第05版:技术

数据揭示全球缺芯真相!交货时间延长一倍

作者:彭博

出版时间:2021-04-08

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  从去年年底至今,全球芯片短缺已经影响了各类产品的生产,智能手机、汽车、游戏机等市场都受到了很大影响。去年12月下旬,由于部分汽车厂商错判了市场走向,加上智能手机、电脑等电子产品销量增加,导致汽车芯片短缺,并将紧张情绪扩散到其他行业。

  芯片交货时间延长,众多业内玩家发出警告。根据私人金融公司Susquehanna Financial Group的行业分销商数据,自2017年以来,半导体交货时间(从下订单到实际订单交付所花费的时间)在今年2月首次延长到15周。

  总部位于美国加州的博通是全球最大的半导体公司之一,由于该公司在行业内的广泛参与度,一向被认为是半导体行业的晴雨表。该公司的交货时间从2020年2月的12.2周延长到22.2周,交货时长接近翻倍。群创光电和瑞萨电子等越来越多的行业参与者在最近几周都发出警告,芯片“赤字”将会逐步加剧。三星作为全球最大的半导体公司,此前也发出警告,认为芯片供需已经“严重失衡”。博通首席执行官Hock Tan在3月称,博通的芯片已经被抢购一空,而且2021年全年的产品都有客户预订。近日,蔚来汽车成为国内第一家因芯片短缺而停产的汽车公司。这些都证明芯片短缺已经损害到众多行业,并且还在继续扩散。

  半导体市场需求攀升,成熟制程产能有限。事实上,随着智能手机的使用和计算能力的蓬勃发展,从基本的微控制器和存储芯片到最复杂的高性能处理器,各种半导体的总体需求在过去十年中不断增长。市场调研机构IDC的数据显示,半导体市场在2019年之前一直稳步增长,2019年半导体市场的增长出现了停滞;但到了2020年,由于居家隔离,电子产品的需求激增,半导体市场增长了5.4%。

  同时,一旦像汽车这样的大型机械设备变得更加智能,就需要使用更多的芯片。德勤事务所指出,到2030年,汽车电子部件的花销预计占到汽车制造成本的45%。届时,这些电子部件中使用的芯片成本将从2020年的475美元跃升至600美元。

  根据美国半导体协会(SEMI)的数据,过去几年,芯片制造能力与市场销售数据基本保持同步发展,但是芯片制造份额已经逐渐集中在少数几家头部玩家手里。业内专家强调,在成熟制程芯片所需的200mm晶圆生产方面,这种不平衡尤其明显。而汽车、消费电子等众多产品的电源管理、显示IC部件都需要用到这些芯片,因而产生了供不应求的现状。

  此前新冠肺炎疫情使汽车市场有所波动,很多汽车厂商取消了订单,此后又不得不因为市场的反弹而追加订单,由于芯片生产一向追求产能供需平衡,因此汽车厂商很难在产能紧张时获得额外的芯片。最终很多汽车厂商不得不因为芯片短缺而停工,预计今年会因此错过610亿美元的销售额。台积电高管在最近的两次收益电话会议上提到,许多行业的客户都积累了比平常更多的库存以应对风险。十年间,芯片技术的不断进步使得制造成本与研发投入大大增加。举例来说,台积电2021年预期成本支出提高了63%,达到280亿美元。而三星为了和台积电争夺市场份额,宣布未来十年将投入1160亿美元。

  半导体供应链单一,台积电1/4业务来自苹果。因为半导体行业成本高、研发投入大,供应链中经常出现少数厂商占据大部分市场份额的情况,这在某种程度上也加大了半导体供应风险。如今,高通、英伟达以及苹果的逻辑芯片是世界上最复杂、最昂贵的芯片,这些芯片是智能手机或电脑等电子设备的“大脑”。但是上述这些公司并没有自己的晶圆厂,只是设计芯片并交给台积电、三星等厂商代工。而晶圆代工服务只有少数几家半导体厂商能够提供,台积电和三星则在行业内遥遥领先。根据统计,芯片制造业务中有91%位于亚洲,而其中最主要的两个地区分别是中国台湾和韩国,也就是台积电和三星的所在地。而美国则只有英特尔有意重拾先进制程,此前英特尔CEO基辛格宣布投资200亿美元建立自己的晶圆代工业务。

  目前,台积电在规模、成熟度和覆盖范围方面都是无可争议的领导者,每年几乎为所有电子行业的大型客户提供千万片晶圆。台积电2020年12英寸晶圆总出货量为1240万片,高于2019年的1010万片。该公司花费了30多年的时间完善其芯片制造工艺,并在过去几年中花费数十亿美元来确保其始终处于技术的最前沿。苹果是台积电最重要、最有名的客户之一。根据彭博社报道,台积电所有业务中有25%直接或间接来自苹果,苹果购买高通、博通、AMD、德州仪器、意法半导体、恩智浦和瑞萨等公司的产品价值总计为35.67亿美元,其中苹果购买了17亿美元的博通产品,占博通营收的25%,苹果总支出的2.5%。

  除了台积电和三星在晶圆代工市场一骑绝尘之外,总部位于荷兰的ASML也几乎垄断了先进的光刻设备,这种设备是半导体生产中的重要一环。硅晶圆和半导体化学材料领域则由信越化学、环球晶圆、日本胜高、SK silicon等巨头主导。而如果不能使用由美国Cadence Design Systems和Synopsys的设计软件,芯片制造在一开始就会出现问题。现在,来自美国和欧洲的官员正在请求中国台湾为解决全球芯片危机提供帮助,也开始推动本土芯片制造能力复苏。然而,研究公司桑福德·伯恩斯坦的研究表明,此次芯片短缺很难在短期内解决,因为无论位于何处,芯片工厂都要花费数年的时间才能建造完成并开始运行。

  芯片短缺问题或将持续。芯片产业是高度国际化的产业,目前芯片短缺不仅是芯片产能的问题,也包含了上游材料等多方面原因。长期来看,市场对芯片用量的需求还将持续攀升,对整个芯片产业而言也是一个巨大的挑战。目前来看,尽管多位芯片制造玩家正大力推出扩产计划,考虑到产线建设周期、客户验证周期、芯片需求量持续上升等客观条件,短期内芯片短缺问题或将持续下去。但是,芯片产业也在全球多种力量的推动下快速发展。据SEMI统计,2020年全球半导体制造业设备支出创下历史新高,且在2021年、2022年还将继续攀高。目前看来,芯片制造产业很可能在这次“缺芯”风波中获得充分发展。

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