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席卷全球的“芯片危机”

今年1月份开始,包括大众、福特、丰田等全球多家汽车厂商都同时降低了其产能预期。引发其产能衰退的原因是芯片供应的极度缺乏。据统计全球40%的整车厂都在面临芯片缺供断供的风险,这次的“缺芯”问题已经不能简单以一场风波来形容,而是上升到了危机的程度。在美国,已经有多家芯片厂商联名向拜登寻求财政支持,以快速扩大芯片产能,缓解面临的“芯片危机”。要理解这次危机,首先就要对芯片整个行业链有一定的了解。

芯片行业发展迅猛

在我们的日常生活中,芯片随处可以见,已经成了不可或缺的一部分。芯片行业也在最近10年内加速发展,2020年疫情下的行业产值同比上涨了5%,预计在2021年产值增长率将进一步提高,达到8%的水平。从股票市场来看,单就过去一年,费城半导体指数涨幅就超80%。

原材料要求高

芯片的主要材料是半导体,而主流的芯片半导体由硅形成。芯片所需要的硅纯度非常高,杂质不能超过千亿分之一,目前市面上如此高纯度硅主要来源于日本信越化学(Shin-Etsu)、日本胜高(SUMCO)以及中国台湾环球晶圆(Global Wafers)。硅提纯后会成为圆柱体。在制造芯片前,会将圆柱体切成一片一片非常薄的圆片,芯片制造厂将会在这些圆片上将无数的电路进行组装。这些由单质硅组成的圆片又被称为晶圆。

生产设备产量低

晶圆加工的核心设备主要有三个,光刻机、刻蚀机以及离子注入机。其中光刻机被行业巨头ASML阿斯麦所垄断,45nm以下级别的光刻机市场中,阿斯曼就占据了80%的市场。特别是7nm级别以下的EUV高端光刻机全世界唯有阿斯麦能够生产。阿斯麦2020年的光刻机产量仅仅只有258台,其中EUV光刻机更是只有31台,目前整个行业的主要瓶颈就在光刻机的产量上。除了光刻机以外、刻蚀机与离子注入机在晶圆加工过程中同样重要,目前的行业龙头是美国的Applied Materials应用材料以及Lam Research泛林集团,技术与市场领先地位远无法被竞争者所撼动。

设计与生产分离

芯片核心企业主要包含了芯片制造商、无厂半导体公司以及晶圆代工公司。芯片制造商主要有Intel英特尔、三星等,设计并制造自有芯片。而无厂半导体公司只为自己或者其他公司的产品设计芯片。Qualcomm高通是其中的龙头企业,全球一半的手机用的都是高通芯片。Broadcom博通作为苹果手机芯片供应商也同样占据行业中的一席之地。需要注意目前传统汽车厂商的芯片除了有些是厂商自己设计以外,大部分也是由高通与博通设计的。新概念汽车芯片主要由Tesla特斯拉、英特尔、三星以及NVIDIA英伟达设计。汽车雷达、精准定位、降低能耗等创新功能被嵌入新型芯片当中,以完善自动驾驶的功能。从整体行业来看,设计出来的芯片技术越发高端,也对芯片制造厂商也提出了更高的要求。

行业垄断 – 晶圆代工

有设计必然有代工的需求。晶圆代工企业在这种环境下应运而生,台湾的代工产业是全球晶圆代工的核心。其中台积电一家公司就掌握了全球一半以上的晶圆代工订单,其产能实力也是行业第一。单从光刻机方面看,2020年阿斯麦生产的光刻机有54%都卖给了台积电,可见其产能之强。目前台积电的订单已经满额,在补充更多的设备之前,无法提供更多的产能。代工行业的第二大厂商是韩国三星,同样也面临了无法增产的窘境。这也为这次芯片危机埋下了隐患。

 

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