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文丨泡騰VCer，作者丨dy，編輯丨Janet
“晶片短缺”是2021年最引人關注的主題之一，無論是财經媒體的年度總結，或是券商研究所的明年展望，話題均離不開這個在過去一年間内，讓所有産業參與者和行業觀察家撓破頭皮的“人類智慧的結晶”。
不止于宏觀叙事，晶片短缺也影響着我們每個人的日常生活。市場研究機構Susquehanna International Group的資料顯示，全球晶片交貨期從2020年初開始持續上行，最新已達到22.3周。在生活中，我們能感覺到的或許是最新款iPhone13推遲發貨，因為蘋果削減了1000萬台産量；又或許是特斯拉新車暫時先不裝USB口，原因同樣還是買不到對應的晶片。
在見諸報端的分析中，晶片短缺是近兩年蔓延全球的供應鍊亂象的一部分，原因包括“産能短缺”、“需求爆發”、“供應鍊受阻”等客觀因素，也包括各種離奇的火災、暴風雪、罷工等意外事件。但要抓住重點，我們應回歸最傳統的“供給-需求”行業分析架構，看看是怎樣的供求錯配，最終導緻全球“缺芯”的局面。
01、看長期：産能結構錯配埋下供求失衡伏筆
晶片産業鍊漫長而複雜，上中下遊分别為裝置/材料、制造、封裝測試。中遊的制造環節分為兩種模式，IDM模式集各環節于一身，代工+設計模式則講求專業分工。随着晶片水準的提升，建造新工廠的成本也越來越高，未來一座最新技術的工廠甚至需要投入200億美元，是以制造環節走向專業分工是行業趨勢。目前，晶圓代工産能保持在晶片制造總産能的一半左右，地位十分重要，而本文也将主要以晶圓代工為切入點進行研究。
談到晶圓代工，離不開“制程”和“矽片尺寸”。晶片制程從1990年的1微米發展至最新的5nm，目前28nm以下是先進制程，應用于對性能要求極高的手機處理器、CPU、GPU等。28nm到90nm是12英寸矽片上的成熟制程，應用于通信、射頻、模拟等中端晶片。90nm以上是8英寸及更小矽片上的成熟制程，應用于電源管理、面闆驅動、功率器件等中低端晶片。
先進制程是近年來代工産能擴張的主力，由台積電扛起大旗，瘋狂砸錢。今年資本開支總計達300億美元，占行業總開支的八成，三年計劃總投入高達恐怖的1000億美元。但是，傳統先進制程的需求——消費電子，卻增長乏力，PC+智能手機+平闆電腦的三波浪潮已然衰退。之是以需求疲軟卻擴産迅猛，一方面是伺服器、礦機、遊戲主機等增量需求，另一方面則是台積電乘勝追擊，進一步奠定行業地位的戰略布局。
和先進制程相比，近年來，成熟制程的擴産節奏緩慢。2014年以來，成熟制程總産能的年化增速隻有3.8%。其中比較有代表性的現象是，導入過猛的28nm趕上了全球半導體市場大衰退，産能使用率快速走低，此後各家廠商都不願再度擴産。而8英寸的相關制程本身帶有“即将淘汰”的屬性，因為矽片尺寸的趨勢是越大越好，尺寸越大，平均成本越低。2001年推出後，行業重心基本在12英寸之上，同期8英寸工廠關停，裝置也不再生産，産能規模停滞并陷入衰退。
成熟制程新增供給有限，但下遊應用市場卻在近幾年迎來快速發展。首先是消費電子的綜合更新，雖然總出貨量增長乏力，但随着智能手機往多攝、5G、螢幕更新、快充等方向更新，所使用的圖像傳感晶片、射頻晶片、顯示驅動晶片、電源管理晶片等均以成熟制程為主，周邊配套例如5G基站、無線耳機、充電器等也是如此。以5G手機為例，一方面，其滲透率逐年提升，預計今明兩年的出貨量增速高于50%；另一方面，相比4G，5G手機需要2倍的電源管理晶片和功率放大器，2.5倍的濾波器，單機所含成熟制程晶片數量也有所上升。
其次是物聯網，智能家居、智能視聽、可穿戴等豐富的下遊應用驅動市場高速發展。綜合多家機構的預測，過去五年，物聯網連接配接總數的年化複合增速為23.5%，未來五年則為13.2%。具體看，晶片種類可分為計算、通信、傳感三類，較大比例均采用晶圓代工模式，其中既有IDM企業将産品外包代工，例如MCU和MPU晶片，也包括原本就采取設計-代工分工模式的通信和傳感晶片，這些晶片對性能要求不是很高，制程範圍主要為28nm-0.15μm的成熟制程，且較多使用8英寸生産。
最後是汽車晶片，新能源汽車以及智能汽車的滲透率逐年提高，而單車“含矽量”（晶片價值量占比）預計将在2030年提高至45%，緻使汽車晶片的重要性提高。這一過程中帶來了很多增量晶片需求，包括功率半導體、SoC、MCU、傳感器等，整體仍以IDM模式為主，代工比例約為20%-30%，但分産品看，SoC、MCU、傳感器等的代工比例較高，性能要求比消費電子和物聯網略低，制程在40nm及以上。
與極緻性能相比，這些應用需求總量大，更追求成本效益，是以仍然選擇成熟制程，而不轉向先進制程。28nm之後晶片設計成本增幅明顯擴大，設計廠商負擔更重；同時，建造晶圓廠的成本也迅速增加，例如前文提到的200億美元/座的3nm晶圓廠，這部分成本也會轉嫁到設計商頭上。是以，成熟制程處于良好的成本效益平衡點。此外，大部分成熟制程工廠已建立多年，折舊基本完成，進一步降低生産成本；同時，部分不單純以性能衡量，主要應用于複雜場景的特種工藝，例如IGBT、DMOS、BiCMOS、BCD等，也集中于曆史悠久的成熟制程平台之上。
綜上所述，成熟制程供給端近年來長期以緩慢節奏擴産，但需求端的5G、物聯網、汽車等下遊新興市場卻強勢增長，成本效益因素導緻這些需求選擇使用成熟制程，而不轉向先進制程，最終導緻供求不比對，這是本輪晶片短缺的根本原因。雖然先進制程供求關系寬松，但是，由于終端産品裡各品種晶片缺一不可，iPhone離不開電源管理晶片，特斯拉也少不了USB晶片，部分成熟制程晶片供不應求，導緻全行業呈現出嚴重的晶片短缺情況。
02、看短期：多項擾動因素放大供求失衡形式
長期的産能錯配為何在此時爆發，導火索離不開大洋彼岸曾經的“懂王”，和已肆虐全球兩年的新冠病毒。随之産生的三項主要擾動因素，放大了供求錯配，點燃了缺芯狂潮。
擾動因素一是車企應對疫情的舉措。2020年上半年，新冠肺炎疫情自局部向全球蔓延，車企過度悲觀，進而大幅縮減晶片訂單。需特别指出，汽車晶片本身在晶圓代工企業中優先級偏後，例如在台積電營收中僅占5%，主要因為其利潤空間不大但生産标準嚴苛。于是，這部分空缺産能很快被其他爆發性增長的需求填滿。随後，下半年汽車市場超預期恢複，車企嘗試追加之前砍掉的訂單，但代工廠已沒有多餘産能。一出一進，車企便撓破了頭。
擾動因素二是設計廠商的多重下單和囤積庫存行為。多重下單指設計廠商在不同的代工廠地方下訂單，後續可以選擇毀約砍單或囤積庫存，這就扭曲了市場的真實需求情況。在多次業績說明會上，多家代工廠商均明确指出這種行為的普遍性。
擾動因素三是大陸企業在政治打壓之下的提前備貨行為。大陸的半導體終端市場大，但本土代工産能有限，華為、小米、OV等終端大廠均高度依賴海外代工産業。然而，貿易摩擦背景下，國産廠商受打壓，委外代工受限，例如美國曾對華為先後三次加碼制裁，限制其獲得晶片産品，這就導緻去年華為為保證後續生産，提前向台積電等企業投下大量訂單，其他廠商也擔心自己受制裁，同樣提前備貨。這和之前提到的兩大擾動因素互相交織，進一步放大了供應鍊的波動性。
03、看未來：擴産才能根本解決供求失衡問題
短期看，台積電、聯電等各主要代工廠商已經開始漲價，這有助于迫使原來囤貨的廠商部分縮減訂單水準，進而得到下遊真實需求。此外，代工廠也正積極協調，優先滿足車企訂單，同時中美關系也出現局部緩和，這些都将有望緩解短期的擾動因素。但是，短期内新增代工産能供給較少，根本的供求關系沒有改變，是以晶片短缺局面短期還不會全面緩解。
解決晶片短缺，根本還是要看産能擴充。據不完全統計，目前全球範圍内的的代工擴産計劃占現有産能的約1/4，可謂力度驚人。然而，新增産能畢竟需要時間，在現有廠房裡增加新産線需要至少半年，而從零開始建造新廠，更是需要兩年時間。這就意味着，直到2022年上半年，我們也很難等到成規模的新産能一解“燃眉之急”。即使樂觀測算，擴充産能也将主要2022年下半年至2023年開出，晶片短缺局面或許屆時才有望得以全面緩解。
伴随着本輪擴産潮，全球半導體産能的地域分布也可能發生重塑。擴産計劃中，中國大陸+台灣占絕對多數，而大陸更是占比過半。其中，中芯國際同時在北京和上海臨港建立工廠，并且繼續推進中芯深圳的擴産計劃。台積電在南京工廠擴建28nm産能。而華虹、上海積塔、晶合內建等廠商的計劃也正在穩步推進之中。晶圓代工産能集中于東亞地區，原本以中國台灣和南韓為主力，而随着海峽對岸的大陸拍馬趕上，不僅進一步強化中國在全球半導體産業鍊中的地位，自身也将日益成為舉足輕重的行業參與者，推動“國産替代”的願景進一步落地生根。
當然，本文僅是簡單的分析。本輪晶片短缺成因十分複雜，不僅包括晶片制造環節，裝置、材料、封裝測試等環節也是重要影響因素。另一方面，即使僅考慮晶片制造環節，晶圓代工産能也僅占晶片制造總産能的一半，台積電固然舉足輕重，但英特爾、三星、英飛淩、意法半導體等IDM廠商的情況同樣也十分重要。為了把問題講清講透，本文立足于小的切入點，難免有錯漏和缺失。此外，晶圓代工廠商還可能繼續推出擴産或建立産能的計劃，或許局勢能更早得到緩解，那當然皆大歡喜。
晶片短缺之下，衆生氣象萬千。代工廠盆滿缽滿，華虹快速擺脫虧損，格羅方德則成功趕着東風在美股上市；管道商炒芯發财，一顆小晶片價格暴漲幾十上百倍；終端廠愁雲密布，盤算着是減配還是減産；消費者稀裡糊塗，嘀咕着價格咋又漲了或是發貨咋又延期了；投資人眼觀八方，摳着每一項産業高頻名額，耐心計算景氣何時反轉。
但相同的是，每個人都希望行業秩序早日恢複，晶片不再短缺。畢竟，誰不想再回到疫情前呢。