“芯”荒，慌！
近期，部分路由器等網絡通信產品由于芯片等上游原材料供應緊張，制約了出貨量。此外，不少平臺促銷力度和頻率明顯減少，有品牌商表示，這是在為未來可能出現的缺貨做準備。
不僅是路由器，自去年 12 月起，汽車行業缺乏芯片面臨停產的問題就開始困擾無數車企。
在銷售周期內，售價會不斷下降，這已成為電子產品獨立于其他商品的一種規律。電子產品之所以與眾不同，關鍵就在于占電子產品成本主要部分的芯片價格總是越來越廉價。
在上海舉行的第22屆中國國際工業博覽會上展示的高精度SoC芯片。圖｜新華社
然而從2019年末開始，芯片的價格持續走高，帶動著電子產品的價格也持續上漲，從顯卡、內存和存儲芯片，到手機平板SoC芯片、電視芯片、車載芯片。芯片短缺制造的沖擊正一波一波地向外傳遞。
缺芯的多米諾骨牌正在產業鏈上傳導，每一張牌倒下，都引起新的連鎖反應。根據高盛一項最新研究報告，全球有多達169個行業在一定程度上受到芯片短缺影響，從鋼鐵產品、混凝土生產到空調制造，甚至包括肥皂制造業。
芯片短缺究竟是如何造成的？新一輪的芯片荒對中國的半導體制造業有何啟示？
文丨余鵬鯤
編輯丨崔赫翾 瞭望智庫
本文為瞭望智庫原創文章，如需轉載請在文前注明來源瞭望智庫(zhczyj)及作者信息，否則將嚴格追究法律責任。
1
長周期
芯片是集成電路產品，必須要經過設計、生產、封裝、測試四項流程。
芯片生產的流程
*封裝、測試
封裝、測試兩步流程稍顯簡單。其中封裝是將流片完成的晶圓切片后，焊接上PCB板，并將硅制的集成電路上的引腳引出，使得芯片能夠和其他電路部分配合起來。測試的過程從晶圓切割開始到包裝之前，目的是去除不合格的晶圓切片。封裝和測試的流程一般沒法加快，因為其過程都是機器完成的，而且不能省略任何一道工序或者測試。
*設計
使用更先進的半導體制程工藝，有助于增加產品的競爭力。當使用的制程相同時，決定成本、價格和功耗的就是設計了。
上世紀80年代EDA——芯片自動化設計技術誕生，使得芯片設計以及超大規模集成電路的難度大為降低，工程師只需將芯片的功能用芯片設計語言描述并輸入電腦，再由EDA工具軟件將語言編譯成邏輯電路，然后再進行調試即可。
但是值得注意的是，盡管有了EDA也并不代表芯片設計這件事很容易，芯片設計仍然是一個集高精尖于一體的復雜系統工程。這也是英特爾、AMD、英偉達等半導體企業最重要的核心競爭力。
*生產
在整個過程中，最復雜的是生產過程，也就是流片。從一片圓形的高純硅到光刻結束，大約需要30-50個主要工序。而更先進的工藝節點，工序和步驟就更復雜了。14nm制程生產線包含的細節工序多達1700道，所需要的設備種類多樣。由于流片工序都需要順序進行，因而在現有的生產條件下很難加快速度。
所以芯片生產的長周期是芯片荒的主要原因。
【注：集成電路工藝節點泛指在集成電路加工過程中的“特征尺寸”，這個尺寸越小，表示工藝水平越高?！?span style="display:none">PCf曹操讀書網
流程真的不能提速嗎？
2021年1月底，臺積電找到了一種特殊方法，可以將芯片的生產周期縮短一半，有望大幅提高產能。
這個名為“超級急件”（Super Hot Run）的方法，會改變現在的半導體生產工序，一旦接到了緊急訂單，那就可以通過改變生產流程的方式讓這個新訂單優先之前的產品生產。
得益于這個流程變化，車用芯片的交貨期可從40-50天縮短一半，只要20-25天就能交付。
然而這個方法是把雙刃劍，并不能輕易使用，一方面會對生產線增加嚴重的負荷，良率下降，增加不少成本，另一方面就是車用芯片優先了，那勢必有其他客戶被犧牲，承擔交付期延長的代價。
2
步步驚心
芯片行業投資就像走鋼絲。
在抗擊新冠肺炎疫情的斗爭中，醫療防疫物資產能的增長，為中國迅速走出疫情提供了堅強的物質保證。和擴大醫療產能相比，半導體產能的增長需要投入的資金要大得多。
2020年2月14日，武漢新芯集成電路制造有限公司技術人員在檢測芯片制造設備。圖｜新華社
2014年，中國成立了國家集成電路產業投資基金（簡稱“大基金”）。截至2015年12月底，大基金累計決策投資項目28個，承諾投資426億元，帶動的社會投資超過1000億元。簡單來算，平均每個項目的總投資接近50億元。大基金并非只投生產企業，但設計和封測企業的投資規模要小得多。考慮到這個因素，每個生產項目的投資就更高了。
2016年，臺積電布局南京，承諾投資30億美元。去年，臺積電在美國亞利桑那州設立子公司，并轉移了35億美元的資金預備用于投資。一條先進的生產線，初期投資就要接近200億元人民幣，后續的維護和投入又是一筆差不多的巨款。
更重要的是，一條生產線從奠基到投產大約需要一年多?；舜髢r錢構建的生產設備，在這么長的時間后是否能發揮預期的效益，其實誰也說不準。半導體產業最血腥的一點是贏者通吃，差一點不會僅僅導致市場差一點，而是完全沒有市場。目前沒有一個行業玩家，能在價格、性能和功耗之外創造附加價值。這就意味著半導體行業的高風險，使得生產企業即使在產能不足的情況下，也會慎重考慮擴大產能，而設計企業就更不愿意隨意趕工了。
而且，流程中不能有絲毫差池。
在硬件尤其是設計方面，盲目加大工作量有可能適得其反。在集成電路的主要部分，設計不能出現難以被修復的問題。如果這些地方產生的問題不能被修復，意味著整個芯片方案的失敗。其他部分，也不能出現棘手的問題。有的問題，即使可被修復，也意味著為芯片制定的功耗或者性能目標沒有達到，極可能影響市場競爭力。
半導體設計有兩個大問題，一是一個新方案沒有人能保證一次流片就通過，二是方案中的少數問題可能帶來毀滅性的后果。在這樣的情況下，無論是生產還是設計都會選擇適當地拉長周期就不足為奇了。而長周期恰恰使得企業在面對變化的市場需求時感到無能為力。
3
虛擬貨幣難辭其咎
芯片荒的近兩年里，世界半導體產能一直是緩慢增長的，但是芯片荒并未徹底緩解，說明需求的增長大于產能。
由于前面提到的因素，市場增加產能的速度沒有那么快，因此在沒有替代品的市場里，只能依靠價格擠出購買力不足的用戶。
顯卡是此輪芯片荒中，第一個失守的陣地。
今年5月中旬，性能極其類似的英特爾CPU，根據是否帶核顯，價格最高可差千元，而往年這樣的兩款CPU之間的價差不會超過400元。
發布六個月以上的獨立顯卡，幾乎都比發布的價格高出兩倍以上，造就了同款電子產品價格長期上漲的“奇跡”。
眾所周知，顯卡是近十年來性能進步最快的電子產品。之所以出現這樣反常的現象，是虛擬貨幣的“挖礦”潮難辭其咎。
2019年末，比特幣持續上漲。除了比特幣之外，各種虛擬貨幣的幣值也是一路瘋漲。虛擬貨幣，沒有中心化的發幣機構，為了人為地創造稀缺性，必須通過計算才能獲得。
像這樣通過計算獲得虛擬貨幣的過程被稱為“挖礦”。
整個2020年，比特幣呈現出連續上漲的趨勢。
隨著虛擬幣的價格一路上漲，用于挖礦的顯卡越來越多。在全世界，用于挖礦的能源和設備消耗極其驚人。根據劍橋大學一項研究保守估計，比特幣挖礦每年耗電量預計為1337億度，比整個瑞典的耗電量還高。中國政府一向不鼓勵虛擬貨幣的發展，主要的“挖礦”工廠已經在打擊下向境外搬遷。
瘋狂的“挖礦”者購買了大量的顯卡，直接占據了大量最高端的半導體產能。為了實現更低的成本和更高的效率，專門用于挖礦的專用芯片和機器被制造出來。從半導體制程上講，盡管專用機的“挖礦”效率更高，但在本質上還是屬于顯卡的替代性產品，消耗的是相對落后的第二梯隊產能。此外，顯卡或者專用機的生產還要消耗存儲芯片，也是消耗第二梯隊的產能，這就造成了進一步的產能踩踏，整個半導體進入到“加錢”模式。
對于手機SoC芯片以及CPU和顯卡芯片而言，選擇較落后的制程對競爭力打擊很大。手機產商發布會的內容有很大一部分是關于首發某款芯片的，首發都要花大力氣爭，自己的產品落后一代那還了得？
而且這些領域通常擁有不俗的利潤率，可以“加錢”去爭取優先流片。在緊俏的產能面前，很多晶圓制造廠每月都有一部分預留的工作量，主要留給愿意出錢的廠商，其他的部分才是排隊。
而其他行業的專用芯片就慘淡多了，像洗衣機、電視、路由器中的主控芯片，本身就采用的是比較低端的半導體工藝，進一步降低工藝也很難降低成本了?！凹渝X”去競爭，沒有利潤空間，就算不賺錢對晶圓制造廠也沒有吸引力，它們是真正被挖礦擠出去的產能。
因此芯片荒，表現在高端產品是價格上漲，表現在低端產品是供應緊張。為了投機的虛擬貨幣，本不該以如此的方式干擾人們的正常生活。
4
反周期投資要用好
一方面是耗能又耗芯片的虛擬貨幣，另一方面是芯片產能快速提高的無能為力。還有沒有解決辦法？
2019年末，日本半導體巨頭爾必達原社長、72歲高齡的坂本幸雄出任中國企業紫光的高級副總裁兼日本分公司CEO。當問到原因時，他痛切地回答說：“不想作為一個失敗者結束人生。想自己作個了結?！?strong style="margin: 0px; padding: 0px; max-width: 100%; letter-spacing: 0.544px; text-align: left; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important;">他說的失敗，即爾必達的失敗，是韓國政府鼓勵下反周期投資的結果。
所謂的反周期投資，是三星等韓國財閥企業在韓國政府的支持下，在行業不景氣或者企業不敢增加產能的時候，反其道而行之。等到行業回暖之后，憑借著較大且較成熟的產能占得先機。韓國的半導體代工企業正是用這樣的方式逐漸蠶食了以爾必達為代表的日本企業的市場。
反周期投資，中國無疑具有制度優勢。憑借著國家背景的“大基金”，我們能較好地集中力量對半導體進行風險投資。由于這些投資周期長、風險大，也只有國家才能整合力量，敢于反周期地進行戰略投資。
北京大學國家發展研究院名譽院長林毅夫教授發言稱：“（最主要的高端光刻機生產商）ASML首席執行官曾表示，如果不把光刻機賣給中國，大概3年以后中國就會自己掌握這個技術，并且一旦中國掌握這個技術，中國的生產成本將會比國際上更便宜，屆時全球光刻機巨頭ASML就到了全面退出光刻機市場時刻了?！?span style="display:none">PCf曹操讀書網
位于荷蘭的ASML總部。
ASML總裁的這番表態，未必不是有鑒于中國強大的制度優勢。如何將蘊含在中國制度內的強大潛力轉變為可見的優勢，仍是巨大的挑戰。近年來貴州華芯通和武漢弘芯半導體這兩個投資數十億的半導體項目的流產，雄辯地證明了：無論是設計還是生產，中國都無法在數年內彎道超車，越過和西方技術聯合體之間十余年的技術差距。
但正如魯迅先生所說：“流產究竟比不生產還有望，因為這已經明明白白地證明著能夠生產的了?！?strong style="margin: 0px; padding: 0px; max-width: 100%; letter-spacing: 0.544px; text-align: left; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important;">如何將敢于反周期投資的勇氣，轉化為實實在在的優勢，筆者認為必須加大對國內技術團隊的投入，必須堅定地走自立更生的路線。
5
修煉“內功”
在信息產業，有三塊關鍵的陣地還不在我們手中，分別是高性能通用集成電路設計、基礎軟件和操作系統，以及先進制程半導體制造。由于這三塊陣地西方經營已久，正面強攻難度極大，因此“彎道超車”“市場換技術”等言論始終能迎合不少人內心的美好愿景。
然而，在目前的國際局勢下，西方信息產業共同體真的愿意讓出遏制中國發展的這些陣地嗎？即使做出了這樣的表態，是否打了埋伏，或者讓出的只是表面陣地？目前來看，以臺積電為代表的成熟境外生產商，寧愿在更遠的、配套和人力更貴的美國建廠，也不愿積極地在南京擴大產能。殷鑒不遠，值得有識之士深思。
由于先進制程與國際領先水平拉開了差距，過去發展半導體，通常只講技術先進程度，不講技術的自主化程度。路由器這樣的芯片短缺，中國的產能不能迅速填補上去的事實，啟示我們提升自主性刻不容緩。
路由器芯片使用的是第二梯隊的產能，從技術先進度上說，很多地方不愿意引進這樣的項目，認為出不了政績。其實這樣的第二梯隊產能，恰恰市場龐大，而且風險和收益比較平衡，有部分產能被閑置也不心疼，行業不景氣時就能發揮價值。
路由器芯片不愿找中國廠商代工，除了產能，另一個重要因素就是價格。中國制造最出名的就是壓低價格的能力，因此也有學者將中國稱為發達國家粉碎機，但在芯片生產領域，這一優勢并不存在。
像臺積電、三星這樣的廠商，除了先進的制程，管理水平也很優秀。哪怕是落后一些的制程，通過對成本的嚴格把握，依舊會有不錯的收益，有時甚至超過先進制程的生產線。
如何管理好已有的制程，是真正的“內功”，和掌握先進制程一樣重要。考慮到先進制程存在被封鎖的問題，第二梯隊制程的戰略意義更加突出，發揮好已有產能的威力已成為中國半導體發展的另一個當務之急。
無論是芯片漲價，還是西方國家針對中國搞的半導體封鎖，都是今天全球信息產業不健康發展的表現。然而我們不能懷揣著單純的善意，指望生態自發地改善，無論產業是發展還是衰退，中國半導體都要積聚力量，以我們的力量和善意去創造更合理的明天。
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