晶片持續缺貨 中國半導體能否「出頭天」?

作者 : 邵樂峰,EE Times China

造成當前全球晶片缺貨的原因,既包含偶然因素,也有必然因素。偶然因素是過去發生的中美貿易摩擦、華為囤貨和一些工廠的關閉,而必然因素是…

20年以來最為嚴重的缺貨情況,讓當下的半導體產業「談晶片色變」。因何開始?何時結束?全球和中國半導體產會因此受到哪些影響?眾多熱點問題始終牽動著產業人士敏感的神經。日前,Gartner研究副總裁盛陵海接受了包括《電子工程專輯》中國版(EE Times China)在內的媒體採訪,對當前全球半導體發展的現狀和趨勢進行了詳細解讀。

全球晶片缺貨為偶然與必然的疊加

盛陵海認為造成當前全球晶片缺貨的原因,既包含偶然因素,也有必然因素。偶然因素是過去發生的中美貿易摩擦、華為囤貨和一些工廠的關閉,其中,中美貿易糾紛導致一些中國企業進行了備貨。市場出現缺貨後,很多大型公司也提升了庫存需求,從而造成整體需求量大大超過可以提供的產能。

而必然因素,是在整個半導體的週期中,大約兩三年會產生一個週期,而目前正處於一個供不應求的高峰週期。簡單回顧,2019年實際上是一個供過於求,也是整個半導體市場下滑的時間點;再往前推兩年,2017年則是一個高峰。半導體公司往往會在高峰時期會進行大量投資,投資產出的兩年後則又產生供過於求的情況。

 

 

在「供過於求」的周期間,即2019年及2020年上半年,考慮到新冠疫情的影響,很多半導體公司降低甚至是延遲了投資。因此,從整個投資週期來看,2021年當下產能的增加實則是前兩年投資所產生。由於產能增加的缺失,目前的5G手機,以及如今已漸衰退的比特幣在上半年的需求,新冠疫情造成的筆記本、伺服器、資料中心的需求,均無法得到滿足。

Gartner預計,這個時間週期會延遲到2022年的第二季。

全球半導體市場產能預測

基於全球半導體產業現狀,Gartner對以12吋為主的先進製程和以8吋為主的傳統製程進行了以下的預測:

12吋產能增加主要是5nm及以下、55nm/65nm。

 

 

從下圖預測中可以看到,5nm及以下先進製程的產能增加最大。2021年,5nm的升級版4nm將會出現,明年的目標則是3nm。與此同時,55nm/65nm也會是一個比較大的成長點。主要原因是目前55nm的需求量非常大,所以儘管是較老的製程,但需求量在未來幾年仍然會有比較大的增加。此外,28nm、14nm、16nm都有較大的增加機會。

傳統製程集中在8吋晶圓

傳統製程大多數集中於8吋晶圓,但目前8吋晶圓產能非常緊缺,且新廠投資不足,均以擴產為主。盛陵海分析稱,這是因為過去很多年間8吋產能過剩,導致價格「跌跌不休」,谷底時期只有大約300美元。很多工廠,尤其是日本的一些半導體企業關閉了8吋的產線。同時,5G手機對PMIC、類比電路需求量有比較大的增加。尤其是PMIC,其製程集中在180/150nm,主要為8吋和少部分12吋,並不會有大幅度的提升。需求量的增加隨即導致目前功率相關元件缺貨情況非常嚴重。

 

 

目前來看,針對8吋產線沒有新廠的投資,大多數投資均為擴產。比如中芯國際的財報中顯示大約會增加45,000片的擴產計畫。擴產實際是為了滿足增加的迫切需求,但要徹底解決8吋製成緊缺的問題,仍需要將8吋的產能轉向12吋。因為12吋產能產出大,同樣時間條件下,其產出可達到2倍多,這一點從台積電(TSMC)使用12吋晶圓為聯發科(MTK)生產PMIC電源產品,華虹巨集力使用12吋晶圓進行BCD電源產品製造就能看出。

「全球半導體的投資在今年也將有一個較大的躍升。」盛陵海指出,過去幾年間,2019年呈現了下滑態勢,由於缺貨、短缺的情況,2021年則有超過20%的大幅度增加。這些成長主要實現在以下幾個方面:一是先進製程,以及目前緊缺的28nm製程上;二是NAND Flash方面的投資會有比較大的增加,DRAM情況稍好,因為DRAM廠商為了控制整個市場的高位價格,其投資較為保守;三是一些中國半導體公司均在向12吋轉移,即用12吋工廠生產90nm以下或55nm以下產品,合肥晶合、廣州粵芯等都在進行此類嘗試。

Gartner預估,2021~2025年全產業資本支出將一直維持在1,300億美元以上的高位,其中大部分將投入到NAND快閃記憶體、先進製程製程(5奈米及以下)和12吋成熟製程(90/65奈米等)上。

 

 

與中國半導體有關的三個預測

在看過全球市場後,將視線轉向中國市場。

放眼整個半導體全產業鏈來說,中國的半導體企業在整個上下游的市場滲透率及全球位置方面,仍然處於較低的水準,尤其是設備、材料技術障礙非常高的產業上游。在封裝測試、光電元件、感測器和離散元件、晶圓製造上,中國的市場份額均達到兩位數。FAB差不多佔10%的份額,封裝測試佔比最高達20%,但其面臨的問題是如何向先進封裝進行拓展。盛陵海指出,現階段,中國還是缺少如士蘭微這樣的IDM類型的公司。

實際上,中國從五年前開始就已在半導體自由化方面付諸了很多努力,Gartner也因此對中國市場的現狀進行了一系列預測。

 

 

第一個預測是在2025年,中國半導體公司在中國市場將有機會從當下15%的市佔率突破到30%。「我聽到過很多不同的聲音,認為這個比重可能低於10%。」 盛陵海表示,實際上,「低於10%」的看法也是對的,因為部分在中國生產的國外代工產品,基本不會使用中國晶片,而是選用海外晶片,從這一點來看,低於10%的預測同樣有跡可循。但是如果考慮到中國自有,中國電子企業使用國產晶片比例也在不斷增加的情況,去年15%的市場份額,在今年很有可能甚至肯定會有一定比例的下降。但今年上半年的中國半導體企業,遇到了千載難逢的缺貨時機,已有較大的進步,很多公司都得到了較多的成長機會,在海外的一些客戶也獲得了一些機會。

第二個預測是前十的中國半導體購買者基本上是電子製造企業,OEM或者是ODM。目前,中國排名前十的電子產品製造企業均擁有自主晶片設計的能力,OPPO、小米、美的,甚至於百度、阿裡巴巴等企業都已在建立自己的團隊。建立自己設計團隊的主要好處就是在形成一定量級的規模後,便可降低採購成本。此外,企業也可以發展自己獨立的技術、做一些差別化、專有的技術與產品。

但這些企業同時也面臨挑戰,包括:企業能夠做到怎樣的量級、產品的設計能力、性價比是否能滿足需求等。當下,大多數企業在起步初期均處於「燒錢」階段,發展比較困難。所以大公司的行動會更為積極,因為他們在財務方面的境況較好,而且大公司及在中國環境下投資半導體常會得到政府的補助或其他支持。

第三個預測是相比2020年,中國半導體市場的投資規模在2023年會實現80%的增幅。主要原因源於中芯國際、長鑫存儲、長江存儲,以及其他一些新興的中小規模晶圓工廠投資。在2023年,投資規模將有機會達到一個可觀的峰值。

下圖是Gartner從公開管道收集,Pitchbook整理的中國半導體企業,以及相關企業獲得的投資規模資料。

 

 

可以看出,資料被分成兩部分:其一,是非生產型的半導體公司;其二,是生產型的半導體公司。在近兩年間,「非生產型的半導體公司」融資已有非常大的提升,一些GPU公司、自動駕駛、「第三代半導體」的投資規模都在逐步增加。同時,華為、小米、英特爾(Intel)、高通(Qualcomm)、三星(Samsung)等海外企業也在中國積極地進行投資。而對於生產型企業來說,規模很大、上下起伏的狀況也同樣存在。從公開的資訊來看,過去五年裡,「投資案」的數量增加了2倍。

2020年為什麼會有那麼大幅的增加呢?盛陵海認為這應歸功於科創板的出現帶動了整個投資的熱潮。「原來投資半導體公司為什麼很謹慎?因為整個回收週期很長,難以在投資後馬上獲利。而科創板,實則是為政府政策給投資人打了一劑強心針或說是興奮劑,讓很多的投資逐漸集中於半導體產業。,盛陵海說,不過,這肯定也會帶來一些弊端,例如過度投資或者是過高的競價。

但整體而言,此類投資、特別是市場化投資肯定也帶動了一批企業的成長。像原本在網際網路產業很有名的高瓴資本、紅杉資本,這兩年間都開始涉足半導體企業。雖然他們成功提升了價格,但另一方面他們也是投資,投資規模也有助於一些新興公司能儘快地在產品方面進行創新或是利用最先進技術打造產品。

海思「退位」 誰來爭第一?

從中國半導體公司2020年排名來看,海思半導體遙遙領先。但由於受到美國制裁,其在2021年可能會遇到雪崩式的滑坡,那麼,接下來哪些公司有潛力能夠取代海思的位置?

 

 

根據盛陵海的分析,排名第二、第三的韋爾半導體(Willsemi)和安世半導體(Nexperia),其產品相對比較單一,很難斷言這些產品是否可以在短時間內迅速成長;中興微電子去年營收超過8億美元,但估值偏低;匯頂和格科微具有一定潛力。總的來說,排名前十的半導體公司近年的營收成長十分迅速。相比十年前,年營收1億多美元的公司便可進入前十名榜單,但現在的營收額要超過5億美元才有機會。但高速成長並沒有體現在全球市場份額上,目前中國排名前十的半導體企業全球市佔率只有約6.7%。

下圖預測了中國晶片在全球佔比達到10%的市場。綠色代表規模很大、很重要的產品,10年內市場份額仍處於1%以下的產品包括:DRAM、伺服器、PC、車用半導體、GPU、MEMS感測器、FPGA。

 

 

如上所述,DRAM、處理器、微處理器、FPGA、GPU、NAND Flash這些產品與上一層級間仍存在較大的差距,基本上是空白,預測兩年後有機會將中國的產品市場份額推升到第二層級,也就是5%以上。當然,要到達第一層級,即超過10%份額,還需要更多的努力。

 

 

只差8個中芯國際嗎?

從全球晶圓代工市場比重來看,中國市佔率的成長相比2019年,將會有近乎翻倍的成長,位列第二。台灣仍會佔據最大的市場比重,這也是為什麼美國希望把台灣一部分的市場份額和生產能力轉移到美國去的原因。

 

 

從投資角度來看,儘管前十名中的三家中國企業(中芯國際、長江存儲、長鑫存儲)佔據了6~8名的位置,但與前五位相比,仍然存在很大的差距。因此中國有必要進行大規模的投資建廠和擴產。

 

 

在回應「中國晶片產能缺口還差8個中芯國際」的說法時,盛陵海表示,這個說法可能是為了讓大眾更好地理解中國半導體目前多建廠、多擴產的現狀。不過,他認為中國對半導體的需求不斷增加,中國建廠擴產的前提應該是產品是否有競爭力、涵蓋哪些製程,過去幾年晶圓廠一直不願擴產的原因是需求不足,或者競爭力不足。如今要發展中國國產供應鏈,更應該在更大的層面有效率有規劃的建廠,例如哪類晶片供應最緊缺,哪類產品更有競爭力,朝著全球第一的目標去建設,這樣的建廠和擴產才更有意義。

那麼,擴產之後 ,是否又會出現產能過剩的情況?盛陵海表示,這是一定會出現的問題。但不必感到恐慌,因為這其實是一個正常的循環。「半導體每兩三年的週期變化,正是因為晶片短缺時大家進行投資,造成兩三年後的產能供過於求。若沒有新的產品出現,例如5G手機這類需求量較大的產品,產能就會過剩。這時,大家又會趨於相對保守。再經過兩三年,又會出現新產品帶動新需求量。」他說。

因此,現在的投資會造成未來2023年、2024年發生供過於求的現象。但可能存在一些廠商由於產品好,依然供不應求的情況,但是其他廠商則處於供過於求的狀態。在一個市場中,不能斷言供應和需求是完全匹配的,基本上都會是在整體平衡的上下進行不停的振盪。即使發生供過於求的情況,一些規劃做的比較好的企業,如台積電,仍然會在市場裡面保有自身的競爭力。

繞不開的中美關係

從產業整體來看半導體生產和供應的比例,東亞超過70%,美國只有11%;從封裝角度上來看,美國低於10%,東亞,包括東南亞,集聚度非常高。此外,全球70%的電子產品是中國製造,即便受到疫情的影響,中國仍保持了出口的成長,原因在於馬來西亞、印度、越南等國家無法進行生產,不少產能又轉回中國。

 

 

在過去4年裡,很多中國企業嘗試走向海外,但出去後發現,投資環境、基礎設施,以及工作效率等都與中國存在差別。基於此,很多企業雖然在當地建立了生產基地,但無法迅速且徹底的實現產能轉移,中國仍然承擔著主要部分。換言之,無論是產能,還是電子產品的製造,均是中國和美國之間博弈較為關鍵的地方。

近些年,美國進行了加稅、建立實體清單、禁止中國企業進入美國市場、設立技術/標準壁壘、投資幾百億美元用於發展本國半導體產業等一系列做法。而中國的應對之道,更偏重於「修煉內功」,整合資源,例如持續保持對外開放、國際中國雙迴圈/新基建策略、建構5G/新能源體系、加速實現「碳達峰/碳中和」目標等。

華為其實在這其中有很大作用,因為華為不能用美國公司的晶片,所以它就多找一些中國的「替代者」。這些「替代者」華為一旦認證了,其他公司也可以用。中國企業也在投資自己晶片設計的團隊,中國本土供應鏈在不斷的成長中,從一些手機廠商、手機OEM一些料單中也可以看出,雖然主晶片還是國外的,但是次要的周邊的晶片裡中國廠商的產品名字出現的次數越來越多。

「中美之間競爭的關鍵並不是其他方面,而是以半導體為代表的高科技領域。」盛陵海表示,半導體晶片產業具有較長的產業鏈,美國或是美國可以控制的國家和地區掌握了絕大部分話語權,不過,當前中國已發佈了包括科創板、鼓勵民間投資、國家投資在內的多項政策,都在推動中國半導體產業的發展。

他建議可以從四個維度來看待中美間的競爭:開放的生態、封閉的生態、全球市場和中國市場。在全球市場要利用既有的開放生態,同時也要儘量打造「Made in China」產品品牌並提升產品品質,以期佔領更多的市場。從中國市場來看:一方面,要利用開放的標準去梳理中國標準,也要進入全球生態;另一方面,在中國先新建,然後向外走,透過「一帶一路」的策略往外輸出標準、輸出技術。同時,建立「底線思維」,確保即使出現中美「硬脫鉤」的情況,也不會受到很大的影響。

本文原刊登於EE Times China網站

 

 

 

 

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