芯片荒，宿命难违？

导语：2021 年，苹果继续蝉联著名顾问机构 Gartner的“供应链大师”(Supply Chain Master) 的荣誉。而苹果 CEO 库克 (Tim Cook)，也被美国福布斯 (Forbes) 誉为“供应链达人”(Supply Chain Guru)。

2021 年，苹果继续蝉联著名顾问机构 Gartner的“供应链大师”(Supply Chain Master) 的荣誉。而苹果 CEO 库克 (Tim Cook)，也被美国福布斯 (Forbes) 誉为“供应链达人”(Supply Chain Guru)。

虽然苹果拥有如此优秀的供应链管理，全球电子元件供应商往往也会向苹果优先供货。可是， Odin 在苹果上一季度财报分析里提到，苹果即将要面对严重的供应链问题。另外，据彭博消息也指出，苹果将因为芯片不足而将下季度  iPhone 订单削减了 1000 万台。JP Morgen 和 Needham 两大投行均发出报告，担心苹果 iPhone 的销量与业绩，会受到芯片荒的拖累。

就连苹果也受到芯片荒的拖累，可见目前芯片短缺问题已达到非常严重的程度。但到底有多严重？

据彭博报道，一般芯片的备货时间约为 10~15 周（上图），但目前已经增加至 20 周以上。而汽车用的微控制器芯片，一般备货时间约为 6～9 周，但目前的备货时间却在 26.5 周以上。因此，特斯拉的 CEO 马斯克已在Twitter表示，目前产业的惊慌程度，就如疫情期间抢卫生纸一样疯狂；而来自高盛证券的报告更表示，全球有169个行业受到了缺芯的影响，甚至连肥皂的生产都受到了影响。

然而，为什么突然出现这么大规模的芯片荒呢？

内容大要：

虽然一连串偶然因素，导致芯片荒发生，但实际上芯片荒是周期所导致；

半导体产业的特性，逼使产业必须准确预测未来需求，才能确保芯片供应正常；

物联网等全新的科技发展，使产业越来越难预测未来的需求；

大范围的有形之手，不但扰乱了产业的自我调节，并进一步扩大波幅；

未来芯片供应问题只会越来越严重，全球科技产业的发展，也将更难以预测。

芯片荒：一切真的只是偶然事件？

最初，不少人把芯片短缺问题，归因于各种偶然事件，包括贸易战、全球新冠疫情、以及一连串的天灾人祸（例如瑞萨厂房火灾、德州大停电以及中国台湾的旱情等）。可是，尽管我们把芯片荒的问题推到运气之上，全球科技产业在应对上述偶然事件时，同样也有各种不当。因此，美国战略与国际研究中心 (CSIS) 战略技术项目高级副总裁兼主任 James Lewis 曾表示：

糟糕的决定、糟糕的运气、以及需求增加，三者叠加在一起，然后芯片就短缺了。

但在各种偶然事件当中，新冠疫情往往被视为最重要的因素。诚然，2020 年全球疫情开始爆发，不少地区都进入封锁状态，不但影响国内的消费市场，也影响全球供应链运作。因此，不少企业纷纷下调销量预测，减少订单。没想到疫情对消费市场的影响比想象中的少，而各国政府为疫情而推出各种救市方案，反而刺激了需求增长。

图片来源：Fusion Worldwide。

据汽车一级供应商大陆集团 (Continental) 内部消息指出，当他们在去年年初按着当时锐减的汽车销量数据，以及相应减少的车厂需求，规划了 2020 的规划。就在此时，因疫情激发的大量在线办公需求激增，全球个人出货量不降反增，结果，芯片供应商相应减少了汽车芯片的排产计划，并把产能转移到了手机、电脑这些使用量大的消费电子领域。

然后车市在 2020 年下半年迅速反弹，车企不得不突然增加芯片订单，让上游供应链措手不及。

但与此同时，在 2 月美国德州大停车，导致重要的汽车芯片供应商德州仪器 (TI) 产能受到一定影响；然后到了三月，日本汽车芯片制造商瑞萨 (Renesas) 厂房大火，接着是台湾接连发生大停电以至大干旱，进一步影响芯片生产。

据 IHS 数据指出，2020 年汽车行业对半导体的实际需求，比疫情前的估算落后了大约 15%，在严重的落差之下，多家车企不得不暂时停产或减产。毕竟，汽车业是欧美重工业的核心，停产消息使各国政府为之心悸。因此，据消息指欧美政府纷纷出手向芯片生产商施压，成功逼使芯片生产商优先考虑汽车芯片。然而，这也打开了“潘朵拉之箱”，把芯片荒波及至使本来供应就十分紧张的其它产业。

全球产业遇上的芯片荒，真的就是这样一连串偶然事件所导致吗？诚然，上述不少偶然事件，往往只能带来一季左右的短期影响；即便偶然事件严重如新冠肺炎疫情，也在欧美政府放宽封锁、和各种宽松的经济政策，得到很大的舒缓。

既然如此，为什么不少业界人士都在哭着要芯片？为什么英特尔新任 CEO 也表示，芯片荒最少要在两年后才能解决？

危机，早已潜伏于半导体产业之中

诚然，不少半导体产业的分析师早就指出，目前出现芯片荒很大程度上是必然结果。Gartner 研究副总裁盛陵海接受媒体采访时表示，半导体产业向来每隔两至三年，就会出现一次周期，而目前正处于一个供不应求阶段，所以目前的芯片荒其实是正常现象。而同样来自 Gartner 的分析师 Koray K?se 也表示：疫情其实只是压死骆驼的最后一根稻草 (just the last drop in the bucket) 而已。

芯片产业平均每三年，就会遇上一次周期性需求同比激增（紫色折线图）。图片来源：Kearney。

为什么半导体产业有三年周期之说（上图）？全球科技企业是否什么都不能做，只能坐等周期完结？要了解问题的关键，我们必须从供应链运作的特性入手，探讨什么是半导体周期到底从何而来。

事实上，供应链的利润来自产能，而供应链的最大产能，则取决于供应链的生产线规模。而供应链的生产线规模，则源自企业在机器和厂房等的前期投资。换言之，只要供应链愿意在前期花更多的钱去投资生产设备，产能就能轻松上升了。可是，倘若遇上产品需求锐减，即使半导体产业在这时候减少产能，但已经花费的前期投资不可能回收，这将严重影向供应链的盈利能力。

上述的现在，在半导体产业就更为更为明显。毕竟芯片需要高度技术，也必须使用顶尖的生产设备，所以需要巨大的前期投资。以中芯国际为例，他们在半导体产业的地位，远不如台积电、三星或英特尔；但据报道指出，他们在 2019 年建造一家新的晶圆厂，总投资额仍然高达120 亿美元。想象一下，如果中芯国际无法榨光这条生产线的产能，巨额投资可能化为乌有。

可见，产能利用率就是芯片代工厂的生命线：产能利用率过高，无法实现营收最大化；产能利用率过低，则无法实现利润最大化。因此在最近 10 年，大部分生产芯片的晶圆厂，产能长时间处于 80% 以上，所以芯片代工厂往往缺乏充足的后备产能，能在短时间内增产。倘若遇上了芯片荒，这些芯片代工厂必须再次投入大笔前期资金，建设全新的生产线。

问题是芯片生产线高度技术密集，所以要重新建设这样的一条生产线，仍然需要耗费不少时间。据中国半导体行业协会指出，建造一个大型晶圆厂，需要一到两年的时间，绝不可能在短时间内，满足突然出现的芯片需求。

由于晶圆从决定增产到付运芯片之间，有着相当大的时间差；科技产业也不可能按着当下的经营环境，实时调整芯片需求；他们只能预测未来的市场趋势，并提早大约一年，向半导体产业提出需求。但人类毕竟无法准确预知未来，当产业预测错误芯片供应变得紧张，他们就会赶紧追加订单；但追加的订单并不能立即满足需求，反而在一至两年后才付运之时，芯片产能却会讽刺地变得过剩。

这就是半导体产业所谓的“三年周期”的由来。

问题的真正根源：芯片需求越来越难预测

既然半导体产业每隔三年，就会有一次芯片过剩／不足的现象，那为什么这次芯片荒却导致全球产业鬼哭神嚎，就连供应链大师苹果也不能幸免？问题的关键，在于全球科技产业的发展，日益变得更难以捉摸，产业再也无法准确预测未来的需求。

刚才 Odin 就曾提到，科技产业只能通过未来科技趋势，预测未来数年的芯片需求。而这个预测的准确程度，将会决定未来数年的芯片供应水平。在过去的十年，就连傻子也知道移动计算是全球科技的大趋势；所以科技产业只要跟着摩尔定律的路线，追求最先进的制程，开发更高性能、更低功耗的芯片，整个产业都会抢着购买，这时即使躺着也能赚钱。

但在 2019 年开始，形势却完全不同了。关键在于 5G 开始普及后，带来了由人工智能、大数据、云计算、物联网等新式智能技术，构成出全新的数字化社会 。

以往只有手机和电脑需要芯片，但当我们进入数字化社会之后，不但汽车需要芯片、智能工厂需要芯片、农场也需要芯片，所以整个产业预期数字化社会必然带动更多的芯片需求。但产业没想到的是，数字化社会迟迟未有到来：AR/VR 依旧是画饼，智能工厂发展缓慢，智能家居更被视为伪需求。有业界人士更表示，到现在全球物联网装置数，就只有 110 亿个，仅达到原来预期的 22％ 而已。

可是，尽管数字化社会迟迟未有来临，但产业却不得不跟进全新的发展趋势。

明明消费者老是说对 5G 没啥用，但毕竟根据信通院数据，中国的 5G 手机销量占比已高达 70%；可见 5G 手机再没用，消费者却只愿意买 5G 手机。同样地，明明消费者老是忧虑电动车的续航力不足，但据消息指出，电动车在 2021 年上半年卖得乐呵呵似的，在顶级汽车市场同比增长 160%，占全球汽车市场销售额的 26%。

尽管汽车芯片销量因缺芯问题远低于预期，但其它芯片销量仍高出疫情前预计。图片来源：McKinsey，翻译：虎嗅。

整个科技产业，都知道数字化社会就是未来，但无奈这些技术也实在太新鲜，产业没有足够经验和数据，因而无法准确预测这些新技术的发展速度；再加上新冠疫情的干扰，估算时就更容易出现误差。

结果，去年绝大部分的科技产业，通通低估了相关芯片的需求增长（上图）。

以个人电脑为例，联想全球供应链首席转型官徐赫曾透露，最初在疫情爆发后，大众对市场仍然悲观，但他们后来发现零碎的需求不断涌现，所以他们不得不快速调整供应链。事实上，当时的科技产业低估远程办公和线上教学的潜力，没想到个人电脑在疫情期间发挥了重要作用，销量因而不跌反增，更录得同比 10.4% 以及 32% 的高速增长（Gartner 数据），远远超出电脑产业原来的预计。

可是，半导体产业所面对的真正的困难，是数字化社会竟然逼使他们集体开倒车。

数字化社会，打乱了半导体产业的部署

今天媒体提到芯片战争，往往以为就是各种高大上的 5nm、EUV、FinFET 等顶尖先进制程技术的战争；产业之间争相开发比新冠肺炎病毒还要小的纳米级工艺。可是，我们目前面对的芯片荒，却不是这么高大上的工艺。事实上，目前芯片荒的真正重灾区，却是那些 90nm 以上、制程工艺相对落后的基础芯片；而生产这些基础芯片的生产线，用的也同样是相对落后的 8 寸晶圆生产设备。

近年，全球科技产业均向移动化发展，追求更低功耗、但更高性能的手机和电脑芯片；芯片生产商为了追求更高的利润，纷纷发展直径更大的晶圆生产技术。因此，至今大多数最顶尖的先进制程芯片，均采用最先进的 12 寸晶圆生产线，并纷纷淘汰这些旧式的 8 寸晶圆生产线；还未淘汰的 8 寸晶圆厂，只用来生产相对落后的成熟制程芯片。

没想到数字化社会概念兴起，却为不断追求先进制程的芯片产业，重重踩了一脚刹车；偏偏芯片产业却来不及刹车，直接被这个时代甩开了。

虽然云计算服务器需要高度计算能力的芯片，但却对终端设备的性能要求却大为减少。尽管智能家居让全屋家电也变得更智能，但家电所用的芯片往往就是模拟芯片、传感器芯片、相机感光元件等对制程要求不高的基础芯片。在这时候，科技产业才发现数字化社会的确带动了芯片需求，但这些芯片并不需要太高的性能，也用不上最顶尖的先进制程，用旧式的 8 寸晶圆生产就能满足需求（上图）。

然而，一切已经太迟了。

当整个产业发现 8 寸晶圆需求暴增之时，顿时手足无措，因为他们早就把这些旧式生产线淘汰了。自 2016 年开始，整个半导体产业就一直研究如何增加 8 寸晶圆的产能；但直到新冠疫情爆发前夕，旧式的 8 寸晶圆产能仍未能解决。毕竟根据东方证券的研究指出，市场上已经没有多少台能生产 8 寸晶圆的二手设备，增产的空间十分有限。

结果，目前在芯片荒里哭得最惨的汽车产业，绝大多数就是缺少 8 寸晶圆生产的芯片；即使最先进的苹果的 iPhone 供应链，也不能幸免。事实上 iPhone 就是因为改用了 5G，而 5G 手机比 4G 手机需要更多的电源管理芯片，而这些电源管理芯片偏偏也是来自 8 寸晶圆，所以他们也遭到 8 寸晶圆产能不足的威胁。

长远来看，各家企业最终也得把旧式芯片，往更先进的 12 寸晶圆转移；但尽管 8 寸晶圆绝不再是科技产业的未来，在目前而言， 8 寸晶圆有着巨大的成本优势，仍然是物联网芯片的“现在”。可见，尽管新的科技带来了新的芯片需求，但这个诡异的需求，完全超出整个半导体产业的预料，更打乱了他们持续二十年的部署。

一纸禁令，摧毁了产业的自我调节机制

虽然，半导体产业一直苦于 8 寸晶圆的产能不足，但多年来他们通过不断调节生产计划，仍然勉强应付下来。没想到美国前总统特朗普的一纸禁令，不但使中国的半导体产业陷于困难局面，也同时扰乱了产业的自我调节机制。

美国著名咨询机构科尔尼 (Kearney)，先前曾在报告上发出警告：

半导体价值链是世界上最复杂和最分散的价值链......但在目前东西方的紧张局面下，我们的全球化格局正在消失。产业在未来要准确计算供需关系，必须考虑以下的复杂关系：

全球半导体需求的分化和孤立：目前，中国市场消耗了 50% 以上的半导体产品，但当全球局势变得紧张，许多半导体制造商可能将会失去中国市场。跨地域的平滑效应不复存在（注：指中国市场会消化过剩的芯片产能），未来产业在需求上将更容易受到冲击。

各国的自给自足的策略，将导致半导体供应链断裂：目前地缘政治局势，逼使半导体产业从全球合作，改为追求自给自足......这不仅使产业难以利用不同国家的比较优势，追求更佳的生产效率和成本效益，当遇上需求上行周期时，供应短缺情况也会更为严重。

无疑美国在半导体产业上有着绝对领先的地位，尽管中国在短时间内也无法实现自给自足；但这不代表美国的科技产业，就不需要中国的支持。虽然每个国家均希望可以在半导体上实现自研自给，无需依赖别人；但半导体是一个过于庞大的产业，没有一个参与其中的国家，能够独善其身。

事实上，由于美国限制中国取得最先进的芯片生产设备，中国半导体制造商近年只能苦苦经营，选购其它产业不要的二手 8 寸晶圆设备。偏偏由于中国近年大力发展半导体产业，据日经新闻消息，目前接近 90% 的废旧设备已被运往中国，二手 8 寸晶圆生产设备价格已经大幅飙升，导致其它国家想为 8 寸晶圆增产，也相当不容易。

正如 Odin 先前提到，目前芯片荒的重灾区就在 8 寸晶圆；但即使各国正加紧增加  8 寸晶圆产能，由于市场能生产 8 寸晶圆生产线不多，增产的空间十分有限。没想到中国的半导体产业相对落后，反而保留了大量旧式的 8 寸晶圆产能。

中国是近年唯一一个在 8 寸晶圆产能上快速增长的地区。图片来源：SEMI via Applied Materials。

据国际半导体产业协会 (SEMI) 的报告指出，中国内地的 8 寸晶圆产能将在 2021 年底，将占全球 8 寸晶圆市场的 18% 份额，成为全球最大的 8 寸晶圆生产国。当然，占全球18% 的产能，并不足以控制整个市场，更何况目前全球最大的 8 寸晶圆生产商，仍然是中国台湾的台积电。

可是，中国目前的 8 寸晶圆产能，却对于宣泄目前的芯片荒有巨大的作用。路透社早前报道，一家汽车制造商因为美国的制裁关系，尝试将芯片生产从中芯国际转移到台积电，结果导致台积电爆单。有供应商高管曾对路透社表示，他们找到可以使我们不依赖台积电的替代方案，但最终却发现替代晶圆制造商，却没有可用的产能。

对制裁的恐惧，扩大半导体周期的波幅

讽刺的是，本来美国各种制裁的目的，是要保持美国半导体产业的领导地位，但没想到这样的制裁，却破坏了半导体产业赖以调节产能的合作机制，导致供应端的自我调节机制无法运作。

但更讽刺的是，中国对芯片的需求，本来也可以调节半导体需求的周期性波幅，但美国的制裁反而却放大了半导体周期的波幅，进一步使整个产业陷入不稳定性的状态。

事实上，近年中国的科技产业快速发展，对半导体的需求也快速增加。据统计指出，中国在 2019 年已占据了全球 53% 的购买量（下图）；可见即使半导体产业真的出现产能过剩，快速增长中的中国的科技产业，也能过剩的产能通通吃下来。

全球半导体购买量占比。中国（红色）在 2019 年已占全球一半以上的份额。图片来源：Semiconductor Digest。

事实上，近年中国的科技产业高速发展，对半导体的需求也飞快地上升。据统计指出，中国在 2019 年已占据了全球 53% 的购买量（上图）；即使半导体产业真的出现产能过剩，进入快速增长期的中国的科技产业，也能消化过剩的产能，将半导体的价格稳定下来。

但自 2019 年开始，美国多次制裁中国科技企业，使各家公司也成为惊弓之鸟。华为轮值董事长徐直军就曾表示，尽管中国企业原来一直在追求零库存，但在制裁的恐慌之下，多家中国的科技公司不得不大幅增加芯片库存，部分公司的库存量达到半年以上。

目前中国的半导体需求，占了全球市场的一半以上；但根据中国海关数据显示，去年中国半导体进口量，在制裁的压力之下飙升 15%。美国的制裁到底为目前的半导体产业增加了多少负担？可想而知。

当然，如果说中国企业增加芯片库存，导致芯片价格飞涨；这对半导体产业来说，不一定就是坏事。毕竟据报道指出，由于芯片短缺导致价格激增的关系，台积电、三星等半导体产业在今年创下了销售额新纪录。问题是在芯片库存增加的相反方面，却也代表了未来的芯片需求，可能因为中国企业需要清库存而急剧减少，半导体产业很可能不得不面对芯片产能过剩的困境。

毕竟芯片属于高科技产品，具高度时效性，中国科技产业总不可能长期囤着不用。因此，这一大批的库存芯片，在短期内最终还是要消化掉；这将使未来一至两年内，中国的芯片需求大幅下滑。但与此同时，各国的半导体产业却在欧美政府的压力下不断增加产能，但新增的产能却只能在一年后才推出市场，这时很可能遇上中国企业清库存，导致芯片产能过剩，对半导体价格构成巨大的下行压力。

因此，尽管目前全球芯片荒仍然十分严重，但根据 EE Times 报道，目前多家分析机构却是对半导体产能过剩而忧心忡忡。美国著名投行摩根士丹利，早前更发表《冬天即将来临》(Winter is coming) 的报告，指出芯片行业正在进入周期的后期阶段，明年将面临艰难的定价环境。此报告一出，美国半导体公司股价应声大幅下跌。

由此可见，本来能作为半导体产业调制机制的中国市场，却在地缘政治的干扰下，将半导体产业的波幅扩大，不但导致今天爆发严重的芯片荒，更可能导致未来爆发严重的产能过剩。

半导体产业的未来，越来越难以预测

既然说半导体产业将要面对产能过剩，那到底目前全球范围内的芯片荒，要到什么时候才能完结呢？

没有人能够知道。

在 2021 年 8 月，包括 NVIDIA 的黄仁勋、英特尔的 Pat Gelsinger 等产业大佬，也乐观地认为芯片荒将在 2022 年获得解决；但到了 10 月，产业开始转为悲观，Pat Gelsinger 就改了口风，认为芯片荒最少要到 2023 年才获得解决，而 IBM 的 Arvind Krishna，更表示可能要持续至 2024 年。

为什么产业会从乐观变成悲观？因为半导体产业的未来，已经变得越来越难以预测。

新冠病毒在多次变种后，依旧在全球各国里肆虚，8 寸产能在短期内也不见得能被解决，全球各地也出现不同程度的能源问题。但上述的问题也仅仅属于偶然事件。归根到底，数字化社会是科技发展的大趋势，但这个大趋势却完全打乱了全球半导体产业的部署。科技对人类生活的影响越深远，难免导致中美两大科技势力的关系变得紧张，并进一步破坏科技产业的调节机制。

如果中美之间不能互相合作，让科技产业适应数字化社会的新需求；半导体乱局将不可能得到改善，半导体产业的未来，也将会越来越难以看透。

（文章为作者独立观点，不代表艾瑞网立场）