彭博：芯片危機折射出的半導體產業瓶頸

uSMART盈立智投 04-06 10:27

英特尔(INTC.US)

中芯国际(00981.HK)

特斯拉(TSLA.US)

本文來自微信公衆號：“半導體行業觀察”

一場史無前例的疫情，擾亂了全球半導體供應鏈，從手機到汽車等產業似乎都突然喊着缺芯片，並讓許多國家的官員開始意識到，確保芯片供應是個「國安」等級問題。但這場芯片危機同時也暴露了供應鏈存在的諸多瓶頸，想解決當前短缺問題恐怕難以一蹴可幾。

以下爲《彭博》對芯片危機始末的整理報導：

從約60年前被髮明出來後，芯片已從鮮少有人關心的電腦零件，演變爲現代各形各色裝置背後最關鍵也最昂貴的元件。COVID-19疫情期間，如智慧手機和PC等特定產業意外涌現的需求，刺激芯片需求爆發，也導致了近來衝擊供應鏈的全球芯片空前短缺現象。

根據市場調研公司SIG SUSQUEHANNA提供的半導體通路商數據，今年2月芯片平均交貨期（lead time，從客戶下單到出貨的時間）已拉長至15周，超越2018年中的高峯，寫下2017年初該公司開始收集相關資料來最高紀錄。例如，美國半導體大廠博通（BROADCOM）----博通因業務觸角遍及供應鏈而被視爲產業景況風向球----2月交貨期已升至22.2周，較2020年2月的12.2周大爲延長。

SIG SUSQUEHANNA所蒐集半導體通路商資料顯示，今年1月芯片平均交貨期增加了6.5天、2月又再增6天，使交貨期拉長至15周，爲2017年初有資料來最高紀錄；彭博/SIG SUSQUEHANNA

這波芯片短缺潮已對通用汽車（GM）和福斯汽車（VW）全球生產造成影響，並促使從華府到北京等地官員轉向危機管理狀態，臺積電（2330）和三星電子（SAMSUNG）也因此躍居各國政府和投資人眼前。全世界絕大部分最先進芯片雖然都來自這2家亞洲半導體巨擘，但它們的產能依然不足以滿足全部需求。這意味當前芯片短缺困境可能會持續數季，或什至直到明年。

相關警告聲正不斷響起。從汽車零件供應商德國馬牌（Continental）、面板製造商羣創光電到生產車用MCU（微控制器）的日本瑞薩電子（RENESAS），近幾周愈來愈多企業示警，芯片元件不足對生產的影響恐比原先預料持續更久----有可能會持續到夏季結束後。

三星電子3月也在股東年會上警告全球半導體供需「嚴重失衡」，是至今公開示警芯片短缺危機的行列中，規模最大的企業。同時，博通執行長陳福陽（Hock Tan）透露，該公司今年的芯片產能已全被訂光了，客戶「願意搶先預訂在今年剩餘時間內交貨的產品。」

此外，常被拿來和特斯拉（TESLA）相比的中國電動車製造商蔚來汽車（NIO），在3月底成爲最新1家因缺芯片而減產的車商，也是中國第1家因此宣佈減產的知名車商。

疫情重塑市場需求

伴隨智慧手機普及和電腦運算能力提升，過去10年來各類芯片元件----從基本MCU、記憶體芯片到最複雜的高階處理器----的整體需求持續增長。調研機構IDC資料顯示，逐年穩定成長的全球半導體營收在2019年出現下滑，但緊接着疫情席捲全球帶動家用電子裝置需求激增，使2020年半導體營收又增長5.4%。

同時，隨着原先所採零件以機械爲主的汽車等裝置愈來愈「智能化」，其中需要的芯片也愈來愈多。根據Deloitte相關報告，涵蓋從面板到車用系統等所有汽車電子零件，到2030年預估將佔1臺車生產成本的45%；這類電子零件內建的芯片元件成本則預估將從2020年的475美元，到2030年增至600美元。

過去10年來整體芯片需求穩定增長，上圖爲IDC所統計對各產業芯片銷售金額（不包括臺積電或格芯等單純從事晶圓代工業務企業的銷售）；彭博/IDC

在需求面以外，若從供應鏈的另一端來看，過去這些年半導體製造商的產能一直亦步亦趨跟隨銷售成長。SEMI（國際半導體協會）資料顯示，市場內只要有新產能上線，就會立即被買方吸收----這反映市場需求和可取得的生產資源大致相符。然而半導體的先進製造技術，卻日漸集中到少數業者手中。

產業專家指出，這種不平衡在8吋（200mm）晶圓供應上格外明顯；8吋晶圓主要用於製造中低階芯片產品，包括從汽車到消費電子等廣泛產業所需，但目前供不應求的電源管理芯片和麪板IC在內。

由於疫情帶來的不確定性，2020年芯片訂單劇烈波動，讓半導體廠商難以配合需求來調整產能。這是導致近月汽車業頻頻傳出減產及商店內PlayStation和Xbox總是缺貨的原因。

汽車製造商之所以首當其衝，一大因素在於庫存規劃欠佳。在疫情爆發初期，汽車業低估了汽車消費需求，自然認爲芯片元件用量將隨汽車產量減少，結果卻出乎意料。如今汽車業因上遊缺料而紛紛減產，並預期今年因而錯失的營收將達610億美元。不過，臺積電高管在最近2次財報法說會上都提到，許多不同產業的客戶爲規避不確定性所釀風險，累積的庫存已高於正常水準。

半導體制造與技術提升所消耗的成本，在近10年間呈倍數暴增，進一步加劇了供應鏈失衡問題----龐大的成本使芯片生產成了口袋夠深的業者纔有辦法踏足的領域。例如，臺積電今年資本支出上看280億美元，較2020年大增63%；三星電子則爲追趕臺積電，在2019年宣佈對半導體事業的10年期1160億美元投資計劃。

半導體產業發展瓶頸

目前最複雜也最昂貴的芯片，當屬高通（Qualcomm）、輝達（nVIDIA）或蘋果公司（Apple Inc.）等公司爲手機和電腦等產品設計的邏輯芯片。這些「無廠半導體」公司只負責設計，不從事生產，製造工作都交給了所謂的「晶圓代工」工廠。

這是半導體業如今另一個關鍵瓶頸。目前約3或4家晶圓代工業者，就佔據全球絕大部分晶圓生產----以臺積電、三星電子2大巨頭爲首，然後是落後一段距離的格芯（GLOBALFOUNDRIES）及聯電（2303 ）。

據估計，全球達91% 芯片代工業務集中在亞洲地區，以臺積電所在的臺灣及三星電子所在的南韓爲2股最大勢力。

臺灣和南韓顯然是晶圓代工市場的2大勢力，上圖爲2021Q1全球主要晶圓代工業者營收預估（2月所做預估）；彭博/TrendForce

華府新上任的拜登政府，已把半導體列爲國安議題。美國若想重新取回芯片自主能力，機會或許將落在英特爾（intel）近日才公佈的200億美元建廠計劃上。英特爾以營收計爲全球最大半導體公司，該公司除了芯片設計，也從事自有芯片製造，但蓋新廠大幅擴張製造能力，可望協助英特爾跨足晶圓代工業務。

在規模、精密度及業務觸角3方面，臺積電都是當之無愧的晶圓代工界領袖，每年爲幾乎所有產業的大企業客戶生產百萬片晶圓。2020年，臺積電出貨總量達1240萬片12吋晶圓約當量，比2019年的1010萬片大爲增加。臺積電30餘年來持續完善製造工藝、每年投入鉅額資本支出，才確保能始終身處產業技術前沿。

根據《彭博》供應鏈資料估計，臺積電達25%營收是來自Apple，爲臺積電最大直接客戶。但臺積電的重要性，在於該公司在整體半導體供應鏈中扮演的關鍵角色；臺積電也爲其他芯片製造商或無廠半導體公司進行代工生產，客戶包括博通、高通、英偉達達、安謀（AMD ）、德儀（TEXAS INSTRUMENTS）等等，而這些企業又是一些全球最大的消費電子、通訊設備和汽車零件業者的供應商。

供應鏈其他部分也可能出現瓶頸。例如，荷蘭ASML的先進光刻機設備獨步全球，壟斷了相關設備市場；還有日本信越化學（Shin Etsu），在半導體制造所需化學材料中享有極高市佔。此外，若沒有電子設計自動化軟體，也無法展開半導體制造，美國Cadence和新思科技（synopsys）是該領域的佼佼者。

美國和歐洲等地官員一方面拜託臺灣當局協助解決全球芯片短缺問題，一方面試圖建立本國芯片製造能力。然而美國投資銀行BERNSTEIN指出，針對當前芯片短缺危機，政府其實做不了什麼。因爲不管是建於何處，要興建1座半導體制造設施並使其順利運轉，都須耗時多年。

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