“芯”荒，慌！_风闻

　　近期，部分路由器等网络通信产品由于芯片等上游原材料供应紧张，制约了出货量。此外，不少平台促销力度和频率明显减少，有品牌商表示，这是在为未来可能出现的缺货做准备。

　　不仅是路由器，自去年 12 月起，汽车行业缺乏芯片面临停产的问题就开始困扰无数车企。

　　在销售周期内，售价会不断下降，这已成为电子产品独立于其他商品的一种规律。电子产品之所以与众不同，关键就在于占电子产品成本主要部分的芯片价格总是越来越廉价。

　　在上海举行的第22届中国国际工业博览会上展示的高精度SoC芯片。图｜新华社

　　然而从2019年末开始，芯片的价格持续走高，带动着电子产品的价格也持续上涨，从显卡、内存和存储芯片，到手机平板SoC芯片、电视芯片、车载芯片。芯片短缺制造的冲击正一波一波地向外传递。

　　缺芯的多米诺骨牌正在产业链上传导，每一张牌倒下，都引起新的连锁反应。根据高盛一项最新研究报告，全球有多达169个行业在一定程度上受到芯片短缺影响，从钢铁产品、混凝土生产到空调制造，甚至包括肥皂制造业。

　　芯片短缺究竟是如何造成的？新一轮的芯片荒对中国的半导体制造业有何启示？

　　文丨余鹏鲲

　　编辑丨崔赫翾 瞭望智库

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　　长周期

　　芯片是集成电路产品，必须要经过设计、生产、封装、测试四项流程。

　　芯片生产的流程

　　*封装、测试

　　封装、测试两步流程稍显简单。其中封装是将流片完成的晶圆切片后，焊接上PCB板，并将硅制的集成电路上的引脚引出，使得芯片能够和其他电路部分配合起来。测试的过程从晶圆切割开始到包装之前，目的是去除不合格的晶圆切片。封装和测试的流程一般没法加快，因为其过程都是机器完成的，而且不能省略任何一道工序或者测试。

　　*设计

　　使用更先进的半导体制程工艺，有助于增加产品的竞争力。当使用的制程相同时，决定成本、价格和功耗的就是设计了。

　　上世纪80年代EDA——芯片自动化设计技术诞生，使得芯片设计以及超大规模集成电路的难度大为降低，工程师只需将芯片的功能用芯片设计语言描述并输入电脑，再由EDA工具软件将语言编译成逻辑电路，然后再进行调试即可。

　　但是值得注意的是，尽管有了EDA也并不代表芯片设计这件事很容易，芯片设计仍然是一个集高精尖于一体的复杂系统工程。这也是英特尔、AMD、英伟达等半导体企业最重要的核心竞争力。

　　*生产

　　在整个过程中，最复杂的是生产过程，也就是流片。从一片圆形的高纯硅到光刻结束，大约需要30-50个主要工序。而更先进的工艺节点，工序和步骤就更复杂了。14nm制程生产线包含的细节工序多达1700道，所需要的设备种类多样。由于流片工序都需要顺序进行，因而在现有的生产条件下很难加快速度。

　　所以芯片生产的长周期是芯片荒的主要原因。

　　【注：集成电路工艺节点泛指在集成电路加工过程中的“特征尺寸”，这个尺寸越小，表示工艺水平越高。】

　　流程真的不能提速吗？

　　2021年1月底，台积电找到了一种特殊方法，可以将芯片的生产周期缩短一半，有望大幅提高产能。

　　这个名为“超级急件”（Super Hot Run）的方法，会改变现在的半导体生产工序，一旦接到了紧急订单，那就可以通过改变生产流程的方式让这个新订单优先之前的产品生产。

　　得益于这个流程变化，车用芯片的交货期可从40-50天缩短一半，只要20-25天就能交付。

　　然而这个方法是把双刃剑，并不能轻易使用，一方面会对生产线增加严重的负荷，良率下降，增加不少成本，另一方面就是车用芯片优先了，那势必有其他客户被牺牲，承担交付期延长的代价。

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　　步步惊心

　　芯片行业投资就像走钢丝。

　　在抗击新冠肺炎疫情的斗争中，医疗防疫物资产能的增长，为中国迅速走出疫情提供了坚强的物质保证。和扩大医疗产能相比，半导体产能的增长需要投入的资金要大得多。

　　2020年2月14日，武汉新芯集成电路制造有限公司技术人员在检测芯片制造设备。图｜新华社

　　2014年，中国成立了国家集成电路产业投资基金（简称“大基金”）。截至2015年12月底，大基金累计决策投资项目28个，承诺投资426亿元，带动的社会投资超过1000亿元。简单来算，平均每个项目的总投资接近50亿元。大基金并非只投生产企业，但设计和封测企业的投资规模要小得多。考虑到这个因素，每个生产项目的投资就更高了。

　　2016年，台积电布局南京，承诺投资30亿美元。去年，台积电在美国亚利桑那州设立子公司，并转移了35亿美元的资金预备用于投资。一条先进的生产线，初期投资就要接近200亿元人民币，后续的维护和投入又是一笔差不多的巨款。

　　更重要的是，一条生产线从奠基到投产大约需要一年多。花了大价钱构建的生产设备，在这么长的时间后是否能发挥预期的效益，其实谁也说不准。半导体产业最血腥的一点是赢者通吃，差一点不会仅仅导致市场差一点，而是完全没有市场。目前没有一个行业玩家，能在价格、性能和功耗之外创造附加价值。这就意味着半导体行业的高风险，使得生产企业即使在产能不足的情况下，也会慎重考虑扩大产能，而设计企业就更不愿意随意赶工了。

　　而且，流程中不能有丝毫差池。

　　在硬件尤其是设计方面，盲目加大工作量有可能适得其反。在集成电路的主要部分，设计不能出现难以被修复的问题。如果这些地方产生的问题不能被修复，意味着整个芯片方案的失败。其他部分，也不能出现棘手的问题。有的问题，即使可被修复，也意味着为芯片制定的功耗或者性能目标没有达到，极可能影响市场竞争力。

　　****半导体设计有两个大问题，一是一个新方案没有人能保证一次流片就通过，二是方案中的少数问题可能带来毁灭性的后果。****在这样的情况下，无论是生产还是设计都会选择适当地拉长周期就不足为奇了。而长周期恰恰使得企业在面对变化的市场需求时感到无能为力。

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　　虚拟货币难辞其咎

　　芯片荒的近两年里，世界半导体产能一直是缓慢增长的，但是芯片荒并未彻底缓解，说明需求的增长大于产能。

　　由于前面提到的因素，市场增加产能的速度没有那么快，因此在没有替代品的市场里，只能依靠价格挤出购买力不足的用户。

　　显卡是此轮芯片荒中，第一个失守的阵地。

　　今年5月中旬，性能极其类似的英特尔CPU，根据是否带核显，价格最高可差千元，而往年这样的两款CPU之间的价差不会超过400元。

　　发布六个月以上的独立显卡，几乎都比发布的价格高出两倍以上，造就了同款电子产品价格长期上涨的“奇迹”。

　　众所周知，显卡是近十年来性能进步最快的电子产品。之所以出现这样反常的现象，是虚拟货币的“挖矿”潮难辞其咎。

　　2019年末，比特币持续上涨。除了比特币之外，各种虚拟货币的币值也是一路疯涨。虚拟货币，没有中心化的发币机构，为了人为地创造稀缺性，必须通过计算才能获得。

　　像这样通过计算获得虚拟货币的过程被称为“挖矿”。

　　整个2020年，比特币呈现出连续上涨的趋势。

　　****随着虚拟币的价格一路上涨，用于挖矿的显卡越来越多。****在全世界，用于挖矿的能源和设备消耗极其惊人。根据剑桥大学一项研究保守估计，比特币挖矿每年耗电量预计为1337亿度，比整个瑞典的耗电量还高。中国政府一向不鼓励虚拟货币的发展，主要的“挖矿”工厂已经在打击下向境外搬迁。

　　疯狂的“挖矿”者购买了大量的显卡，直接占据了大量最高端的半导体产能。为了实现更低的成本和更高的效率，专门用于挖矿的专用芯片和机器被制造出来。从半导体制程上讲，尽管专用机的“挖矿”效率更高，但在本质上还是属于显卡的替代性产品，消耗的是相对落后的第二梯队产能。此外，显卡或者专用机的生产还要消耗存储芯片，也是消耗第二梯队的产能，这就造成了进一步的产能踩踏，整个半导体进入到“加钱”模式。

　　对于手机SoC芯片以及CPU和显卡芯片而言，选择较落后的制程对竞争力打击很大。手机产商发布会的内容有很大一部分是关于首发某款芯片的，首发都要花大力气争，自己的产品落后一代那还了得？

　　而且这些领域通常拥有不俗的利润率，可以“加钱”去争取优先流片。在紧俏的产能面前，很多晶圆制造厂每月都有一部分预留的工作量，主要留给愿意出钱的厂商，其他的部分才是排队。

　　而其他行业的专用芯片就惨淡多了，像洗衣机、电视、路由器中的主控芯片，本身就采用的是比较低端的半导体工艺，进一步降低工艺也很难降低成本了。“加钱”去竞争，没有利润空间，就算不赚钱对晶圆制造厂也没有吸引力，它们是真正被挖矿挤出去的产能。

　　因此芯片荒，表现在高端产品是价格上涨，表现在低端产品是供应紧张。为了投机的虚拟货币，本不该以如此的方式干扰人们的正常生活。

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　　反周期投资要用好

　　一方面是耗能又耗芯片的虚拟货币，另一方面是芯片产能快速提高的无能为力。还有没有解决办法？

　　2019年末，日本半导体巨头尔必达原社长、72岁高龄的坂本幸雄出任中国企业紫光的高级副总裁兼日本分公司CEO。当问到原因时，他痛切地回答说：“不想作为一个失败者结束人生。想自己作个了结。”他说的失败，即尔必达的失败，是韩国政府鼓励下反周期投资的结果。

　　所谓的反周期投资，是三星等韩国财阀企业在韩国政府的支持下，在行业不景气或者企业不敢增加产能的时候，反其道而行之。等到行业回暖之后，凭借着较大且较成熟的产能占得先机。韩国的半导体代工企业正是用这样的方式逐渐蚕食了以尔必达为代表的日本企业的市场。

　　****反周期投资，中国无疑具有制度优势。****凭借着国家背景的“大基金”，我们能较好地集中力量对半导体进行风险投资。由于这些投资周期长、风险大，也只有国家才能整合力量，敢于反周期地进行战略投资。

　　北京大学国家发展研究院名誉院长林毅夫教授发言称：“（最主要的高端光刻机生产商）ASML首席执行官曾表示，如果不把光刻机卖给中国，大概3年以后中国就会自己掌握这个技术，并且一旦中国掌握这个技术，中国的生产成本将会比国际上更便宜，届时全球光刻机巨头ASML就到了全面退出光刻机市场时刻了。”

　　位于荷兰的ASML总部。

　　ASML总裁的这番表态，未必不是有鉴于中国强大的制度优势。****如何将蕴含在中国制度内的强大潜力转变为可见的优势，仍是巨大的挑战。****近年来贵州华芯通和武汉弘芯半导体这两个投资数十亿的半导体项目的流产，雄辩地证明了：无论是设计还是生产，中国都无法在数年内弯道超车，越过和西方技术联合体之间十余年的技术差距。

　　但正如鲁迅先生所说：“流产究竟比不生产还有望，因为这已经明明白白地证明着能够生产的了。”如何将敢于反周期投资的勇气，转化为实实在在的优势，笔者认为必须加大对国内技术团队的投入，必须坚定地走自立更生的路线。

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　　修炼“内功”

　　****在信息产业，有三块关键的阵地还不在我们手中，分别是高性能通用集成电路设计、基础软件和操作系统，以及先进制程半导体制造。****由于这三块阵地西方经营已久，正面强攻难度极大，因此“弯道超车”“市场换技术”等言论始终能迎合不少人内心的美好愿景。

　　然而，在目前的国际局势下，西方信息产业共同体真的愿意让出遏制中国发展的这些阵地吗？即使做出了这样的表态，是否打了埋伏，或者让出的只是表面阵地？目前来看，以台积电为代表的成熟境外生产商，宁愿在更远的、配套和人力更贵的美国建厂，也不愿积极地在南京扩大产能。殷鉴不远，值得有识之士深思。

　　由于先进制程与国际领先水平拉开了差距，过去发展半导体，通常只讲技术先进程度，不讲技术的自主化程度。路由器这样的芯片短缺，中国的产能不能迅速填补上去的事实，启示我们提升自主性刻不容缓。

　　路由器芯片使用的是第二梯队的产能，从技术先进度上说，很多地方不愿意引进这样的项目，认为出不了政绩。其实这样的第二梯队产能，恰恰市场庞大，而且风险和收益比较平衡，有部分产能被闲置也不心疼，行业不景气时就能发挥价值。

　　****路由器芯片不愿找中国厂商代工，除了产能，另一个重要因素就是价格。****中国制造最出名的就是压低价格的能力，因此也有学者将中国称为发达国家粉碎机，但在芯片生产领域，这一优势并不存在。

　　像台积电、三星这样的厂商，除了先进的制程，管理水平也很优秀。哪怕是落后一些的制程，通过对成本的严格把握，依旧会有不错的收益，有时甚至超过先进制程的生产线。

　　****如何管理好已有的制程，是真正的“内功”，和掌握先进制程一样重要。****考虑到先进制程存在被封锁的问题，第二梯队制程的战略意义更加突出，发挥好已有产能的威力已成为中国半导体发展的另一个当务之急。

　　无论是芯片涨价，还是西方国家针对中国搞的半导体封锁，都是今天全球信息产业不健康发展的表现。然而我们不能怀揣着单纯的善意，指望生态自发地改善，无论产业是发展还是衰退，中国半导体都要积聚力量，以我们的力量和善意去创造更合理的明天。