“缺芯潮”来了！全球芯片制造的“军备竞赛”已经开始。
2026 54 38+第1001号刊登在中国《新闻周刊》。
4月中旬，全球最大的代工企业台积电台湾省工厂遭遇停电。有研究机构预测，仅停电半天，报废晶圆的损失就将超过2000万美元，大量客户将受到影响。6月初，台湾省封测厂晶元电子被外籍员工感染。200多人确诊，2000多人停止工作在家隔离。预计6月份减产30% ~ 35%。台湾省疫情蔓延到半导体行业，让全球芯片产能雪上加霜。
此前，人们还担心台湾省遭遇半个世纪以来最严重的干旱。由于需要清洗厂房和硅片，晶圆代工厂消耗了大量的水。为了保证其用水，台湾省约五分之一的灌溉农田停止灌溉。
这足以说明台湾省晶圆代工行业的地位。美国半导体行业协会甚至提出了一个极端假设，如果台湾省的半导体代工厂停工一年，全球电子行业将面临4900亿美元的损失。台积电创始人张忠谋将1987台积电的成立视为改变半导体行业的一项创造。台积电和晶圆代工的崛起确实深刻地改变了半导体行业，使其成为全球化程度最高的行业之一。
然而，这一轮“缺芯潮”引起了供应链的安全担忧。欧美对日本、韩国和中国台湾省半导体产业过度集中表示担忧，并提出一系列刺激计划吸引芯片产业回流。中国芯片产业链的国产化进程也在加速。全球芯片制造的“军备竞赛”已经开始，半导体产业的现有格局可能被重塑。
模式争议
从各个国家和地区的半导体产能占比变化可以发现，台湾省的半导体产能在1990年几乎为零，之后在2020年扩大到22%，这是台积电等晶圆代工厂崛起的结果。
半导体行业有两种模式。一种是IDM模式，即芯片设计和制造集成在一家公司，比如英特尔和英飞凌。另一种是OEM模式，由台积电首创，兴起于20世纪90年代。核心是芯片设计公司不需要介入制造、测试和密封，相应地诞生了一批像高通、英伟达和联发科这样的无晶圆厂制造商。因为不需要同时承担设计的高R&D投入和制造的重资产投入，所以无晶圆厂厂商的营收增长往往比IDM厂商更快。
虽然IDM厂商在2019年仍拥有全球近70%的半导体产能，但在手机SoC(片上系统)所属的逻辑芯片领域，OEM模式占据了近80%的产能，被认为是行业主流。
“IDM模式的一个缺点是企业倾向于追求高利润率的产品。如果把设计和制造环节分开，代工厂无论生产高附加值还是低附加值的产品，也能赚到代工费，有利于产业生态更加平衡。”复旦大学微电子学院教授、硅微联合创始人徐红涛博士对《中国《新闻周刊》》表示，这也是代工模式下半导体行业快速发展的原因。
然而，在这一轮“缺芯潮”中，IDM企业表现出供应链更加稳定的优势。SMIC创始人张汝京曾表示，现阶段，下游制造环节对上游设计环节的支持非常重要。然而，在代工模式下，晶圆代工厂在扩大产能时往往谨小慎微，这也是全球半导体产能始终处于紧平衡的重要原因。
事实上，从去年开始，代工厂就在频繁扩大产能。3月底，台积电宣布未来三年投资6543.8+000亿美元提升产能，并支持高端工艺技术研发，一改以往“稳步扩产”的风格，以5倍的速度扩大产能。SMIC也在一年内两次宣布扩大28nm及以上成熟工艺产能。
尽管如此，许多业内人士告诉中国《新闻周刊》，从产能扩张的规模来看，代工厂仍持谨慎态度。这和代工业务的特点有关。在芯片产业链的总资本支出中，制造环节占64%，但附加值只占24%。“晶圆代工的毛利率并不高。一旦产能利用率不高，晶圆厂就可能陷入亏损。”库欣微电子董事长姚告诉《中国《新闻周刊》》。
一位代工厂人士向中国《新闻周刊》解释，“在扩建之前，代工厂需要现有工厂的产能利用率达到相当的水平。如果现有生产线产能利用率只有70%到80%，扩大生产往往意味着亏损，设备等大量资金投入的折旧压力也不小。”
与代工厂的谨慎相比，徐红涛注意到一些无晶圆厂制造商开始参与建厂，“因为他们更清楚风险和需求”。
2020年下半年，联发科斥资6543.8+0.62亿元新台币采购半导体，然后租赁给发电。然而，最典型的例子是UMC。UMC今年的资本支出仅为6543.8亿美元+5亿欧元。尽管如此，与去年相比，还是增加了50%。它采用与芯片设计公司三星合作的方式扩大产能，即芯片设计公司投资购买设备，提供给UMC，然后让后者代工芯片。4月底，UMC宣布与多家芯片设计公司合作，扩大台南12英寸晶圆厂产能。芯片设计公司按约定价格提前支付保证金，以确保未来产能的长期保障。
于是，半导体行业两种由来已久的模式，随着“缺芯”的蔓延，似乎变得模糊起来。为了保证产能，无晶圆厂厂商开始向IDM模式靠拢，而一些IDM厂商，如英特尔，今年宣布开始代工业务。
今年2月，帕特·基尔辛格成为英特尔首席执行官。在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，并有望在2024年量产7nm或更先进工艺的消息外，还宣布英特尔将回归晶圆代工业务。
这一消息在当天直接冲击了台积电的股价，但在近一个月后的一次演讲中，台积电创始人张忠谋回应道，“英特尔要做晶圆代工业务，真是讽刺。台积电成立于1986，在1985的集资期内曾找过英特尔资本，但被英特尔拒绝。虽然当年的经济状况不太好，但还是有点可鄙。”
“英特尔之前曾多次试图进入OEM业务。我也参与过类似的项目。当时给Altera做代工。我们半开玩笑地说，英特尔最后收购Altera是因为代工产品做不出来。英特尔干脆收购了这家公司。”一位曾在英特尔参与多项工艺研发的工程师告诉中国《新闻周刊》，英特尔做代工的一个重要障碍是缺乏服务意识。“很难想象英特尔愿意陪着小客户低调成长。一些小客户，如台积电，如高通，现在已经成为巨头。但是，英特尔会选择客户。当苹果要求英特尔代工时，因订单有限而遭到拒绝。现在这被英特尔高管认为是一个极其愚蠢的决定。”
同时，技术问题也被他认为是英特尔从事晶圆代工的障碍之一。“英特尔工厂的工具相对封闭，生产的更多是CPU等高附加值的芯片。但是，比如同样的28nm工艺芯片，不同类型的芯片往往需要不同的工艺，所以英特尔的生产线能否很好地服务于手机芯片、车规芯片等就值得怀疑。”
但显然，英特尔回归晶圆代工业务，并不仅仅是一家公司看中了芯片制造市场。背后的深意可能要归功于盖尔·辛格的一句话，“美国公司应该把三分之一的半导体生产放在美国。”目前这个比例只有12%。
大力刺激半导体回流
盖尔·辛格说，现状源于代工模式的兴起。根据波士顿咨询公司的数据，美国半导体制造业的市场份额已经从1990年的37%下降到现在的12%。如果目前的趋势继续下去，可能会减少到6%，但相比之下，美国半导体公司占全球芯片销售额的47%。
研究劳动力市场和经济政策的智库“就业美国”(Employment America)发表了一份回顾美国半导体产业历史的文件，称自20世纪80年代以来，为了与日本、韩国等国的半导体公司竞争，美国的半导体政策逐渐转向鼓励降低运营成本和提高公司利润，忽视了半导体供应链的建设，使得半导体产业形成了围绕巨头的脆弱供应链。“在‘去工厂化，忽视资产化’的经营理念下，虽然各个半导体公司的资产负债表看起来更加稳健，但美国芯片制造的优势已经转移到中国大陆、台湾省、韩国等地区。
目前全球芯片制造产能75%在东亚，美国希望芯片制造业回归，但面临人才和成本瓶颈。
张忠谋提到，美国的晶圆制造条件绝对优于台湾省，包括水电气等资源，但美国的人才奉献程度比不上台湾省。台湾省有大量优秀的工程师、技术人员和操作人员愿意投资制造业。
前述英特尔工程师也向中国《新闻周刊》解释，美国芯片制造业持续流失的原因之一是美国的文化体系不容易产生服务意识。芯片属于精密加工制造业，与东亚文化圈更为契合，需要工人有很强的纪律性和服从性。因此，当今世界上最重要的代工厂都集中在东亚。即使是英特尔这样的美国公司，其工厂管理制度也不同于其他部门，实行军事化管理。
美国的成本劣势更加明显。10在美国新建一个芯片厂的总成本比在亚洲高25% ~ 50%左右。如果要满足半导体自给自足，美国前期需要投入3500亿~ 4200亿美元，也远高于中国大陆的1750亿~ 2500亿美元。
(工作人员在黄光源的工作环境下观察光刻胶的预烘。光刻胶又称光阻剂，是半导体芯片制造业的核心材料。图/新华)
美国半导体行业协会今年2月致信美国总统拜登，提到竞争国家投入巨资吸引半导体制造和研究。美国的缺席导致其竞争力丧失，导致美国在全球半导体制造中的份额减少。美国需要鼓励半导体制造设施的建设和升级，并投资于研究。
当地时间6月8日，美国参议院通过《美国创新与竞争法案》，批准拨款520亿美元，在未来5年大力推动美国半导体芯片的生产和研究。参议院民主党领袖舒默曾称之为“历史性的520亿美元投资，以确保美国保持芯片生产的领先地位”，并直言“这项法案将确保美国不再依赖外国芯片处理器。”据路透社报道，其中包括390亿美元的生产和R&D激励措施，6543.8+005亿美元的实施计划，包括国家半导体技术中心、国家先进封装制造计划和其他R&D计划，以及6543.8+05亿美元的紧急资金。
美国商务部长吉娜·雷蒙多(Gina Raimondeau)在芯片制造商美光科技(Micron Technology)的活动上表示，这520亿美元的基金将为芯片生产和研究产生超过6543.8+050亿美元的投资，其中包括州和联邦政府以及私人企业的贡献，即更多的私人资本将通过联邦基金释放。“到它完工时，美国可能会有七、八、九、十家新工厂。”她预测，各州将为芯片设施争夺联邦资金，商务部将有透明的资金分配程序。
自去年以来，美国国会两党议员一直在提出鼓励美国芯片产业发展的法案，如“2020年美国晶圆代工厂法案”(AFA)和“为芯片生产创造有用的激励措施法案”(CHIPS)。芯片法案也包括在拜登今年早些时候颁布的2.3万亿美元的基础设施计划中，并批准了半导体制造的激励措施和研究计划，但没有提供资金。拜登还呼吁投入500亿美元来促进半导体生产和研究。
此前，苹果、亚马逊、谷歌、微软等科技巨头联手包括英特尔、高通、台积电在内的芯片产业链企业，组成游说团体——美国半导体联盟(SIAC)，目标是向美国政府施压，要求美国国会为芯片法案提供500亿美元资金。
台积电和三星已经计划扩大他们在美国的芯片工厂，一场争取政府补贴政策的战争已经开始。早在去年5月，台积电就宣布将投资12亿美元在美国亚利桑那州新建12英寸工厂。预计2024年建成投产，初期月产5nm芯片2万片，而这一计划的投资规模和产能今年已经多次曝光，且仍在扩大。
在提交给美国得克萨斯州政府的文件中，三星还披露了其在美国建厂计划的具体细节:计划耗资6543.8+07亿美元，654.38+00年将创造约654.38+0800个当地就业岗位。它位于奥斯汀，占地700万平方英尺。三星还警告说，该项目“竞争激烈”，亚利桑那州的凤凰城、纽约州北部的杰纳西县和韩国都是潜在的竞争对手。如果落户奥斯汀，将于今年第二季度破土动工，预计2023年第三、四季度投产。据传将用于生产先进的3nm工艺。三星明确要求，在20年内，对德克萨斯州特拉维斯县和奥斯汀市三星芯片工厂的税收减免将达到约654.38+0.48亿美元，高于前述的8.055亿美元。
谈及美国半导体制造业的积极复兴，张忠谋认为，美国永远是胡萝卜加大棒一起做事情，补贴只是短短几年，无法弥补长期的竞争劣势。经历了这么多年的补贴政策，还是要看实力。
供应链安全被破坏。
强劲需求的持续增长正在延长半导体的繁荣周期。不仅是美国，韩国、日本、欧洲等国家或地区都在吸引半导体制造业回流。日本政府已承诺扩大约2000亿日元的现有基金规模，以支持国内芯片制造业。韩国政府宣布向本土芯片产业提供1万亿韩元长期贷款，扩大8英寸晶圆厂产能，增加材料和封装投资。欧盟提出的“数字指南2030”的目标之一是，到2030年，欧洲半导体产量至少占全球产值的20%。
随着分工的兴起，半导体行业一度被认为是全球化程度最深的行业之一。以2019的数据来看，六个国家和地区(美国、南韩、日本、中国大陆、中国、台湾省和欧洲)对全行业增加值的贡献都在8%以上。然而，在这一轮“缺芯”之后，半导体行业出于维护供应链安全的考虑，正在向本土收缩，中国也不例外。
波士顿咨询公司做过一个预测，假设在每个地区建立一个完全自给自足的本地供应链，需要9000亿~1.225万亿美元的增量前期投资，这将导致半导体价格整体上涨35% ~ 65%，最终导致消费电子设备成本的增加。
“趋势已经很明显了，这在日本厂商的产品中得到了充分的体现。当你拆解日本电子产品的时候，你会发现所用的芯片基本都是日本的，以后各地都会跟着这个趋势走。简单来说，在哪里设计，就在哪里生产。”上海一家芯片设计公司的CEO刘东(化名)告诉中国《新闻周刊》。
中国半导体行业协会副理事长、中国半导体行业协会集成电路分会理事长叶认为，美国、欧盟缺乏核心固然是强化本土产业链的因素，但根本原因是对供应链安全的一种担忧。芯片产业链全球发展的区域分工导致部分地区产业空心化。现在各地都希望建立一个至少能维持当地最低可行制造能力的工业体系。
但在他看来，欧美要打造本土的晶圆制造业非常困难，这是成本、供应链体系、产业生态的问题。首先，供应链企业要沿袭过去，重建供应链，经济成本和后续运维成本会很高；其次，制造业的发展需要人力资源的支撑，欧美大学的人才量能否支撑制造业的重建也值得考虑。“持续创新”可能是欧美发展制造业的一条路径，但很难操作通常意义上的产业回报。
对于中国芯片产业的未来，叶在接受《中国电子报》采访时指出，国产集成电路存在“卡脖子”问题，在某些领域处于被动，但与10年前近乎“休克”的状态完全不同。但他担心眼前的问题缓解后，对后续的布局缺乏紧迫感，拖延两年后发现“卡脖子”的问题始终存在。
他的建议是，对于中国来说，首先是要保证供应链的安全。28nm以上的供应链要绝对安全，14nm和7nm的技术短板要尽快补上。另外，要锻造一块长板，要掌握足够的对策，才能真正摆脱“受制于人”。要把握好全球分工和供应链产业链自主控制的“度”。
如何加速国内替代
刘东指出，自去年以来，国内芯片制造商，包括一些终端产品制造商，已经逐渐将供应链从海外转移到中国大陆。当时主要是受到华为制裁的冲击。随着这一轮“芯荒”的爆发，这种趋势会更加明显。
申迪半导体今年向国内某一线手机厂商供应了六轴IMU惯性传感器芯片。申迪半导体公关负责人黄渡告诉《中国《新闻周刊》》，从2019年第一个样品交付到最终谈判，经历了两年的测试。“手机厂商更换一个芯片的成本并不小，所以一旦习惯了从国外厂商采购芯片，就不会有冒险的动力。”
多位国内手机厂供应商向《中国新闻周刊》证实，在消费电子领域，今年国内终端厂商正在进行产业链转移。“能使用国产替代品的尽量使用国产替代品，即使国产供应商不能作为主要供应商，也会作为辅助供应商。”
徐红涛甚至认为，这种“缺芯”的原因之一是国内替代导致代工企业新产品引进规模的增加。“比如一个代工厂原来的产能分配中，量产和新产品导入的比例可能是8:2，但是随着新产品导入需求的增加，量产的比例被挤出去了。部分原因是国内替代和产能紧张导致对新供应商的需求加剧，一个新产品在量产前要经历很长的新产品导入期。”
不仅终端制造商使用更多来自国内芯片制造商的芯片，一些国内无晶圆厂制造商也在将产能转移到中国大陆。
对于刘东的公司来说，他们合作的代工厂遍布中国大陆和台湾省、南韩和美国。“只是每个公司投产的方式不同。一方面是为特定类型的芯片寻找更合适的工艺，另一方面也是为了规避风险。但一旦产能在全球范围内供不应求，即使产能重新分配，风险也难以避免。”刘东问道，“在这一轮‘缺芯’中，我们已经可以看到地方保护的色彩有所增加。比如一个韩国代工厂面对一个韩国客户和一个中国客户的需求，他会怎么选择？”
三星投资的一家芯片设计公司负责人告诉中国《新闻周刊》，正是因为三星的背书，其产能几乎没有受到影响，反而扩大产能，以争夺产能不足的竞争对手的订单。
用刘东的话说，“每个人都变得不那么道德了”。某种程度上，这也源于政府的干预。新成立的SIAC在公开信中表示，“当行业试图纠正短缺导致的供需失衡时，政府应避免干预。”外界认为，这暗示美国政府此前向包括台积电在内的代工厂施压，以确保汽车芯片的产能。
有SMIC人士对《中国《新闻周刊》》表示，SMIC会从终端应用的角度来考虑产能的分配，即如果少了一个芯片，会不会影响老百姓的生活甚至国家经济？“会认真识别企业的产能需求，看企业的真实需求，不会给企业多产能。”
很多业内人士觉得，在这一轮“缺芯潮”中，更能看出SMIC的意义。“如果产能在中国，至少在疫情这样的极端情况下我们可以见面沟通，但如果在韩国和中国台湾省的代工厂投产，就没有见面协调的可能了。”一位芯片厂商负责人透露，从去年开始，公司就在逐步将产能从海外转移到中国大陆，现在已经接近一半，甚至直接邀请了国内一家代工公司入股，“为了以后更顺利地转移产能”。
这种产能转移不仅仅发生在某一家公司。姚也承认，公司将以SMIC的14纳米和12纳米工艺为主要平台。“14nm以下的先进工艺代工空间不大，除了三星、台积电、SMIC。目前SMIC先进工艺的产能利用率仍然不高，因此今年的产能扩张集中在28nm等成熟工艺。因为其先进的工艺技术刚刚开发出来，国内设计公司要做出有针对性的设计还需要时间。估计明年年中SMIC的先进工艺产能也会变得很满。”
中国缺的不仅仅是先进工艺的产能，实际上目前市场上20nm以上工艺节点的产能占82%，更多的芯片产品依赖于成熟工艺的产能。
“除了SMIC和华虹，华润尚华是国内有量产能力的，但是8寸晶圆的月产能可能只有两三万片，实在是太小了，支撑不了更大的客户。新代工厂的产能根本跟不上，尤其是目前有些产品需要特定的工艺，比如BCD高压。事实上，只有SMIC、华虹和华润尚华有技术准备，没有其他选择。这就是目前的现状。”前述SMIC人士告诉中国《新闻周刊》。
黄渡提到，“前段时间，政府就产业扶持政策征求意见和建议。我们提出，除了鼓励主要基于线宽工艺的先进标准工艺，还应该支持与线宽无关的MEMS特性工艺。在人工智能物联网时代，MEMS惯性传感器芯片将得到越来越广泛的应用。”
MEMS技术是一种特殊的芯片制造技术，广泛应用于惯性传感器芯片的制造。惯性传感器芯片已经进入每一部智能手机，手机横屏和竖屏的转换都依赖于这个芯片。
“各地未完工晶圆厂的情况令政府担忧，但总体而言，内地产能仍供不应求。”一位晶圆厂商负责人告诉《中国《新闻周刊》》，“几年前，公司原计划投资建设晶圆厂，计划投资50亿元，年产能654.38+0.8万片8英寸晶圆，但后来因为当地政府不再支持，项目夭折了。”“当时项目遇到国家收紧半导体投资，地方政府对项目获得国家的资金支持没有信心，需要地方政府承担大部分资金压力。”该负责人表示，工厂“投产”需要三年时间，按照当时的计算，需要八年时间才能回本，这对当地政府来说太长了。
目前，政府对晶圆厂的支持无疑是非常重要的。SMIC创始人张汝京总结了项目成功的条件，并表示，要有政府支持，中央政府通常会在政策和税收上给予支持，地方政府通常会给予土地和项目激励等支持。为了引进一些新项目，各级地方政府需要制定一些准入方面的指导意见。
他向中国《新闻周刊》建议，可以在一定程度上避免错误投资造成国家财产和资金损失的考虑下，通过国家发改委的窗口指导，积极推动这类国家需要的半导体公司。但如果管制过严，也可能会抑制这个行业的发展，减缓国家集成电路和半导体产业的发展。“投资额不足6543.8+0亿元的，按现有方式备案；对于一定数量以下的政府投资额，如50亿元以下，由相关省市发改委进行引导；如果数额较大，将由上一级NDRC控制。至于民企或外资，由于政府承担的风险较小，引导窗口可以适度放宽。”
在叶看来，之前很多地方爆发芯片制造“烂尾”工程，是因为个别项目在市场定位、技术研发、团队配置等方面没有做好准备。，又冲向发射。对于准备充分的项目，该上马还是上马。
他指出，据不完全统计，国产逻辑ic每月有40万片12英寸的产能缺口，存储器每月产能至少20 ~ 30万片。保守估计每月产能缺口在60-70万件之间。在整体产能缺口如此之大的情况下，我们应该更大规模、更高效地扩大生产。“中国似乎缺乏最新的技术和产品，但全球80%以上的产品都没有采用最前沿的工艺，14 nm以上的工艺可以覆盖大部分需求——虽然市场份额可能只有60%到70%，但大有文章可做。”