4张图表穿透芯片短缺原因，数据解析晶圆产能现状

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。

二、政府、企业共同发力，半导体设备支出或创新高

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C hristian 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。”

结语：短缺问题仍存，或许可以更早被解决

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。