芯片荒面面观

　　2020年四季度以来的“芯片荒”，与制造业的发展息息相关。汽车行业更是深陷其阻，受车规级MCU芯片供给不足的影响，全球汽车市场无奈减产。由于车规级芯片通常安全级别比消费级或工业级的芯片更高，这也就意味着车规级芯片生产周期更长，一般需要3至6个月时间。此外，在智能操控及通讯方面越来越炫的平板等电子消费产品、5G基础设施布局等行业也受此波及，交付滞后。

　　从各大媒体的报道以及芯片企业的自述中，不难发现，疫情及灾难气候等带来的供应链停摆及生产停滞、居家个人电子类产品的需求猛增，以及中国汽车行业“意外”出现的复苏等，都是这场芯片荒的导火索。另一方面，芯片产业的关键技术部分掌握在少数人手中的生态也是加剧这一现象的原因之一。

　　据全球最大的晶圆代工企业台积电（占全球56%代工市场份额）预计，该公司2022年的产能供应仍将十分紧张，缺芯危机或将持续至2023年。形势一片严峻。

　　2022年是否会出现转机？

　　从麦肯锡的一则分析报告中⸺历史数据显示半导体需求量在2014到2019年间平均每年增加3%。在经历了2018年至2019年初的行业低潮后，2019年半导体产业开始复苏。按照疫情前的预测，2020年至2022年的年增长率应该在7%左右。

　　但是因为疫情带来需求的先抑后扬，使得供应链上各个环节和客户均增加备货，以及牛鞭效应带来的重复下单，使得2022年的半导体需求预期增加25%。这意味着按照历史数据预测的2022年的半导体总需求量，从等同于0.86亿片12寸晶圆，增加到1.08-1.24亿片。

　　虽然今年半导体行业的IDM和晶圆代工厂努力扩充产能，采取了包括开设新厂，扩充现有晶圆产线，以及提高生产率等措施，但是2022年能够增加的供给仍十分有限⸺晶圆总产能也只等同于0.978亿片12寸晶圆，不能满足因为库存增加和重复下单带来的需求增长。

　　同时，考虑到不同的芯片采用的技术和工艺有差别，晶圆厂在切换生产不同的产品的过程中，还会损失一些生产时间和部分产能，实际可用的总产能还要下调10%。这意味着半导体产业在2022年可用的实际产能为0.89亿片，供应量仍然捉襟见肘。

　　从具体的制程节点来看，2022年22-65纳米先进制程及部分成熟制程仍然有结构性的供需失衡，甚至可能在2023年也不能完全解决。意味着传统燃油汽车、电动汽车、电机驱动与工业控制等应用所需的控制器芯片仍有短缺，这涉及到一些业内广泛使用芯片产品类型，例如微处理器芯片，电源管理芯片和功率器件的驱动芯片等。但值得期待的是，22-65纳米将成为晶圆厂的“蓝海”。

　　而90纳米以上的传统制程总体上在2022年将达到供需平衡，并且在在2021-2025年供应和需求的增长速度都在3%预计左右，也就是说传统制程将维持脆弱的平衡。14纳米以下的尖端制程则因为只有台积电、三星和英特尔寥寥几家代工厂或者IDM可以生产，此段节点的供给增长速度将低于需求的增加速度。

　　各国政策响应打响聚“芯”保卫战

　　在芯片问题上，从发达的欧美国家到近年来不断注重核心领域攻坚的中国，似乎都在进行一场无声的较量和布局。

　　从中国来看，刚结束的全国两会上，车规级、大算力芯片的国产化，聚焦芯片材料摆上提案。专家们建议从政策、金融、技术等多维度来推动渡过这一难关，彻底摆脱在技术保护主义方面的抬头。

　　欧美等国在半导体制造中的市场份额近年来正逐渐缩小。根据美国半导体行业协会（SIA）的数据，美国全球半导体制造的份额已经从1990年的37%下降到今天的12%。预计到2030年，美国的全球产能份额将进一步下降到10%。与此同时，欧洲在半导体制造方面的优势也在不断减少。自从多家欧洲企业，例如德国英飞凌科技、佛朗哥意大利微电子和荷兰恩智浦将芯片工厂迁移到亚洲地区之后，欧洲90%的半导体芯片需从中国台湾和韩国进口。

　　在此背景下，欧美政府陆续出台政策，加大对半导体行业的支持。早前出炉的《欧洲芯片法案》（EuropeanChipsAct）草案就提出，到2030年，欧盟计划将在全球芯片生产的份额从目前的10%增加到20%。围绕这一目标，欧盟提出了包括政府公共资金支持、扶持更高级别的生产工艺等一系列手段。据专业人士剖析，该草案中带有扶持性质的资金大约分为两部分：其中一部分为公共投资，总额为300亿欧元，主要用途为扶持现有的半导体研究以及相关创新项目；另一部分为公共投资和私人投资，约150亿欧元。两者加总，《欧洲芯片法案》草案所涉及支持资金的总额约为450亿欧元。

　　在此之前，美国众议院通过了《2022年美国竞争法案》（America Competes Act of 2022），这一法案还须在参议院获得投票，经由总统签字后推行。法案内容旨在促进美国半导体制造业的大规模投资。其中巨额投资项目包括帮助半导体行业的约520亿美元拨款和补贴，以及加强高科技产品供应链的450亿美元。值得关注的是，英特尔和三星等大型芯片制造商近期就宣布了在美国建立新工厂的计划。

　　芯片制造或迎利好

　　除了这些政策推动为各地区芯片产业发展带来的利好消息外，同样值得关注的是生产端的新机会。如果根据不同阶段的产品样式来划分，大致可把芯片生产流程梳理为：高纯度单晶硅片生产⸺光刻机的使用⸺蚀刻⸺气相沉积和离子植入⸺研磨与切割⸺芯片封测，这一系列流程完成后便可交付用户了。

　　在过去，光刻、晶体管设计和材料可谓半导体工程的三大支柱，但随着摩尔定律逐渐走到极限，目前封装已成为代工厂、OSAT（封装代工厂）、以及芯片设计厂商都竞相关注的一环，其在宏观层面影响功耗、性能和成本，在微观层面则影响所有芯片的基本功能。通常来说，大多数的半导体器件都封装在陶瓷、金属或塑料中，以防止损坏芯片及其脆弱的连接线。

　　自80年代中期，封装已经成为我国半导体供应链中的关键环节，而现在先进封装更是成为中国半导体行业的技术重点。根据封装技术发展特点和实际的市场应用需求，先进封装技术正朝向更小体积，更低功耗，更低延迟，更多功能集成的方向不断前进。值得一提的是，较晶圆级封装（WLP）更具成本优势的板级扇出封装已经成为研究及产业化热点。