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文丨半導(dǎo)體行業(yè)觀察

無法生產(chǎn)汽車、無法生產(chǎn)電腦、無法生產(chǎn)智能手機(jī)、無法生產(chǎn)游戲機(jī)，無法生產(chǎn)任何一種電子產(chǎn)品。

2021年爆發(fā)的半導(dǎo)體供給不足問題幾乎波及了所有的領(lǐng)域，要說具體體現(xiàn)在哪些方面？在超長的交貨期（Lead Time）上體現(xiàn)的淋漓盡致。

CHENG TING-FANG and LAULY LI等的4月16日的文章《How the chip shortage got so bad -- and why it's so hard to fi》中提到，一般情況下，大部分半導(dǎo)體的交貨期在四周一一八周，最近，功率IC、MCU（即微控制器）的交貨期為24周一一52周（居然需要一年的時(shí)間?。?。CPU需要12周一一16周，存儲(chǔ)半導(dǎo)體需要14周一一15周，Wi-Fi（通信半導(dǎo)體等）需要24周一一30周等（如下圖1）。

圖1：各種半導(dǎo)體、材料、封裝的交貨期。（圖片出自：CHENG TING-FANG and LAULY LI, Nikkei staff writers, “How the chip shortage got so bad -- and why it's so hard to fix”, Nikkei Asia, APRIL 16, 2021。）

此外，液晶顯示屏（LCD）、基板材料、封裝服務(wù)等的交貨期也都在加長。晶圓以及后段工序的印刷線路板等基板材料的正常交貨期是12周，而如今的交貨期為20周一一52周（最長為一年）。

為什么會(huì)發(fā)生以上這種全球性的半導(dǎo)體供給不足問題？這與2016年一一2018年發(fā)生的所謂的“超級(jí)周期（Super Cycle，即存儲(chǔ)半導(dǎo)體泡沫）”有何不同？如今的“瘋狂”狀態(tài)是“泡沫”嗎？此外，如今的這種供給不足問題會(huì)持續(xù)到何時(shí)？會(huì)以怎樣的結(jié)局結(jié)束？本文就此展開論述。

全球半導(dǎo)體市場動(dòng)向

下圖2是2015年一一2021年第一季度（Q1）的全球半導(dǎo)體出貨金額和出貨數(shù)量的推移表。2016年第一季度以后，半導(dǎo)體市場大幅度增長，出貨金額和出貨數(shù)量也大幅度增長。2018年第三季度的出貨金額為1,249億美元（約人民幣8,118.5億元），出貨數(shù)量約為2,658億個(gè)，后來從此處的峰值開始下跌，半導(dǎo)體陷入了不景氣時(shí)代，這被人們稱為“超級(jí)周期（Super Cycle）”。

圖2：全球半導(dǎo)體出貨金額和出貨數(shù)量（2015年第一季度一一2021年第一季度）。（圖片出自：筆者根據(jù)WSTS的數(shù)據(jù)制作了此圖。）

半導(dǎo)體的不景氣在2019年第二季度觸底，后來開始逐步恢復(fù)，由于2020年年初發(fā)生了新冠疫情，半導(dǎo)體出貨數(shù)量和出貨金額再度跌落。然而，同年第三季度以后，又迅速恢復(fù)，2021年第一季度的出貨金額達(dá)到了1,231億美元（約人民幣8,001.5億元），金額幾乎要趕上存儲(chǔ)半導(dǎo)體泡沫時(shí)的峰值，出貨數(shù)量卻超過了峰值，為史上季度最高值（約2,748億個(gè)）。

從新冠疫情中迅速恢復(fù)的原因和半導(dǎo)體供給不足的原因

從新冠疫情中迅速恢復(fù)的原因和半導(dǎo)體供給不足的原因主要有以下幾點(diǎn)：

由于新冠疫情，遠(yuǎn)程辦公在全球范圍內(nèi)普及，電腦需求劇增。

此外，新冠疫情迫使人們“宅在家中”，因此游戲機(jī)、各種電子產(chǎn)品的需求猛增。

遠(yuǎn)程辦公的普及、居家辦公帶動(dòng)了網(wǎng)絡(luò)購物的迅猛增長，因此數(shù)據(jù)傳輸量大幅度增加，云廠家（Cloud Maker）加快了對(duì)數(shù)字中心（Data Center）的投資。

由于美國加強(qiáng)制裁華為，2020年第三季度華為采購量大幅度增長。

在智能手機(jī)市場上，同年第四季度，蘋果、三星電子、vivo、小米等廠家為了填補(bǔ)華為的空缺，開始增產(chǎn)。

由于美國也對(duì)中國的中芯國際進(jìn)行制裁，諸多Fabless公司紛紛將代工廠家轉(zhuǎn)為TSMC、UMC等公司，因此這些臺(tái)灣的代工廠家的產(chǎn)能達(dá)到了極限（但是，據(jù)說如今就連中芯國際的產(chǎn)能也是逼近了極限）。

2020年2月一一8月受到新冠疫情的影響，汽車產(chǎn)業(yè)大幅度減產(chǎn)，同年九月以后，又迅速恢復(fù)。瑞薩電子等車載半導(dǎo)體廠家將40納米以后的尖端半導(dǎo)體都外包給TSMC生產(chǎn)，但是，基于“Just In Time（準(zhǔn)時(shí)制）”的生產(chǎn)方式，因此一度取消訂單又重下訂單。然而，TSMC用其他半導(dǎo)體填補(bǔ)了被取消的車載半導(dǎo)體的空缺。因此，車載半導(dǎo)體供給不足問題在2021年越來越顯著，日本、美國、德國等各國政府競相向中國臺(tái)灣當(dāng)局提出了增產(chǎn)車載半導(dǎo)體的要求。TSMC雖然增產(chǎn)了車載半導(dǎo)體，原本產(chǎn)能就滿負(fù)荷，因此影響到了其他半導(dǎo)體的生產(chǎn)。

至此，半導(dǎo)體供給不足的主要原因如下：新冠疫情是“導(dǎo)火索”、美國對(duì)華為和中芯國際展開制裁、汽車廠家的Just In Time（準(zhǔn)時(shí)制）的生產(chǎn)方式。

下面進(jìn)行定量分析。

各種半導(dǎo)體的市場動(dòng)向

下圖3是各種半導(dǎo)體的季度出貨金額的推移表。MosMemory（包括DRAM 和NAND）在2018年第三季度達(dá)到峰值，為441億美元（約人民幣2,866.5億元）。我們只能感慨說此時(shí)的頂峰值真是非同一般!

圖3：每個(gè)季度的各種半導(dǎo)體的出貨金額（一一2021年第一季度）。（圖片出自：筆者根據(jù)WSTS的數(shù)據(jù)制作了此圖。）

我們即使做出以上感慨也無濟(jì)于事，下面開始分析。下圖4是對(duì)2015年第一季度以后的出貨金額進(jìn)行了特寫，2016年第一季度以后，雖然MosMemory市場急劇擴(kuò)大，但邏輯半導(dǎo)體、Mos Micro（MPU、MCU等）、模擬半導(dǎo)體緩慢增長。2018年第三季度和第四季度整個(gè)市場出現(xiàn)萎縮，又在2019年第一季度恢復(fù)。

圖4：各種半導(dǎo)體在各季度的出貨金額（2015年第一季度一一2021年第一季度）。（圖片出自：筆者根據(jù)WSTS的數(shù)據(jù)制作了此圖。）

進(jìn)入2020年，由于新冠疫情的緣故，邏輯半導(dǎo)體、Mos Micro、模擬半導(dǎo)體等下滑，僅有Mos Memory保持增長，又在同年第季度下滑、后又恢復(fù)。另一方面，邏輯半導(dǎo)體、Mos Micro、模擬半導(dǎo)體在同年第三季度觸底反彈。

在2021年第一季度，邏輯半導(dǎo)體銷售額達(dá)到340 億美元（約人民幣2,210億元），Mos Micro為183億美元（約人民幣1,189.5億元），模擬半導(dǎo)體達(dá)到167億美元（約人民幣1,085.5億元），分別達(dá)到季度最高值。Mos Memory也在2018年的第三季度達(dá)到頂峰，為319億美元（約人民幣2,073.5億元）。

與過去的“存儲(chǔ)半導(dǎo)體泡沫”有何不同？

下面我們來看看各種半導(dǎo)體的季度出貨數(shù)量推移（下圖5）。2016年一一2018年第三季度，模擬半導(dǎo)體、邏輯半導(dǎo)體、Mos Micro的出貨數(shù)量保持增長，僅有Mos Memory的出貨數(shù)量相對(duì)平穩(wěn)。雖然是存儲(chǔ)半導(dǎo)體泡沫，但存儲(chǔ)半導(dǎo)體的出貨數(shù)量幾乎沒有增長。

圖5：每個(gè)季度的各種半導(dǎo)體的出貨數(shù)量（2015年第一季度一一2021年第一季度）。（圖片出自：筆者根據(jù)WSTS的數(shù)據(jù)制作了此圖。）

為什么在圖3和圖4中Mos Memory的出貨金額突然增加呢？原因在于價(jià)格高昂的存儲(chǔ)半導(dǎo)體（如下圖6）。就大宗交易價(jià)格而言，8G的DDR4 DRAM的從3美元上漲到8.2美元，128G的NAND從3美元上漲到5.8美元，二者都出現(xiàn)了上漲。這就是2018年第三季度的令人驚嘆的存儲(chǔ)半導(dǎo)體泡沫的真實(shí)現(xiàn)象。

圖6：DRAM（DDR，8G）、NAND（128G）的大宗交易價(jià)格推移。（圖片出自：筆者根據(jù)DRAMeXchange的數(shù)據(jù)制作了此圖。）

另一方面，進(jìn)入2021年以來，即使半導(dǎo)體供給不足問題愈演愈烈，也沒有出現(xiàn)像存儲(chǔ)半導(dǎo)體泡沫時(shí)期的高價(jià)。正如筆者之前發(fā)布的文章《價(jià)格高漲的DRAM 和價(jià)格平穩(wěn)的NAND》中提到的一樣，出現(xiàn)了傳統(tǒng)型DRAM現(xiàn)貨價(jià)格（Spot Price）高漲的現(xiàn)象。推測原因是各種電子產(chǎn)品需求擴(kuò)大。

下面我們?cè)倩剡^頭來看看圖5，2018年第三季度存儲(chǔ)半導(dǎo)體泡沫破裂，各種半導(dǎo)體出貨數(shù)量紛紛下跌。且在2019年第一季度觸底，后又恢復(fù)。此外，進(jìn)入2020年，出現(xiàn)了新冠疫情，所有的半導(dǎo)體出貨數(shù)量都下滑。但是，同年第二季度以后，又出現(xiàn)了大幅度的增長，在2021年第一季度，模擬半導(dǎo)體出貨數(shù)量約為491億個(gè)，邏輯半導(dǎo)體為202億個(gè)，Mos Memory為124億個(gè)，分別都刷新了季度的最高值。此外，在2018年的第二季度Mos Micro沒有達(dá)到77億個(gè)，為75億個(gè)。

基于以上信息，從本質(zhì)上來講，當(dāng)下發(fā)生的半導(dǎo)體供給不足問題與之前的存儲(chǔ)半導(dǎo)體泡沫是不一樣的現(xiàn)象。簡單來說，過去的存儲(chǔ)半導(dǎo)體泡沫的原因在于存儲(chǔ)半導(dǎo)體本身高昂的價(jià)格，而如今各種半導(dǎo)體的出貨數(shù)量都出現(xiàn)了大幅度增長，真的是陷入了“無論生產(chǎn)多少都不夠用”的狀態(tài)了。

邏輯半導(dǎo)體的出貨數(shù)量的推移

在上圖5中，筆者尤其在意的是從2020年第一季度的148億個(gè)驟增至2021年第一季度的202億個(gè)，針對(duì)邏輯半導(dǎo)體的出貨數(shù)量，筆者基于各種用途方向，統(tǒng)計(jì)了ASIC（Application Specific Integrated Circuit）的出貨數(shù)量，如下圖7。

圖7：各種ASIC（Application Specific Integrated Circuit）在各個(gè)季度的出貨數(shù)量（一一2021年第一季度）。（圖片出自：筆者根據(jù)WSTS的數(shù)據(jù)制作了此圖。）

Consumer（包括游戲機(jī)、各類電子設(shè)備）、Communication（智能手機(jī)處理器AP、通信半導(dǎo)體）、Computer（包括用于人工智能AI的GPU）、作為車載的Automotive這四項(xiàng)雖然有類似的地方，但是難以匯總說明。

尤其引人注目的是進(jìn)入2020年，Consumer驟增，在2021年第一季度達(dá)到48.2億個(gè)，為歷史最高值?？梢韵胂蟮氖沁@才真正反映了居家辦公的需求。

此外，在2020年第二季度驟減的Automotive也出現(xiàn)了“V字型”恢復(fù)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了疫情之前的水平，在2021年第一季度，達(dá)到了歷史最高值，為8.3億個(gè)。此外，Computer也刷新了歷史最高值，為19.2億個(gè)。

另一方面，僅有Communication未受到新冠疫情的影響，且在2020一整年都出現(xiàn)了大幅度增長。主要原因是受到美國制裁的華為的大批量提前備貨、以及其他智能手機(jī)廠家為了填補(bǔ)華為的空缺而進(jìn)行的“擴(kuò)產(chǎn)之戰(zhàn)”。但是，最終在2021年第一季度出現(xiàn)了驟減。

ASIC出貨數(shù)量與上年相比較

此處可以考慮的因素是ASIC受到季節(jié)性變動(dòng)因素的影響，針對(duì)2019年一一2021年第一季度的出貨數(shù)量與上年同期的對(duì)比，筆者制作了下圖8。上年同比大于“1”、即為增長，小于“1”、即為下跌。

圖8：季度的各種ASIC的出貨數(shù)量（上年同期比）。（圖片出自：筆者根據(jù)WSTS的數(shù)據(jù)制作了此圖。）

從上圖8中可以看出，自2020年第四季度以后，新冠肺炎導(dǎo)致人們宅在家中，因此Consumer大幅度增長，數(shù)據(jù)中心投資也擴(kuò)大。其中，Consumer的增長尤其顯著。

其次，就Communication而言，可以看出在2019年出現(xiàn)了低迷。全球智能手機(jī)出貨數(shù)量在2016年達(dá)到頂峰，為14.73億部，后開始下滑（如下圖9），因此在2017年以后的“上年同比”必然會(huì)低于“1”。

圖9：全球智能手機(jī)出貨數(shù)量。（圖片出自：筆者根據(jù)IDC的數(shù)據(jù)制作了此圖。）

然而，在2020年的第二季度一一第四季度卻超過了“1”。第二季度一一第三季度是由于華為的原因（受美國制裁）。此外，同年第四季度可以推測的理由如下：蘋果、三星、小米、OPPO、vivo想要奪取華為的市場份額。

由于美國的制裁，2015年以后，原屬于前三的華為的出貨數(shù)量在2021年第一季度下跌至TOP6，為3,220 萬部（下圖10）。另一方面，排名第一的三星電子的出貨數(shù)量為7,530萬部，第二的蘋果為5,520萬部（2020年第四季度為9,010萬部，排名第一），第三為小米，為4,860萬部，第四為OPPO，為3,750萬部，第五為vivo，為3,490萬部。尤其是中國的小米、OPPO、vivo遠(yuǎn)超華為，出貨數(shù)量出現(xiàn)猛增。

圖10：各家企業(yè)智能手機(jī)出貨數(shù)量。（圖片出自：筆者根據(jù)IDC的數(shù)據(jù)制作了此圖。）

車載半導(dǎo)體的情況

下面再度回到圖8來看看，由于新冠疫情，Consumer、Computer、Communication的上年同比都超過了“1”，而Automotive卻低于“1”。主要原因是：汽車減產(chǎn)、Just In Time（準(zhǔn)時(shí)制）的生產(chǎn)方式。

TSMC等代工廠（Foundry）的Automotive方向的40納米一一20納米產(chǎn)品被Consumer中的各種電子產(chǎn)品奪走了產(chǎn)能。此外，還可以做出如下推測：通過5G通信聯(lián)網(wǎng)的車載7納米一一5納米尖端邏輯半導(dǎo)體被Communication、Computer、Consumer中的高級(jí)游戲機(jī)奪走了產(chǎn)能。

在2021年第一季度之所以超過“1”，是由于日本、美國、德國等各國政府通過臺(tái)灣當(dāng)局向TSMC等廠家提出了增加車載半導(dǎo)體生產(chǎn)的要求。但是，這真的是TSMC 通過緊急對(duì)應(yīng)就可以克服的問題嗎？于是，TSMC在中國南京的工廠投資約3,100億日元（約人民幣183億元），新建車載半導(dǎo)體產(chǎn)線，且計(jì)劃在2023年開始啟動(dòng)，在此之前車載半導(dǎo)體應(yīng)該繼續(xù)會(huì)供給不足。

小結(jié)

全球范圍內(nèi)半導(dǎo)體的供給不足的“導(dǎo)火索”是新冠疫情，也和美國對(duì)華為和中芯國際的制裁有一定關(guān)系，汽車廠家的Just In Time（準(zhǔn)時(shí)制）的生產(chǎn)方式等因素匯集在一起，引起了當(dāng)下的結(jié)果。

此外，如今的半導(dǎo)體供給不足問題，與因存儲(chǔ)半導(dǎo)體價(jià)格過高引起的“存儲(chǔ)半導(dǎo)體泡沫”完全不同，由于各種半導(dǎo)體的出貨數(shù)量在不斷增長，因此，可以說真的是“無論生產(chǎn)多少，都不夠用”。

此外，從邏輯半導(dǎo)體的各種ASIC來看，由于新冠疫情，Consumer、Communication、Computer的促使ASIC出貨數(shù)量增長，而采用了Just In Time（準(zhǔn)時(shí)制）的生產(chǎn)方式的Automotive的出貨數(shù)量卻下跌了。2021年第一季度，由于政治因素，Automotive雖然出現(xiàn)了出貨數(shù)量的增長，是一時(shí)的“緩兵之計(jì)”，不會(huì)成為最終的解決方案。

對(duì)于未來的展望

各種半導(dǎo)體的供給不足問題會(huì)持續(xù)到什么時(shí)候？

“供給不足”這種現(xiàn)象的意思是“對(duì)于需求而言，供給不夠充分”。因此，在“供給”趕上“需求”之前，會(huì)存在“不足”的問題（這是理所當(dāng)然的）。

TSMC于4約1日公布稱，要在未來三年內(nèi)，投資1,000億美元（約人民幣6,500億元），后來，又宣布，僅2021年的投資從原來的280億美元（約人民幣1,820億元）增至300億美元（約人民幣1,950億元）。

3月23日，美國的英特爾宣布，要投資200億美元（約人民幣1,300億元）在美國亞利桑那州建設(shè)第二幢廠房。第一幢生產(chǎn)CPU，據(jù)說第二幢用于Foundry。此外，英特爾還計(jì)劃投資35億美元（約人民幣227.5億元）擴(kuò)大位于新墨西哥州的工廠（日本經(jīng)濟(jì)新聞 5月5日）。業(yè)界認(rèn)為此次投資是用于3D壓層的后段工序。

5月13日，三星電子宣布，到2030年投資約16兆5,000億日元（約人民幣9,735億元），僅今年（2021年）的投資就會(huì)超過兩兆日元（約人民幣1,180億元）。

如此巨額的投資真讓人眼花繚亂，但是，問題是即使立即進(jìn)行巨額投資，也無法生產(chǎn)出半導(dǎo)體。首先，要建設(shè)工廠，導(dǎo)入龐大的設(shè)備，流動(dòng)晶圓，再確立生產(chǎn)工藝。

此外，如文章開頭所述，如今的晶圓等材料的交貨周圍為20周-52周（最長為一年），在此之前，如果要進(jìn)行如此龐大的巨額投資，僅前段工序就需要“搶購”十多種設(shè)備。此外，每款設(shè)備又由數(shù)千個(gè)零部件構(gòu)成，因此可以想象的是如果零部件供給出現(xiàn)問題，將會(huì)直接影響設(shè)備的制造。這也是2016年一一2018年存儲(chǔ)半導(dǎo)體泡沫期間實(shí)際發(fā)生的情況。

是否會(huì)發(fā)生令人擔(dān)憂的情況？

客觀地來說，半導(dǎo)體供給不足問題至少會(huì)持續(xù)到2023年前后。此外，筆者認(rèn)為屆時(shí)還會(huì)出現(xiàn)令人擔(dān)憂的情況。

筆者在上文中提到“此次的半導(dǎo)體供給不足問題與之前的存儲(chǔ)半導(dǎo)體泡沫問題有本質(zhì)的不同”，因此，此次的問題不是泡沫，TSMC、三星電子、英特爾等企業(yè)進(jìn)行巨額投資，在競相爭奪設(shè)備、材料等的同時(shí)，進(jìn)一步擴(kuò)大產(chǎn)能。

于是，最終“供給”會(huì)趕上“需求”，在超越的瞬間，供給不足問題得以解決。屆時(shí)，又會(huì)發(fā)生什么呢？

即，半導(dǎo)體價(jià)格大幅度下滑，別無其他。

至此，我們已經(jīng)面臨了多次這種噩夢(mèng)了（如下圖11），2001年IT泡沫破裂（因此筆者在2002年不得不離開了日立）。2008年“雷曼沖擊”（筆者在2009年放棄成立風(fēng)投企業(yè)的念頭，陷入無業(yè)狀態(tài)）。此外，2018年存儲(chǔ)半導(dǎo)體泡沫破裂（很幸運(yùn)，筆者沒有受到影響）。

圖11：全球半導(dǎo)體市場推移（2021年以后為筆者預(yù)測）。（圖片出自：筆者根據(jù)WSTS的數(shù)據(jù)制作了此圖。）

那么，在“供給”趕上“需求”的2023年，將會(huì)發(fā)生什么呢？人們很容易認(rèn)為明天還會(huì)繼續(xù)延續(xù)今天的狀態(tài)，但是，歷史證明并非如此。半導(dǎo)體行業(yè)的諸位，還是從現(xiàn)在開始就做好心理準(zhǔn)備！

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