近几年，芯片成为全球瞩目的焦点。新冠疫情导致的供应链危机，以及汽车智能化的快速发展，让芯片的价格持续暴涨。同时，由于众所周知的原因，中美两国在半导体芯片领域不断加大投资。而美国利用在半导体技术方面的优势，也在不断用政策手段限制中国芯片行业的发展。
在这种大背景下，中国企业能否在半导体芯片领域有所突破，打破美国的技术垄断？各国在半导体领域的投资热潮，会不会导致产能过剩？
本期《对谈》，我们请到了半导体领域的资深人士，一起探讨半导体产业的现在和未来。
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半导体对国家经济发展举足轻重
全球君：最近几年，更多的人了解到半导体对一个国家经济发展举足轻重的作用。那么可以具体从几个方面谈谈吗?
黄艳：自从1947年第一支晶体管被贝尔实验室制造出以来，半导体行业得到了突飞猛进的发展。在这个信息飞速发展的时代，电子产品已成为国计民生的重要发展支撑。
在集成电路技术发展初期，其作为重要的国家战略资源，在军事技术中有广泛应用。再先进的武器装备失去其中关键的集成电路，就只能成为听不到、看不见、打不着的花架子。半导体技术很快从军用领域外溢到民用领域，深刻地影响了大众的日常生活。受益于晶体管技术的发展，从1960年代开始，晶体管收音机取代了笨重、耗电、昂贵的电子管收音机，走入了普通中国人的家庭，以至于晶体管收音机被很多人直接称为"半导体"。如今，半导体芯片的集成度已经发展到很高的水平。一个麒麟9000芯片中，已经集成了超过上百亿个晶体管。而当初一个晶体管收音机中可能只有三到五个晶体管。
近两年来，因为众所周知的原因，华为麒麟系列芯片无法正常生产，刚刚推出的mate50系列手机也只能搭载高通的4G芯片。在2022年，电动汽车和燃油汽车的交付也因为缺芯的问题延迟。
半导体对于当今中国的影响直观地体现在我国的进出口逆差上。据海关总署统计，2021年我国集成电路进出口额同比增长25.7%至5863.4亿美元，其中，出口同比增长32%至1537.9亿美元。进口同比增长23.6%至4325.5亿美元，保持进口额最大的单一商品地位。集成电路贸易逆差同比增长19.4%至2787.7亿美元，较2020年扩大了453亿美元。作为全球最大的芯片进口国，且集成电路产品贸易逆差持续扩大，强化集成电路产业基石作用显得愈发迫切。
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半导体行业并非只有“芯片"制造
全球君：大多数人对半导体的了解恐怕也仅限于"芯片"。您可以以对半导体领域整体的行业分工做一个简单的介绍吗?
黄艳：半导体行业从整体上可以分成三个环节，从上游到下游分别是设计开发、代工制造和封装测试。
芯片设计公司为半导体产业界提供集成电路芯片设计开发实现服务。在半导体行业，一般把仅从事芯片设计，没有其他制造、封测业务的公司称为Fabless或者Design House。比如国外的高通、博通、英伟达等公司，和国内的华为海思、汇顶科技等公司。而既有设计开发服务，又有晶圆制造业务的公司，一般被称为IDM公司。其包括英特尔、三星、意法半导体等。
由于集成电路设计行业分工的细化，还出现了提供为某些特定功能提供成熟可靠的IP方案的IP授权公司，比如ARM；以及提供电路设计与仿真工具的EDA设计软件提供商：Synopsys,Cadence, 以及Mentor Graphics等企业。
30年前，台积电开创专业芯片代工模式后，半导体产业的主流模式由以IDM独立完成芯片设计、芯片制造和封装测试的模式，转变晶圆代工厂专注于中段的芯片制造，与封装测试企业协力为芯片设计企业交付产品的模式。
代工制造和封装测试是重资产环节，涉及到包括硅片、靶材、光刻胶、高纯试剂、电子特气等原材料，以及晶圆制造设备、封装设备和辅助检验设备等。
目前我国的封装测试企业已经达到世界先进水平，芯片设计企业处于快速发展阶段，但是代工制造和国际领先水平尚有差距。
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芯片需求覆盖90纳米—5纳米制程
全球君：很多消费者通过智能手机了解到了5纳米、3纳米等芯片制造工艺的名词。在半导体行业中，对芯片不同纳米的需求量是怎样分布的？
黄艳：以中芯国际为例，2021年中芯国际来自90纳米以下制程的晶圆代工业务营收比例为62.5%。其中，55/65纳米技术的收入贡献比例为29.2%，40/45纳米技术的收入贡献比例为15%，FinFET/28纳米的收入贡献比例为15.1%。从应用领域来看，智能手机类应用收入占晶圆代工业务营收的32.2%。消费电子类应用、智能家居类应用、其他应用类收入分别占晶圆代工业务营收的23.5%、12.8%、31.5%。
作为比较，台积电2021年来自90纳米以下制程的晶圆代工业务营收比例为87%，其中65纳米技术的收入贡献比例为5%，40/45纳米技术的收入贡献比例为7%，28纳米的收入贡献比例为11%，16纳米的收入贡献比例为14%，7纳米的收入贡献比例为31%，5纳米的收入贡献比例为31%。对于台积电而言，大部分客户都停留在7nm。5nm以下大客户只有苹果、联发科、高通、AMD、英伟达、谷歌、特斯拉等大企业。7nm和5nm的产品包括CPU、GPU、AI、加密货币芯片、网络通信、5G、自动驾驶等芯片。
可以看出，受制于3nm制程昂贵的设计和制造费用，突飞猛进的制程军备竞赛有放缓的趋势。客户和市场始终在寻找性能和成本的最佳平衡点，而不是盲目地探索集成电路的微缩极限。虽然高端市场会逐渐被10nm、7nm等工艺占据，但是受益于单位芯片成本优势，40nm、28nm等节点并不会很快退出。
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新冠疫情和通胀等多重因素导致"缺芯"
全球君："缺芯"是这两年的热点话题，您能谈谈"缺芯"的具体原因是什么？
黄艳：我们观察到的近两年，有两波"缺芯"的浪潮：第一波是从2020年新冠疫情开始，手机、安防、汽车等行业均出现芯片缺货的情况。第二波是在2021年，碳中和政策加持下，电动汽车行业发展迅猛。以MCU(包括发动机ECU、传动系统ECU、底盘/安全气囊ECU)、防抱死制动系统(ABS)、高级驾驶辅助系统(ADAS)，电源管理等汽车芯片短缺为主的缺芯情况。
从宏观上来看，自2020第二季度开始，疫情导致全球半导体产业链产能利用率下滑、远程办公/线上教育的强劲需求带动2020年计算机/服务器相关芯片出货显著提升，半导体产能恢复进度落后于需求。
但是从2021年开始，美国引领的一波全球通胀，消费电子的热潮很快变寒潮，此时消费电子芯片的备货在2021年底已经到达历史高位。而汽车电动化/网联化/智能化渗透率的提升对芯片的需求凸显，各fab端对汽车产能配置不足，自然灾害和事故等因素加剧了芯片短缺状况。比如2021年2月，美国得克萨斯州出现罕见寒冷天气，造成了三星、恩智浦、英飞凌等公司在当地的晶圆厂部分减产或停产；同月，日本福岛东部海域发生7.3级地震，影响了信越化学、SUMCO、瑞萨、铠侠、索尼等半导体材料及晶圆代工厂生产；2021年3月，瑞萨日本茨城工厂因为电线短路发生火灾，包含12英寸汽车MCU产线，影响了对日产、本田、斯巴鲁等整车厂的供货。
芯片的周期性短缺以及结构性短缺，经过放大传导消费市场，造成了消费者对于"缺芯"的最直观的印象。
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中国半导体行业面临的难题和突破口
全球君：随着中美之间在高科技领域的竞争越来越激烈，中国大陆近年来对半导体芯片领域的投资热情高涨。而美国对中国的技术限制也越来越多。那么，未来中国在半导体的哪些细分领域会面临难题，又在那些领域能取得突破？
黄艳：目前看来，我们国内在细分领域面临的难题在于高性能、大算力、复杂系统的芯片的设计以及制造，如HPC、GPU以及车规级MCU、记忆体等。
由于目前的科技行业受国际关系的影响，最大的风险会在高端fab(14nm以下)产能扩张的限制。目前EUV光刻机，及EDA对国内部分企业禁运，就是这些风险的体现。
随着芯片供应链-材料设备本土产业化的进展，我们的产业还会在窗口期内快速发展，存储Dram在2022年实现了19、17nm的量产突破，以及3D NAND 128层的量产，化合物半导体全链也会快速成长，中国未来5-10年有机会诞生一批像镁光、英飞凌这样的行业领袖。
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"缺芯-扩产-产能过剩-削减产能"
是行业特性
全球君：近期，因电子产品需求下降，英伟达、镁光、英特尔、AMD等美国大型半导体企业都纷纷发布业绩预警。而同时，美国、欧洲、韩国、日本、中国大陆和台湾地区都在进行大规模的半导体项目投资。这种情况持续下去，会不会在几年后，导致全球半导体行业产能过剩？
黄艳：芯片作为新型的工业粮食，产业景气度和经济的环境是息息相关的。和原油，钢铁类似，芯片的需求和经济周期紧密挂钩。这个行业是一个天然的周期性行业，因为产能增加一般需要2年时间，但是需求增长一来，半年就能起来，供不应求-缺货-涨价，缺货的制造企业会扩产，但扩产很快使得产能过剩，导致整个行情变差，变成了一个波峰和波谷明显的行业。每5-6年经历一次"缺芯-扩产-产能过剩-削减产能"的周期。
本来芯片行业在2018年到2019年处于衰退周期中，正常到2020年的时候，芯片还会处于下行周期。但疫情导致2020在线办公有个超级需求，而今年因为消费疲弱，电子产品和手机全年出货会减少15-20%，CINNO Research数据显示，2022年第一季度，国内IC设计厂商平均存货周转天数增至192天，较2021年第一季度增加约58天。全球fab的产能结构正在由消费类向工控、汽车方向偏移。
类似的周期性过剩的情况会每三五年来一次，长期看，全球芯片需求侧仍将稳步增长，国内特别是汽车芯片、高端工控、6G应用的高端需求(28nm以上制程)会长期支撑产能扩张。
注：文/全球君，文章来源：美通社，本文为作者独立观点，不代表亿邦动力立场。
文章来源：美通社
