4 张图表穿透芯片短缺原因，数据解析晶圆产能现状

6 月 29 日，美国电气和电子工程师协会下属期刊 IEEE Spectrum 通过图表回顾了全球半导体短缺的开始与原因，并分享了相关的数据。

根据数据，汽车芯片市场相对较小，仅占 9% 左右的市场份额。在短缺发生时，这使得汽车厂商无法从晶圆代工企业获得足够的芯片。美国咨询公司 Kearney 也针对这一问题提供了解答方案。

一、200mm 晶圆厂新增较少，厂商囤积加剧短缺

最先发生芯片短缺的领域是汽车芯片。

根据美国市场研究公司 IDC 的数据，虽然汽车芯片市场每年增速在 10% 左右，但是整个汽车芯片市场为 395 亿美元，只占全球芯片市场的不到 9%。计算机、无线设备、消费电子芯片市场则分别为 1602 亿美元、1267 亿美元和 601 亿美元。

但另一方面，全球汽车行业雇员数量超过 1000 万人，使政府和社会对该行业比较重视。

这导致在汽车行业因为疫情取消芯片订单后，其订单的优先级低于智能手机、电脑等厂商。而各个汽车厂商的停产、停工消息放大了社会各界对芯片短缺的关注。

▲ 全球芯片市场份额（来源：IDC）

在技术方面，因为汽车芯片的安全标准较高，其芯片制程在 40nm 以上，工艺较为成熟，已经有 15 年的历史，通常采用 200mm 晶圆（8 英寸）。现在中国台湾台积电、韩国三星电子 2 家晶圆代工厂商可量产的制程为 5nm，采用 300mm 晶圆（12 英寸）。

由于晶圆厂成本巨大，半导体制造厂商往往优先建造更先进的 300mm 晶圆厂。美国半导体行业协会 SEMI 数据显示，2022 年 200mm 晶圆厂数量将增加 10 座左右，只有 300mm 晶圆厂新增数量的一半。

▲ 200mm 晶圆厂新增数量（来源：SEMI）

虽然 40nm 及更旧制程的晶圆厂新增数量较少，但是市场需求却比较多。IDC 数据显示，使用 40nm 及更旧制程工艺的芯片占总装机量的 54%。相比之下，先进制程只占 17.5%。

这种需求和产能的不均衡也是 40nm 芯片短缺的重要因素。

▲ 按芯片制程划分的装机量（来源：IDC）

需要指出的是，在短缺发生后，很多芯片采购商都开始囤积零件，以保证自身的供应安全。但是这也加剧了短缺问题。

美国半导体营销、咨询公司 Semico Research 的总裁 Jim Feldhan 谈道，虽然很多产品市场需求没有太大的变化，但一些客户开始双重订购零部件以增加其库存。

美国咨询公司 Kearney 的美洲首席合伙人 Bharat Kapoor 则强调，汽车行业需要做的不仅仅是增加库存，也需要和芯片行业建立更加直接的联系，以防止未来再次发生短缺。

在半导体短缺的风暴下，各国政府开始重视半导体供应链的建设和安全。

美国正在推动价值 520 亿美元的半导体激励法案，目前已通过众议院表决；韩国政府则提出了“K 战略”，将在未来 10 年内和韩国半导体企业一起投入 4500 亿美元。此外，欧盟、日本也提出了相应的半导体激励计划，想要保证自身的半导体供应。

各国政府的激励方案也促进了半导体厂商建厂、扩产的积极性。台积电、三星、联电、格芯等半导体厂商都公布了自己的扩产计划。

SEMI 称，截至 2022 年年底，将会有 29 家新增晶圆厂开工，40 余家半导体厂商扩产。届时，每月新增晶圆产能将超过 75 万片。

这也推动了半导体设备的销售金额增长，2020 年全球 200mm 晶圆厂设备支出突破 30 亿美元大关，并在 2021 年增加至 46 亿美元。

▲ 200mm 晶圆厂设备支出（来源：SEMI）

SEMI 半导体高级负责人 Christian Gregor Dieseldorff 说：“全球 IC 产能建设会将当前十年的晶圆厂投资推向新高。我们预计未来几年将看到创纪录的（半导体设备）支出和更多新晶圆厂的公告。”

在成熟制程投资额相对较低的情况下，汽车与家电行业的生产已经受到了较大影响。甚至有企业的高管认为，短缺甚至可能将持续 2-3 年。

但是也有消息称，联电将在 2021 年扩充 28nm 制程产能，或许会对当下的短缺问题有所帮助。这可能代表部分厂商即将完成扩产，或许短缺问题会更早得到解决。

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