全球缺芯大潮和中國芯片的終極十問：我們能造出原子彈、嫦娥號，卻造不出芯片？

一股缺芯潮流席卷全球，很多行業(yè)都面臨著無芯可用的情況。比如晶圓廠8英寸和12寸晶圓都處于全球性的緊張狀態(tài)，芯片面臨著供需失衡的局面。

早在2020年12月，大眾公司就曾警告稱，由于半導(dǎo)體短缺，2021年第一季度公司將遭遇大規(guī)模生產(chǎn)中斷，屆時將調(diào)整中國、北美和歐洲工廠的生產(chǎn)。雖然部分業(yè)內(nèi)人士已經(jīng)預(yù)料到芯片將面臨短缺的狀況，但顯然缺芯潮已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了行業(yè)預(yù)估，減產(chǎn)效應(yīng)正在全球多個行業(yè)之間蔓延。再加上美國寒潮和日本地震的影響，讓本來缺芯的狀況雪上加霜。而近期，美國接連對中興，華為，中芯國際等企業(yè)實施封鎖，導(dǎo)致國內(nèi)的芯片行業(yè)也陷入困境。這些種種現(xiàn)象，都不得不讓我們關(guān)注到一個大問題：全球面臨著缺芯的局面！為什么造芯是一件如此困難的事情？針對缺芯和造芯，我們主要有十個主要問題要重點關(guān)注。

1、現(xiàn)在缺的是什么芯片？汽車還是手機(jī)、電視等消費電子芯片？

A：目前芯片的短缺已經(jīng)蔓延到了多個行業(yè)，包括手機(jī)、平板、游戲機(jī)、個人電腦等消費電子產(chǎn)品，汽車行業(yè)應(yīng)用的傳感器，MCU等。除此之外服務(wù)器挖礦用的顯卡也非常緊缺。手機(jī)供應(yīng)鏈人士透露，高通全系列物料的交付期限已延長至30周以上，其中CSR藍(lán)牙音頻芯片的交付周期已達(dá)33周以上。高通的客戶包括小米，華為，諾基亞等眾多國內(nèi)外公司，可以預(yù)見的是，多家終端商的交貨也會受到影響。而小米集團(tuán)副總裁，紅米Redmi品牌總經(jīng)理也在微博表示，今年的手機(jī)芯片極缺！近日紅米K40采用了高通驍龍888和875處理器，目前在官網(wǎng)及電商平臺也是一機(jī)難求！

（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

據(jù)悉，大眾，本田，福特，豐田等車企已經(jīng)減產(chǎn)。根據(jù)調(diào)研機(jī)構(gòu)IHS Markit最新報告，芯片短缺預(yù)計將導(dǎo)致今年第一季度全球近100萬輛輕型車輛延產(chǎn)。

2、缺芯主要是哪個環(huán)節(jié)的問題？原材料供應(yīng)？生產(chǎn)環(huán)節(jié)？還是測試環(huán)節(jié)？

A：缺芯主要還是屬于制造環(huán)節(jié)。目前在高端芯片領(lǐng)域，全球的主要產(chǎn)能都在臺積電和三星。也只有這兩家能制造7nm及5nm的芯片。但是IC設(shè)計公司的訂單已排滿了，包括高通，蘋果，英特爾，AMD，英偉達(dá)等。在中低端領(lǐng)域，由于新能源汽車，自動駕駛，IoT等行業(yè)的興起，對芯片的需求也有所增加。而設(shè)計和封測環(huán)節(jié)并不是此次缺芯的原因，封測在芯片整個產(chǎn)業(yè)鏈相對簡單，注意只是相對，也是國內(nèi)優(yōu)先發(fā)展的方向，目前國內(nèi)封測在全球也處于領(lǐng)先地位。

（注：臺積電工藝制程發(fā)展，來源：臺積電官網(wǎng)）

3、是什么原因造成的缺芯？疫情還是芯片的生產(chǎn)周期問題、供需不平衡問題，抑或是政治問題？

A：缺芯的原因很復(fù)雜，其中疫情的影響最大，主要體現(xiàn)在兩方面。一方面是因為去年疫情的爆發(fā)，隔離的需要，很多Foundary和其上游的材料供應(yīng)商不得不停工，造成交貨周期延長。另一方面是因為疫情以來，很多公司采取在家辦公，同時學(xué)生在家上網(wǎng)課，這就導(dǎo)致筆記本、平板電腦需求量的顯著提升。

當(dāng)然缺芯還有其他的原因，2020四季度以及2021年是5G手機(jī)大面積鋪開的時間，換機(jī)潮的來臨也讓手機(jī)市場異?；钴S。在這種背景下，囤芯片也成為了一種趨勢，這造成供需失衡，進(jìn)一步加劇了芯片的短缺。

（注：2020年下半年至今國內(nèi)5G手機(jī)市場出貨量）

4、當(dāng)前的解決方案是什么？生產(chǎn)手機(jī)芯片的流水線，能否用來生產(chǎn)汽車芯片？或者生產(chǎn)汽車芯片的流水線來生產(chǎn)手機(jī)芯片？預(yù)計多久能緩解這個問題？

A：當(dāng)前芯片短缺的問題受到了全球的關(guān)注。目前想直接通過增加產(chǎn)線，擴(kuò)大制造規(guī)模解決芯片短缺問題很困難。因為芯片制造流程極其復(fù)雜，需要光刻機(jī)，刻蝕機(jī)等眾多高精密儀器的支持，同時需要大量的高端人才投入進(jìn)去，這其中消耗的資金都以數(shù)十億計！在新冠疫情和美國制裁等黑天鵝事件的背景下，芯片制造商能做的有限。如果盲目擴(kuò)張產(chǎn)線，訂單填不滿，就可能會帶來巨額虧損，在芯片短缺緩解以后，過剩的產(chǎn)能同樣會面臨諸多問題。

基于此，臺積電表示，可以通過優(yōu)化芯片生產(chǎn)流程，以提高效率，進(jìn)而增加產(chǎn)能。為了緩解國內(nèi)汽車芯片的短缺現(xiàn)狀，2月26日，我國工信部牽頭相關(guān)單位編制了《汽車半導(dǎo)體供需對接手冊》，收錄了59家半導(dǎo)體企業(yè)的568款產(chǎn)品。覆蓋計算芯片、控制芯片、功率芯片、通信芯片等10大類，53個小類產(chǎn)品，占汽車半導(dǎo)體66個小類的80%?！妒謨浴愤€收錄了26家汽車及零部件企業(yè)的1000條產(chǎn)品需求信息。這樣在供應(yīng)側(cè)和需求側(cè)之間，由政府搭建起橋梁，可以縮短供應(yīng)鏈，緩解芯片的短缺問題。

（圖片來源：央視新聞）

手機(jī)處理器一般都用的是14nm以下的先進(jìn)制程，而汽車所用到的芯片大多是14nm以上的成熟工藝。芯片在設(shè)計之初就要確定工藝制程，比如我們設(shè)計一款5nm的手機(jī)芯片，設(shè)計完成后，把GDSII文件交付給28nm的汽車芯片產(chǎn)線，會導(dǎo)致很多電氣和工藝參數(shù)不匹配，導(dǎo)致無法生產(chǎn)。在目前手機(jī)芯片和汽車芯片都處于短缺的狀態(tài)下，需要分別提高其產(chǎn)能，從一方為另外一方挪用產(chǎn)能并不是一個很好的策略。

根據(jù)業(yè)內(nèi)分析師提供的數(shù)據(jù)，目前全球芯片的需求比產(chǎn)能高約10％～30％，要填補(bǔ)這個缺口，制造商需要3～4個月提升產(chǎn)能。測試芯片封裝到系統(tǒng)應(yīng)用，可能需要近半年的周期，產(chǎn)品再到消費者手中，可能需要一年時間，樂觀估計的話，缺芯的狀況可能持續(xù)到2022年第一季度。

5、本輪芯片危機(jī)，更多是暴露了中國芯片產(chǎn)業(yè)存在的短板，還是更多展示了中國芯片產(chǎn)業(yè)存在的機(jī)會？中國芯片產(chǎn)業(yè)在這一輪危機(jī)下，應(yīng)該重點做什么？側(cè)重生產(chǎn)汽車芯片，還是手機(jī)芯片？

A：本輪芯片危機(jī)，既暴露了我國芯片產(chǎn)業(yè)的短板，我們也從中看到了巨大的機(jī)會。

從貿(mào)易角度來看，在過去我國的關(guān)鍵芯片長期依賴進(jìn)口，中國芯片多年進(jìn)口總額超過了石油。2019年中國芯片進(jìn)口總額約3000億美元，而石油進(jìn)口總額約2400億美元。操作系統(tǒng)、高端光刻機(jī)仍被國外公司壟斷，90%以上傳感器來自國外。以手機(jī)SoC芯片為例，手機(jī)終端商如果使用高通手機(jī)芯片，除了要支付芯片購買費用外，還需向高通繳納專利使用費。即使手機(jī)終端商不使用高通芯片，仍需要向高通定期報備手機(jī)出貨情況，并繳納專利費。高額的進(jìn)口費用，也造成了每年2000多億的貿(mào)易逆差。

（來源：海關(guān)總署）

從發(fā)展角度來看，國際局勢風(fēng)云變化，半導(dǎo)體供應(yīng)鏈脆弱，任何一環(huán)出問題都會嚴(yán)重影響到整個產(chǎn)業(yè)鏈。無論是汽車芯片還是手機(jī)芯片都存在隨時斷供的風(fēng)險。所以芯片的國產(chǎn)替代化勢在必行。從國家的層面來看，目前已經(jīng)出臺了一系列政策，比如把集成電路設(shè)為一級學(xué)科，給予半導(dǎo)體企業(yè)稅額的減免，建立集成電路標(biāo)準(zhǔn)化委員會等。但是僅僅這些還不夠，集成電路是一個前期投資高，回報周期長的行業(yè)，很多公司在最初幾年很難盈利，即使流片成功，如果銷量不佳依然會面臨虧損的尷尬局面。所以個人認(rèn)為國家可以加強(qiáng)政策上的激勵，從而為行業(yè)注入新的活力。與此同時，要加大監(jiān)管力度，設(shè)立準(zhǔn)入門檻。近年來，芯片爛尾的現(xiàn)象頻發(fā)，在中美半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)博弈的關(guān)鍵節(jié)點，這樣的行為可以說造成了極為惡劣的影響！

半導(dǎo)體作為技術(shù)密集型的產(chǎn)業(yè)，也希望國家能建立一套完整的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)機(jī)制，在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的薄弱環(huán)節(jié)，積極鼓勵創(chuàng)新，營造良好的產(chǎn)業(yè)環(huán)境。比如，EDA作為芯片設(shè)計的支撐點，我國起步的較早。1993年，我國集成電路設(shè)計中心發(fā)布了首套EDA工具 “熊貓系統(tǒng)” ，但是因為各種原因，發(fā)展緩慢，時至今日，也只是在芯片設(shè)計的某些點具有不錯的工具以及優(yōu)化能力，缺少全面支持產(chǎn)業(yè)發(fā)展的工具。目前，國內(nèi)的EDA市場大部分都被三大EDA廠商Cadence，Synopsys和Mentor瓜分，國內(nèi)的芯片設(shè)計嚴(yán)重依賴于國外的EDA。

（注：2020年全球EDA市場占有率）

EDA企業(yè)可以先從某點入手，比如芯禾科技，在后端方面水平突出，國家可以多引導(dǎo)國內(nèi)的中小企業(yè)使用，然后再爭取境外高端客戶，以客戶需求驅(qū)動發(fā)展，實現(xiàn)產(chǎn)品的快速迭代，進(jìn)而形成良性的生態(tài)循環(huán)。

與此同時，要加強(qiáng)國際方面的合作。美國對中國芯片的一系列制裁，也間接的打擊了歐洲的半導(dǎo)體公司。從最近的新聞“歐洲17國聯(lián)合發(fā)展半導(dǎo)體”來看，歐洲也在尋求半導(dǎo)體破局。而中歐合作，是一個雙贏的局面。對歐盟來說，中國擁有全球最大的半導(dǎo)體市場，這么大的一塊蛋糕是非常具有吸引力的。而對中國來說，目前的半導(dǎo)體技術(shù)與國際的先進(jìn)水平還存在較大差距，短時間內(nèi)無法完全靠自己實現(xiàn)獨立自主。而與歐盟合作，不僅可以彌補(bǔ)我們技術(shù)的短板，也會大大促進(jìn)我國半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展。

6、國際的芯片巨頭，在這一輪危機(jī)中應(yīng)該做什么？

A：對芯片設(shè)計公司和終端需求公司來說，要合理地安排產(chǎn)品的生產(chǎn)節(jié)奏，調(diào)整備貨周期，增加供應(yīng)商選擇，優(yōu)化供應(yīng)鏈布局，從而提高公司的抗風(fēng)險能力。對制造公司來說，優(yōu)化制造流程，盡快提高產(chǎn)能為當(dāng)務(wù)之急。從公司之間來看，在這場全球缺芯的危機(jī)中，國際的巨頭應(yīng)該保持開放合作，才能更快的緩解目前的局面。

7、年初的美國寒潮和日本地震對確信危機(jī)的影響有多大？主要影響的是什么芯片？

A：美國德州是半導(dǎo)體大州，擁有15家晶圓代工廠（FAB），著名的德州儀器總部就坐落于此。除了德州儀器，此次受影響的半導(dǎo)體企業(yè)包括三星，恩智浦，英飛凌，Skorpios，X-FAB，Qorv，以及知名的模擬芯片代工廠TowerJazz等。

美國半導(dǎo)體FAB分布 圖片來源：SIA（美國半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會）

據(jù)悉，目前關(guān)閉的工廠主要是位于奧斯汀的5家FAB廠，分別為三星12英寸廠（建于1996年）、恩智浦橡樹山8英寸廠（1991年投產(chǎn)）、恩智浦奧斯汀技術(shù)與制造中心8英寸廠（1995年投產(chǎn)）、英飛凌8英寸廠（1995年投入使用）以及Skorpios 12英寸工廠（1989年投入使用）。

三星位于奧斯汀的12寸晶圓廠，是三星較老的制造廠之一。其主要工藝節(jié)點為14nm、28nm等，主要生產(chǎn)DRAM、NAND等存儲芯片和系統(tǒng)芯片，同時也為美國芯片商提供代工服務(wù)，約占三星邏輯芯片總產(chǎn)能的28%。根據(jù)其工藝技術(shù)可知，該工廠目前并未制造先進(jìn)工藝的芯片，比如7nm及5nm的芯片。而三星10nm及以下的先進(jìn)芯片仍主要在韓國本土生產(chǎn)，亦不會受到德州斷電危機(jī)影響。最近，三星赴美建廠的消息傳的沸沸揚揚，新晶圓廠的計劃被稱為Project Silicon Silver（PSS）, 預(yù)計新晶圓廠將設(shè)計用于先進(jìn)的3nm工藝節(jié)點。該新工廠原本計劃在今年第二季度破土動工，最早預(yù)計在2023年第三季度投入運營。不知這一計劃是否會因斷電事件有所延誤。

恩智浦在奧斯汀的兩家工廠主要生產(chǎn)各類傳感器，微處理器（MPU），微控制器（MCU）等。這些芯片主要應(yīng)用于汽車行業(yè)。根據(jù)半導(dǎo)體行業(yè)觀察的數(shù)據(jù)，MCU在傳統(tǒng)的燃油汽車的半導(dǎo)體器件中占比為23%，可見MCU在汽車中的重要性。

英飛凌坐落于奧斯汀的工廠是收購賽普拉斯的晶圓廠，其主要生產(chǎn)13nm的存儲芯片（NOR Flash），其也主要應(yīng)用在汽車和工業(yè)市場內(nèi)存芯片，占公司去年總營收的5%。雖然營收不高，但是基于目前芯片短缺的現(xiàn)狀，無疑進(jìn)一步加劇汽車芯片缺貨趨勢。而日本東北地區(qū)地震，也造成日本汽車芯片龍頭瑞薩電子宣布茨城工廠暫停生產(chǎn)，信越化工、三井化學(xué)等為芯片制造商供應(yīng)原料的化工企業(yè)在福島地區(qū)的工廠也暫停生產(chǎn)。

8、如何看待3月3日中芯國際與ASML簽訂12億美元的協(xié)議購買光刻機(jī)？這次能夠買到極紫外光刻機(jī)(EUV)嗎？

A：目前這份協(xié)議并未透漏具體是什么型號的光刻機(jī)，但大概率是DUV光刻機(jī)。EUV光刻機(jī)所需要的極紫外光源是由美國Cymer提供的，目前還受美國的出口管制，所以不會出售給中國。

（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

即使是DUV光刻機(jī)，也分很多個型號，預(yù)計這次的采購會包含NXT 1980Di，NXT2050i等高端型號，可以用于制造14nm或者制程更先進(jìn)的芯片。

這次和ASML協(xié)議的簽訂，說明國內(nèi)的DUV光刻機(jī)并未成熟，需要從國外引進(jìn)。但可以預(yù)知的是，國內(nèi)DUV光刻機(jī)在某種程度上也取得了一定的進(jìn)展，否則也不會允許ASML向中國出口DUV光刻機(jī)。

此次協(xié)議的簽訂，對國內(nèi)的的芯片制造來說是有利的。中芯國際可以繼續(xù)研發(fā)14nm及以下的工藝，同時為中端芯片帶來更多的產(chǎn)能，緩解目前芯片短缺的壓力。

9、有人說中國能造的出來原子彈、天問一號、嫦娥，卻造不出來芯片，這些東西和芯片有可比性嗎？

A：中國不是造不出來芯片，而是不具備先進(jìn)工藝制程如7nm，5nm的芯片制造能力。而在高端芯片制造上面，依賴ASML的光刻機(jī)。

目前先進(jìn)工藝制程的芯片主要用于消費電子產(chǎn)品，如手機(jī)，平板，電腦等。而在我國的軍用，國防以及航空航天等領(lǐng)域，使用的芯片都是成熟工藝，比如90nm，65nm等，這些芯片的特點是要抗干擾性強(qiáng)，并且不太在乎芯片的面積。所以并不要求最先進(jìn)的工藝?？梢哉f這些芯片完全是自給自足的。

與其說芯片與原子彈哪個更難造，不如說光刻機(jī)與原子彈哪個更難造。

ASML光刻機(jī)采用了多個國家的頂尖技術(shù)與高精尖硬件，光源技術(shù)是美國的、光學(xué)設(shè)備是日本的、軸承是瑞典的、閥件是法國的、機(jī)械工藝和蔡司鏡頭是德國的、制造技術(shù)則是來自臺積電和三星。

（圖片來源： ASML）

所以現(xiàn)如今最好的光刻機(jī)其實并不是一個國家的技術(shù)，而是整個西方最先進(jìn)的工業(yè)體系，托舉起了如今的ASML。所以其難，難在要光刻機(jī)所需要所有零部件都達(dá)到國際一流的水準(zhǔn)，難在產(chǎn)業(yè)鏈中。

原子彈難在原材料不足，需要國家的基礎(chǔ)工業(yè)支持以及眾多高層次的科技人才參與，還有一個就是政治因素。雖然原子彈也難，但兩者對于一個國家的意義是完全不同的。一個是搞出來就能存活下來，一個是只有最優(yōu)秀的能存活下來。氫彈是軍用品，沒有商業(yè)競爭，也不需要考慮消費者是否滿意。而光刻機(jī)是商品，最終看的還是經(jīng)濟(jì)收益。

所以說，光刻機(jī)和氫彈的難度方向，以及戰(zhàn)略意義不在一個方向上，也無法簡單的去比較。

10、我國能研發(fā)出成熟的光刻機(jī)嗎？要多久？

A：事實上，我國已經(jīng)有自己的光刻機(jī)了。目前最先進(jìn)的光刻機(jī)是上海微電子裝備（SMEE）的90nm制程光刻機(jī)。據(jù)傳，今年將交付可以制造工藝為28nm芯片的光刻機(jī)，不過，目前并未有任何相關(guān)的消息。

（圖片來源：大眾新聞網(wǎng)）

目前我國產(chǎn)業(yè)的困境在于高端光刻機(jī)，包括DUV和EUV等。但并不意味著我們沒有機(jī)會。光刻機(jī)的原理其實并不難，追趕比創(chuàng)新容易得多。也許第一臺EUV光科技的研發(fā)需要大量的金錢和科研資源投入，但是如果知道了原理，或者有原理圖后，再模仿出來一臺光刻機(jī)要容易很多。并且，時間在中國這邊。半導(dǎo)體技術(shù)已經(jīng)接近成熟。新技術(shù)的發(fā)展放緩，中國就有機(jī)會迎頭趕上。只要加快科研經(jīng)費以及人才的投入，穩(wěn)扎穩(wěn)打，相信未來十年我們可以達(dá)到世界先進(jìn)水平。

此次的缺芯潮顯然是處于各方都始料未及的一個狀態(tài)，而芯片短缺造成的后續(xù)影響也不斷凸顯。據(jù)伯恩斯坦（Bernstein Research）研究機(jī)構(gòu)表示，由于 2021 年全球范圍內(nèi)的汽車芯片短缺，預(yù)計將造成 200 至 450 萬輛汽車產(chǎn)量的減少，這相當(dāng)于近十年以來全球汽車年產(chǎn)量的近 5%。我國作為擁有最大汽車市場的國家，自然也收到了嚴(yán)重的沖擊。在未來，車企如何構(gòu)建零件采購體系，芯片行業(yè)如何自主可控成了我們必須要面對的問題，而在消費電子產(chǎn)品方面，未來一年也將面臨漲價的隱患。但是，我們作為消費者也不必過于恐慌，畢竟缺芯只是一種暫時的情況。

面對芯片卡脖子的問題，國家層面也給予了高度重視。兩會期間，政協(xié)委員周玉梅表示，我們國家跟世界擁有先進(jìn)技術(shù)的國家相比仍然存在差距，這表明我們需要加大加快投入力度，重視技術(shù)研發(fā)和芯片改造升級。集成電路是從業(yè)人員的長征路，科技工作者一直在與時間賽跑，我們的芯片從無到有，從有到成，不斷前進(jìn)。集成電路產(chǎn)業(yè)對一個國家來說至關(guān)重要，關(guān)乎現(xiàn)在也影響未來，希望能有更多的目光關(guān)注集成電路產(chǎn)業(yè)，更多優(yōu)秀人才投身于集成電路產(chǎn)業(yè)，也希望更多學(xué)子能夠報考集成電路專業(yè)，為國家培養(yǎng)更多的技術(shù)人才。

過去十年，我們在半導(dǎo)體領(lǐng)域已經(jīng)取得了長足的進(jìn)步，未來十年，中國芯片也存在著巨大的發(fā)展空間。芯片已經(jīng)滲透到了人們生活的每一個部分，新技術(shù)如5G，人工智能，VR，邊緣計算的出現(xiàn)也必將帶來巨大的市場，而國產(chǎn)替代化，也將催生一大批新的半導(dǎo)體企業(yè)。只要我們穩(wěn)扎穩(wěn)打，刻苦攻堅，就一定會迎來屬于我們自己的“芯”時代！