35％。台湾疫情向半导体产业的蔓延，让全球芯片产能雪上加霜。
此前，同样引发人们忧虑的是台湾遭遇半个世纪以来最严重的干旱，由于需要清洗厂房与硅片，晶圆代工厂耗水量巨大，为保证其用水，约占台湾灌溉面积五分之一的农田停止灌溉。
这足以显示台湾晶圆代工产业的地位，美国半导体行业协会甚至提出极端假说称，如果台湾半导体代工厂停工一年，全球电子产业将面临4900亿美元损失。台积电创始人张忠谋将1987年创办台积电与晶体管、摩尔定律等量齐观，视之为改变半导体产业的创造。台积电与晶圆代工业务的兴起确实深刻改变了半导体产业，使之成为全球化程度最深的产业之一。
但是这一轮“缺芯潮”引发了供应链安全隐忧。欧美对半导体产业过度集中于日韩、中国台湾地区表现出了担忧，提出一系列刺激计划吸引芯片产业回流，中国的芯片产业链国产化进程也在提速。芯片制造的全球“军备竞赛”已经拉响，半导体产业现有格局或将被重塑。
模式之争
从各国家、地区半导体产能占比变迁中可以发现，1990年台湾半导体产能几近于零，此后一路扩张至2020年的22％，这是台积电等晶圆代工厂崛起的结果。
半导体产业有两种模式，一种是IDM模式，即芯片设计、制造等环节集于一家公司，比如英特尔、英飞凌等；另一种则是代工模式，由台积电开创，兴起于上个世纪90年代，核心是芯片设计公司无须涉足制造、测封等环节，相应诞生了一批像高通、英伟达、联发科这样的无晶圆厂商。由于无须同时承担设计环节的高研发投入与制造环节的重资产投入，无晶圆厂商的营收增幅往往快于IDM厂商。
尽管IDM厂商在2019年仍拥有全球半导体近七成产能，但在更多应用先进制程、手机SoC（系统级芯片）所属的逻辑芯片领域，代工模式占据近八成产能，被认为是产业主流。
“IDM模式的弊端之一便是企业倾向于追求利润率高的产品，如果将设计与制造环节分开，代工厂无论生产附加值高或低的产品，同样赚取代工费用，有利于产业生态更为均衡。”复旦大学微电子学院教授、矽典微联合创始人徐鸿涛博士告诉《中国新闻周刊》，这也是在代工模式下半导体产业得以迅速发展的原因。
但是在这一轮“缺芯潮”中，IDM企业显示出供应链更为稳定的优势。中芯国际创始人张汝京就曾表示，在当前阶段，下游制造环节对上游设计环节的支持十分重要。但是在代工模式下，晶圆代工厂扩张产能往往谨慎，这是全球半导体产能始终处于紧平衡的重要原因。
其实去年以来代工厂扩张产能动作频仍。3月底，台积电宣布将在未来3年投资1000亿美元增加产能，并且支持高端制程技术的研发，一改此前“稳健扩产”作风，要以5倍的速度建厂扩产，中芯国际也在一年之内两度宣布扩张28nm及以上成熟制程的产能。
尽管如此，多位业内人士告诉《中国新闻周刊》，从扩张产能的规模看，代工厂仍在谨慎行事。这与代工业务的特点有关，在芯片产业链的全部资本支出中，制造环节占比高达64％，但增值仅占比24％。“晶圆代工的毛利率并不高，一旦产能利用率不高，晶圆厂或许就会陷入亏损。”酷芯微电子董事长姚海平告诉《中国新闻周刊》。
一位晶圆代工厂人士向《中国新闻周刊》解释，“晶圆代工厂在扩产前，都需要已有工厂的产能利用率达到相当水平，如果已有产线产能利用率只有百分之七八十，再扩产往往意味赔钱，伴随设备等大量资本投入的折旧压力就不小。”
尽管在这一轮“缺芯潮”中，一些代工厂正在密集调研下游的真实需求情况，但徐鸿涛告诉《中国新闻周刊》，“简单的晶圆厂也要投入几十亿美元，高端晶圆厂的投入往往达上百亿美元，代工厂在做这样量级固定资产投入时也会心虚，会考虑激增的需求是短期的还是长期的。”而有国内芯片设计公司负责人告诉记者，一些代工厂为了确保未来产能，甚至会要求企业提前确定明年、后年的需求，并且支付30％的保证金，“这其实带给企业很大的资金压力，但是晶圆厂担心未来行情下滑、需求不足，所以会以是否在当下提供充足产能为条件，要求企业确定未来产能”。
相比于晶圆代工厂的谨慎，徐鸿涛注意到，一些无晶圆厂商反而开始参与建厂，“因为他们更加清楚风险与需求”。
2020年下半年，联发科就曾花费16.2亿元新台币购置半导体再租给力积电生产。但最为典型的案例莫过于联电，联电今年的资本支出仅为15亿美元，尽管如此，相比去年增幅也达50％。其采取与芯片设计公司三星等合作扩张产能的方式，即芯片设计公司出资购买设备，提供给联电，再让后者代工芯片。4月底，联电更是宣布与多家芯片设计公司合作扩充位于台南的12英寸晶圆厂产能，芯片设计公司以议定价格预先支付订金的方式，确保取得未来产能的长期保障。
如此一来，半导体产业长期存在的两种模式似乎伴随“缺芯潮”蔓延而变得模糊，无晶圆厂商为了保证产能开始向IDM模式靠拢，而一些IDM厂商，如英特尔，则在今年宣布启动代工业务。
今年2月，帕特·盖尔辛格出任英特尔首席执行官，在其3月下旬的一次演讲中，除了抛出英特尔将投资200亿美元新建两座晶圆厂，预计在2024年量产7nm或更先进制程的消息外，还宣布了英特尔将重返晶圆代工业务。
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