4 張圖表穿透芯片短缺原因，數據解析晶圓產能現狀

6 月 29 日，美國電氣和電子工程師協會下屬期刊 IEEE Spectrum 通過圖表回顧了全球半導體短缺的開始與原因，并分享了相關的數據。

根據數據，汽車芯片市場相對較小，僅占 9% 左右的市場份額。在短缺發生時，這使得汽車廠商無法從晶圓代工企業獲得足夠的芯片。美國咨詢公司 Kearney 也針對這一問題提供了解答方案。

一、200mm 晶圓廠新增較少，廠商囤積加劇短缺

最先發生芯片短缺的領域是汽車芯片。

根據美國市場研究公司 IDC 的數據，雖然汽車芯片市場每年增速在 10% 左右，但是整個汽車芯片市場為 395 億美元，只占全球芯片市場的不到 9%。計算機、無線設備、消費電子芯片市場則分別為 1602 億美元、1267 億美元和 601 億美元。

但另一方面，全球汽車行業雇員數量超過 1000 萬人，使政府和社會對該行業比較重視。

這導致在汽車行業因為疫情取消芯片訂單后，其訂單的優先級低于智能手機、電腦等廠商。而各個汽車廠商的停產、停工消息放大了社會各界對芯片短缺的關注。

▲ 全球芯片市場份額（來源：IDC）

在技術方面，因為汽車芯片的安全標準較高，其芯片制程在 40nm 以上，工藝較為成熟，已經有 15 年的歷史，通常采用 200mm 晶圓（8 英寸）。現在中國臺灣臺積電、韓國三星電子 2 家晶圓代工廠商可量產的制程為 5nm，采用 300mm 晶圓（12 英寸）。

由于晶圓廠成本巨大，半導體制造廠商往往優先建造更先進的 300mm 晶圓廠。美國半導體行業協會 SEMI 數據顯示，2022 年 200mm 晶圓廠數量將增加 10 座左右，只有 300mm 晶圓廠新增數量的一半。

▲ 200mm 晶圓廠新增數量（來源：SEMI）

雖然 40nm 及更舊制程的晶圓廠新增數量較少，但是市場需求卻比較多。IDC 數據顯示，使用 40nm 及更舊制程工藝的芯片占總裝機量的 54%。相比之下，先進制程只占 17.5%。

這種需求和產能的不均衡也是 40nm 芯片短缺的重要因素。

▲ 按芯片制程劃分的裝機量（來源：IDC）

需要指出的是，在短缺發生后，很多芯片采購商都開始囤積零件，以保證自身的供應安全。但是這也加劇了短缺問題。

美國半導體營銷、咨詢公司 Semico Research 的總裁 Jim Feldhan 談道，雖然很多產品市場需求沒有太大的變化，但一些客戶開始雙重訂購零部件以增加其庫存。

美國咨詢公司 Kearney 的美洲首席合伙人 Bharat Kapoor 則強調，汽車行業需要做的不僅僅是增加庫存，也需要和芯片行業建立更加直接的聯系，以防止未來再次發生短缺。

二、政府、企業共同發力，半導體設備支出或創新高

在半導體短缺的風暴下，各國政府開始重視半導體供應鏈的建設和安全。

美國正在推動價值 520 億美元的半導體激勵法案，目前已通過眾議院表決；韓國政府則提出了“K 戰略”，將在未來 10 年內和韓國半導體企業一起投入 4500 億美元。此外，歐盟、日本也提出了相應的半導體激勵計劃，想要保證自身的半導體供應。

各國政府的激勵方案也促進了半導體廠商建廠、擴產的積極性。臺積電、三星、聯電、格芯等半導體廠商都公布了自己的擴產計劃。

SEMI 稱，截至 2022 年年底，將會有 29 家新增晶圓廠開工，40 余家半導體廠商擴產。屆時，每月新增晶圓產能將超過 75 萬片。

這也推動了半導體設備的銷售金額增長，2020 年全球 200mm 晶圓廠設備支出突破 30 億美元大關，并在 2021 年增加至 46 億美元。

▲ 200mm 晶圓廠設備支出（來源：SEMI）

SEMI 半導體高級負責人 Christian Gregor Dieseldorff 說：“全球 IC 產能建設會將當前十年的晶圓廠投資推向新高。我們預計未來幾年將看到創紀錄的（半導體設備）支出和更多新晶圓廠的公告。”

結語：短缺問題仍存，或許可以更早被解決

在成熟制程投資額相對較低的情況下，汽車與家電行業的生產已經受到了較大影響。甚至有企業的高管認為，短缺甚至可能將持續 2-3 年。

但是也有消息稱，聯電將在 2021 年擴充 28nm 制程產能，或許會對當下的短缺問題有所幫助。這可能代表部分廠商即將完成擴產，或許短缺問題會更早得到解決。