芯片行业再起波澜,仍需要 2-3 年的时间实现供需完全再平衡

集成电路是现代信息化产业的基石,并高度融合到社会发展的各个领域。随着数字化转型的加快,网络通信、工业、消费电子、汽车等领域的强劲增长将推动半导体集成电路快速发展。

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但市场规模快速增长的同时,半导体行业隐忧不断,波澜四起,缺芯、价格上涨的现象发生在全球主要经济体、主要应用领域中,汽车、智能手机、消费电子等领域都出现了不同程度的芯片短缺问题,此外,缺水、停电、疫情防控等情况也给半导体行业带来了沉重压力。

缺芯具有普遍性,汽车芯片短缺最为突出

目前芯片短缺具有普遍性,Strategy Analytics 射频 & 无线元件服务总监 Christopher Taylor 表示,芯片短缺影响了数字处理器、显示驱动、Wi-Fi 和蓝牙 soc、网络芯片、DRAM 和其他用于消费电子、个人电脑和网络设备以及汽车的芯片,其中汽车受到的影响最为严重,缺芯现象也是从汽车行业蔓延至其他领域的。

赛迪顾问集成电路产业研究中心高级分析师杨俊刚也表示,全球芯片短缺问题确实比较突出,主要是汽车电子芯片的缺货量最为严重,其中以 MCU 缺货为主,传感器和功率半导体相对 MCU 缺货较轻。同时包括 CPU、FPGA、5G 天线、滤波器等芯片产品都出现了缺货的现象,存储器 DRAM、NAND FLASH 等标准型产品影响较少。

据 Susquehanna Financial Group (SIG) 的最新研究显示,5 月整体芯片交期为 18 周,较 4 月增加 7 天,这是 2017 年 SIG 开始追踪以来最长的交货时间,比 2018 年的高峰多逾一个月。这样也表明了芯片制造仍难以跟上需求。

SIG 分析师还表示:尽管芯片整体交期延长,但某些领域正开始赶上需求。微控制器 (MCU) 交期减少了一个多星期,而类比 IC 交期延长的速度也正在放缓。但显然,这点微末的向好趋势并不能缩短产业链恢复生态的调整周期,那么这场罕见的缺芯现象究竟是如何产生的?

半导体短缺将持续到 2023 年

杨俊刚指出,全球缺芯原因主要是由多个因素叠加构成:

一是受疫情影响,全球汽车厂商出货预期下调,减少晶圆代工厂的订单,疫情后续汽车市场复苏早于预期,汽车电子厂商想要调整产能比较困难,因为之前减少的产能已经被其他产品所占据。

二是为积极应对疫情,加大了对防疫物品的需求量,晶圆代工厂优先安排生产防疫物品所需要的芯片。

三是受几大手机厂商疯狂备货的原因,晶圆代工厂纷纷为利润高的手机芯片调整产能,导致其他芯片出货受影响。

四是随着新一代信息技术的快速发展,疫情时期对电子产品需求量的增加,尤其手机、网络设备、娱乐产品的销量提升,加速提升了对芯片的需求。

五是受疫情、地震、断电、风暴等非人为因素影响,导致部分晶圆代工厂停产,在重新启动需要 1 个月至 2 个月的调整期,全球整体的晶圆产能大受影响。

Strategy Analytics 手机元件技术服务副总监 Sravan Kundojjal 在形容缺芯的严重程度时这样说到:“几乎每个行业都受到短缺的影响,前沿芯片和成熟节点芯片都存在不足。半导体短缺致使几乎所有公司的营收都受到了打击,例如,由于供应短缺,苹果将在 2021 年第二季度损失 30 亿至 40 亿美元的收入;三星由于 2021 年第一季度得克萨斯州的暴风雪,也损失了非常可观的收入;成熟的节点芯片出现了巨大的容量紧缩。目前,业内大多数公司预计半导体短缺将持续到 2023 年。”

半导体行业仍需要 2-3 年的时间来实现供需完全再平衡

全球产业链将如何应对缺芯现象?对此,IT 互联网分析师、钉科技创始人丁少将表示,应从两个方面应对缺芯,一方面是积极扩充产能,另一方面是进行产能和产品结构调整,使资源向短缺更为严重的产品倾斜。

在扩展产能方面,目前全球对缺芯问题高度关注,得益于各国政府的强势推动及产业界各方的努力,各大晶圆代工厂产能持续满载,晶圆代工厂包括台积电、三星、联电、格罗方德、中芯国际等厂商都在积极扩产,通过增加产能来应对缺芯。全球 Fabless 大型企业还通过自己购买或租赁设备来帮助晶圆代工厂进行扩产,以保证产能。例如,联发科在去年 11 月就曾宣布斥资 3.72 亿元向泛林半导体、佳能株式会社以及东京威力科创等设备厂商购买芯片制造设备,租给晶圆代工厂 —— 台湾力晶积成电子制造股份有限公司使用。高通 (Qualcomm) 和恩智浦 (NXP) 等半导体供应商也试图通过与代工伙伴签订长期协议来获得更多产能。

Christopher Taylor 表示,要增加产能超过 5% - 10% 左右,通常需要扩大生产洁净室的地板空间和增加新设备,这是一项昂贵且耗时的工作。电子产品生产商在某些情况下能够找到芯片的替代供应来源,或重新设计他们的产品,以使用更广泛可用的芯片,这几乎是不可能实现的。

因此建设晶圆厂依旧是提高产能的最好办法,但需要等待。SEMI 发布的最新一季《全球晶圆厂预测报告》显示,全球半导体制造商将于今年年底前启动建置 19 座新的高产能晶圆厂,2022 年开工建设另外 10 座晶圆厂,以满足广大市场对于芯片不断增加的需求。

SEMI 中国台湾地区总裁曹世纶指出,随着业内推动解决全球芯片短缺问题的力度持续增加,未来几年这 29 座晶圆厂的设备支出预计将超过 1400 亿美元。

在产能及产品结构调整方面,各代工企业除了完成既有订单之外,纷纷加满产能应对汽车芯片短缺。据相关媒体披露,台积电 2021 年将优先将产能分配给汽车芯片和苹果今年第三季度的订单,其次是个人电脑、服务器和网络设备的芯片订单,消息人士表示,台积电将继续解决供应短缺问题,且必须根据盈利能力和其他原因选择订单。

中芯国际相关发言人曾表示,成熟制程到今年年底产能将持续满载,新增产能主要在下半年形成。从 2021 年一季度财报看,中芯国际的主要产能还是集中在成熟制程上,55/65 纳米制程的营收占比最多,为 32.8%。

半导体行业也正试图通过增加资本支出投资来解决半导体短缺问题。例如,台积电将在 2021 年支出 300 亿美元的资本支出,并将在未来 3 年内支出逾 1000 亿美元以提升产能。英特尔、环球晶圆、联华电子、中芯国际、三星代工等其他公司也对不断增长的半导体需求做出了回应,以提高产能。

此外,Sravan Kundojjal 表示,美国和欧洲为了将半导体制造业迁至本国作出了一系列努力。例如,英特尔 (Intel) 正利用其 IDM 2.0 战略来推销其陆上制造业务。然而他认为,半导体行业仍将需要 2-3 年时间来实现供需完全再平衡。

实现完全自主可控需要相当长的时间

芯片短缺使得各国政府和企业愈加重视半导体行业,对于中国而言,面对“卡脖子”和芯片短缺的双重压力,更是倡导举国体制下发展半导体。丁少将表示,中国企业缺芯有部分原因来自美国方面的刻意打压,而不完全是产能不足或者灾害等因素影响。目前来看中国半导体产业正在加速推进产业自主进程,但这不是一蹴而就的事情,既需要大量人才、技术、资金的投入,还需要整合全球资源。因此,核心软件、设备、材料等的完全自主可控,还需要相当长的时间。

Christopher Taylor 指出,中国拥有世界一流的电子生产能力,良好的半导体封装和测试能力,但 EDA 软件和半导体生产设备的自足率较低,而美国一直在阻碍黑名单上的中国企业购买美国 EDA 软件和设备。

不过,即使有 EDA 来设计芯片和制造芯片的设备,通常也需要至少两年的时间来建立和运行半导体工厂,而中国将需要更多新的工厂来满足需求。中国已经计划了大约 30 家新的晶圆厂,但可能需要更多的晶圆厂才能满足其半导体需求的 30% 或更多。

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