ICCAD 2020：芯片缺货的原因，当真只是晶圆产能不足吗？

最近的半导体行业，没有什么话题比缺货更能引起共鸣。受8英寸晶圆产能持续紧张影响，MOSFET、驱动IC、电源管理IC等元器件纷纷传来涨价消息。而自从iPhone 12上市后，芯片缺货风波更是在消费类电源领域大肆扩散，蔓延到了TWS蓝牙耳机领域，市场对于TWS耳机的强劲需求也加剧了主控芯片和相关触控芯片缺货的情况。

日前芯片代工厂商力积电董事长黄崇仁表示，目前晶圆产能已紧张到不可思议，客户对产能的需求已达恐慌程度，预估明年下半年到2022年下半年，逻辑、DRAM市场都会缺货到无法想象的地步。

黄崇仁的话并非危言耸听，据《电子工程专辑》姊妹媒体《国际电子商情》报道，全球晶圆代工产能供不应求，包括台积电、联电、世界先进、力积电等代工厂四季度订单满载。今年10月中旬，芯谋研究首席分析师顾文军还在微博上发文披露，一芯片设计公司老总，为了拿到产能竟给代工厂的高管下跪。

晶圆代工产能供不应求，部分代工厂也在按照供需关系调涨价格。11月26日，中芯国际回应投资者提问是否对8英寸晶圆代工提价时就曾表示，现有客户订单将按已签订合同进行，新客户、新项目则由双方协商确定价格，该公司也会通过优化产品组合来提升平均晶圆价格。

有分析认为，在晶圆扩产设备先行背景下，明年全球晶圆代工产能扩张确定性高。根据SEMI数据，未来四年晶圆产能扩张将延续，至2024年每月晶圆产能将增长35%。

在2020 ICCAD会议期间，《电子工程专辑》和《国际电子商情》记者采访了台积电（中国）副总经理陈平博士，以及联华电子（UMC）旗下和舰芯片制造(苏州)公司销售副总经理林伟圣，了解到了本次大缺货背后的真相，以及两家Foundry龙头对今后两年市场及工艺趋势的看法。

台积电：越来越多客户选择先进工艺，缺货是三个因素叠加

台积电（中国）副总经理陈平博士

今年在新冠肺炎疫情和中美贸易摩擦的双重压力下，全球经济面临挑战，但半导体行业却异常火爆，尤其是晶圆代工厂。以台积电为例，2020年前九个月的营收相比去年同期有了31%的成长，第四季度也持续了这种景象，预计全年将实现30%以上的成长。

半导体行业已多年未有如此幅度的成长了，距离上次是十年前，彼时刚从金融危机恢复。但对这个幅度的成长，台积电有所准备，“我司去年做今年规划的时候，确实有所预期。”陈平说到。

当前全球对半导体的需求大大增加，以智能手机为例，虽然看来总出货量并无显著变化，但每一部手机里用到的芯片数量却增长了很多。台积电根据这些科技信息量化了产能预期，但仍无法完全满足目前火爆的市场需求。而在先进工艺上，台积电也进展不错，5纳米不仅顺利量产，而且因5纳米而新增的客户，比7纳米刚进入量产的时候还多，而3纳米会更多，可见大家对先进工艺的渴望还在逐年递增。

对于2020年下半年以来的严重缺货情况，陈平认为是由三个因素叠加造成的。

第一个因素，即使不发生新冠、禁运这类突发事件，今年的半导体需求也很旺盛。2016年以后移动计算的拉动作用虽有所弱化，但是近年来随着5G、AI以及IoT的发展，市场对芯片的需求正又在迅速提高，一个普及计算(Ubiquitous Computing)的时代正在来临。

第二个因素，上半年因疫情很多地区物流阻断，OEM上半年无法正常备货，另外各类远程办公、教育，以及数据中心扩容造成各类终端市场的需求猛增，所以到下半年，市场的需求在晶圆代工厂这个环节被放大，而缺货的情形进一步造就了市场恐慌，让大家激进囤货，以比正常库存天数1.5倍甚至2倍的规划来建库存以寻求供应安全。

第三个因素，是由地缘政治和与之引起的产业链移动所造成的。对于数字芯片厂商来说，由于本来就大都在晶圆代工厂生产，即便供应链发生平移对全球总产能需求来说不会有太大变化。但是对模拟厂商影响较大，因为传统模拟IDM大厂很多在美国。以往由于模拟器件种类多单价低的特点决定了大部分OEM不轻易冒险更换供应商。但这次由于地缘政治原因许多中国OEM选择转向亚洲的fabless，而fabless用的是foundry生产，这在对代工厂产能需求上带来了较大影响。

陈平表示：“三件事情叠加起来就让产能缺得很离谱。至于多久水分会挤掉？挤掉以后水位在哪儿？这都是要持续关注的。”但据陈平预测，即便是挤掉了水分，需求仍然旺盛，因为这个水位是在原本就很高的需求上叠加的，所以消除时间会比较长。

台积电一直基于产品类型进行分类 “例如，几年前如果要预估IoT类芯片什么时候起来，可能还估不出来，因为不知道如何发生？在哪里发生？但今年的市场让我们看到一些以前预期会起来的芯片真真实实地起来了。”陈平提到，今年的订单产品分布跟以前不一样，智能手机芯片的量没有减少，比例却在下降，原因是其他类型的芯片订单增加了。这也印证了对即将会进入普及计算时代的预期。

2020年沸沸扬扬的美国制裁华为事件，令大家都想知道，要建立一条不含美国技术的产线，难度在哪里？究竟有多难？

陈平曾经是工艺工程师，在美国顶尖的实验室做工艺研发多年。他认为半导体工艺是一门非常强调实验的科学，“一个科学家一辈子可能也搞不清楚里面所有的科学原理，需要很多人共同配合做产品、做实验、分析数据。”工艺工程师都有一个共同的经验， 即选对了设备，你离成功就近了；选错了设备，你就会很辛苦。因此选择生产设备是工艺研发中很重要的一环。由于设备是设备厂商基于全球最顶尖的技术研发生产的，其中不少确实来自美国，所以要建一个完全不含美国技术的高质量产线是有相当的挑战的。

半导体技术依赖人才的培养。陈平表示不太同意国内大学没有培养足够半导体人才的说法。以他的个人经历为例，他在国内大学本科读的是电子系，硕士是射频，到了美国读博士才进入半导体相关专业。“半导体是一门综合性的学科，除了微电子专业学生外，国内大学培养的化工、材料、物理，机械学生都可以成为半导体人才。即便做芯片设计的，也不一定要在大学里就是学设计，只要有好的基本素养且愿意学习，成为专业的人才也很快。”

和舰芯片：解决产能问题，要分8英寸和12英寸来看

和舰芯片制造(苏州)公司销售副总经理林伟圣

联华电子创立于 1980 年，是中国台湾第一家集成电路公司，1995年转型为晶圆代工服务。今年是联华电子成立40周年，他们在2017年宣布了一个重大的业务决策，就是放弃 12纳米以下先进工艺投资，专注特色工艺。据悉，今明两年联华电子会继续扩增28与22纳米产能，作为联华电子子公司，联芯与和舰芯片将很大程度上承担起产能扩增的任务。

谈到今年的缺货潮，林伟圣认为主要原因是第一供应链安全，过去两年美国方面的技术封锁，所以为了保证未来很长一段时间有芯片可用，国内系统厂商在今年下半年备货时把供应链安全放在了第一位，在操作库存时采取比较大胆的做法。

第二是新冠肺炎的影响。整个东南亚和印度等地加工链条变得不稳定，而中国大陆的加工链条是最健全的，海外的加工订单也在今年回流。这块的需求很大，只是回流进来的订单给晶圆代工环节造成了压力，大家积极备货，扩充产能一时半会跟不上。

第三个点是终端应用驱动，最明显就是被5G带起来的各种应用设备。由于华为高端芯片制造受阻，国内其他手机厂商们都认为自己可以取而代之，获得市场领导地位，所以在下单备货上也都是大手笔。

从目前客户的下单状况看，林伟圣预测需求会延续到明年，明年上半年还是属于比较紧张的状态。各个不同工艺节点都有不同需求，比如8英寸的电源管理IC和MCU，尤其是MCU的产能短缺严重，“我们也感受到系统厂商给的压力。”12英寸的状况和今年疫情有关系，大家呆在家里的时间变久了，发现需要更新的设备多了，智能家居、电视、手机、平板电脑的需求都上来了。这一波换机潮还在延续，尤其是针对笔记本电脑的需求仍在增长。海外方面，圣诞节的备货已经完毕，国内市场目前的备货主要是为了春节市场，在备货力度上也比往年强得多。

如何扩产以解燃眉之忧？林伟圣认为要分8英寸和12英寸来看，8英寸的晶圆厂如果有机会，买下整个工厂更合适。因为要在8英寸既有工厂扩充产线，一是设备取得不易，二是目前八寸平均售价，无法反映新建八英寸厂的投资报酬率； 12英寸线，以增加28纳米和22纳米的产能为主。

另外在八英寸产品迭代到12寸，也是可以纾解八英寸的紧缺，以电源管理IC的发展为例，发展分三个档次：从低压到30V、30-100V以及100-700V。对应市场的规模，低压到30V占60%，30-100V接近22%，100-700V接近18%。在工艺节点上也分三个档次，第一个是8英寸的0.25微米或0.35微米，这也是用得最多的，第二个是0.11到0.18微米，第三个是90纳米或50纳米。在驱动工艺的迭代，就是芯片的数字部分所占面积，如果小于30%，0.25-0.35微米就够了，30-60%是用0.11-0.18微米，增加到60%就需要12英寸。国内大部分电源管理芯片都是0.25-0.35微米工艺，有的已经做到0.11-0.18微米，这部分都是8英寸，而海外欧美公司已经在研发12英寸的55纳米BCD工艺，去做高端的电源数字化芯片。

责编：Luffy Liu

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