“缺芯潮”席卷全球，到底还要持续多久？长荣场站
▲德国一家2021年新建成的车用芯片工厂。
“缺芯潮”如何重塑半导体产业
4月中旬，全球最大晶圆代工厂台积电的台湾工厂发生停电事故。有研究机构预测，仅停电半天，报废晶圆损失或超过2000万美元，一大批客户受到影响。6月初，台湾封测厂京元电子暴发外籍员工群体感染，确诊人数超过200人，2000多人停工居家隔离，预计6月产量将减少30％~35％。台湾疫情向半导体产业的蔓延，让全球芯片产能雪上加霜。
此前，同样引发人们忧虑的是台湾遭遇半个世纪以来最严重的干旱，由于需要清洗厂房与硅片，晶圆代工厂耗水量巨大，为保证其用水，约占台湾灌溉面积五分之一的农田停止灌溉。
这足以显示台湾晶圆代工产业的地位，美国半导体行业协会甚至提出极端假说称，如果台湾半导体代工厂停工一年，全球电子产业将面临4900亿美元损失。台积电创始人张忠谋将1987年创办台积电与晶体管、摩尔定律等量齐观，视之为改变半导体产业的创造。台积电与晶圆代工业务的兴起确实深刻改变了半导体产业，使之成为全球化程度最深的产业之一。长荣场站
但是这一轮“缺芯潮”引发了供应链安全隐忧。欧美对半导体产业过度集中于日韩、中国台湾地区表现出了担忧，提出一系列刺激计划吸引芯片产业回流，中国的芯片产业链国产化进程也在提速。芯片制造的全球“军备竞赛”已经拉响，半导体产业现有格局或将被重塑。
模式之争
从各国家、地区半导体产能占比变迁中可以发现，1990年台湾半导体产能几近于零，此后一路扩张至2020年的22％，这是台积电等晶圆代工厂崛起的结果。
半导体产业有两种模式，一种是IDM模式，即芯片设计、制造等环节集于一家公司，比如英特尔、英飞凌等；另一种则是代工模式，由台积电开创，兴起于上个世纪90年代，核心是芯片设计公司无须涉足制造、测封等环节，相应诞生了一批像高通、英伟达、联发科这样的无晶圆厂商。由于无须同时承担设计环节的高研发投入与制造环节的重资产投入，无晶圆厂商的营收增幅往往快于IDM厂商。
尽管IDM厂商在2019年仍拥有全球半导体近七成产能，但在更多应用先进制程、手机SoC（系统级芯片）所属的逻辑芯片领域，代工模式占据近八成产能，被认为是产业主流。
“IDM模式的弊端之一便是企业倾向于追求利润率高的产品，如果将设计与制造环节分开，代工厂无论生产附加值高或低的产品，同样赚取代工费用，有利于产业生态更为均衡。”复旦大学微电子学院教授、矽典微联合创始人徐鸿涛博士告诉《中国新闻周刊》，这也是在代工模式下半导体产业得以迅速发展的原因。
但是在这一轮“缺芯潮”中，IDM企业显示出供应链更为稳定的优势。中芯国际创始人张汝京就曾表示，在当前阶段，下游制造环节对上游设计环节的支持十分重要。但是在代工模式下，晶圆代工厂扩张产能往往谨慎，这是全球半导体产能始终处于紧平衡的重要原因。
其实去年以来代工厂扩张产能动作频仍。3月底，台积电宣布将在未来3年投资1000亿美元增加产能，并且支持高端制程技术的研发，一改此前“稳健扩产”作风，要以5倍的速度建厂扩产，中芯国际也在一年之内两度宣布扩张28nm及以上成熟制程的产能。
尽管如此，多位业内人士告诉《中国新闻周刊》，从扩张产能的规模看，代工厂仍在谨慎行事。这与代工业务的特点有关，在芯片产业链的全部资本支出中，制造环节占比高达64％，但增值仅占比24％。“晶圆代工的毛利率并不高，一旦产能利用率不高，晶圆厂或许就会陷入亏损。”酷芯微电子董事长姚海平告诉《中国新闻周刊》。
一位晶圆代工厂人士向《中国新闻周刊》解释，“晶圆代工厂在扩产前，都需要已有工厂的产能利用率达到相当水平，如果已有产线产能利用率只有百分之七八十，再扩产往往意味赔钱，伴随设备等大量资本投入的折旧压力就不小。”
尽管在这一轮“缺芯潮”中，一些代工厂正在密集调研下游的真实需求情况，但徐鸿涛告诉《中国新闻周刊》，“简单的晶圆厂也要投入几十亿美元，高端晶圆厂的投入往往达上百亿美元，代工厂在做这样量级固定资产投入时也会心虚，会考虑激增的需求是短期的还是长期的。”而有国内芯片设计公司负责人告诉记者，一些代工厂为了确保未来产能，甚至会要求企业提前确定明年、后年的需求，并且支付30％的保证金，“这其实带给企业很大的资金压力，但是晶圆厂担心未来行情下滑、需求不足，所以会以是否在当下提供充足产能为条件，要求企业确定未来产能”。
相比于晶圆代工厂的谨慎，徐鸿涛注意到，一些无晶圆厂商反而开始参与建厂，“因为他们更加清楚风险与需求”。长荣场站
2020年下半年，联发科就曾花费16.2亿元新台币购置半导体再租给力积电生产。但最为典型的案例莫过于联电，联电今年的资本支出仅为15亿美元，尽管如此，相比去年增幅也达50％。其采取与芯片设计公司三星等合作扩张产能的方式，即芯片设计公司出资购买设备，提供给联电，再让后者代工芯片。4月底，联电更是宣布与多家芯片设计公司合作扩充位于台南的12英寸晶圆厂产能，芯片设计公司以议定价格预先支付订金的方式，确保取得未来产能的长期保障。
如此一来，半导体产业长期存在的两种模式似乎伴随“缺芯潮”蔓延而变得模糊，无晶圆厂商为了保证产能开始向IDM模式靠拢，而一些IDM厂商，如英特尔，则在今年宣布启动代工业务。
今年2月，帕特·盖尔辛格出任英特尔首席执行官，在其3月下旬的一次演讲中，除了抛出英特尔将投资200亿美元新建两座晶圆厂，预计在 2024 年量产 7nm 或更先进制程的消息外，还宣布了英特尔将重返晶圆代工业务。
这一消息在当日直接冲击了台积电股价，但在近一个月之后的一次演讲中，台积电创始人张忠谋回应道，“英特尔要做晶圆代工业务相当讽刺。台积电 1986 年成立，在 1985 年筹资期间就找英特尔投资，但是英特尔拒绝，虽然当年度的景气状况没有太好，但仍是有一点看不起的意味。”
“英特尔此前也多次尝试进入代工业务，我也曾参与类似的项目，当时给Altera公司做代工，我们内部半开玩笑地说，英特尔最终收购Altera就是因为代工产品一直做出不来，英特尔就干脆买下这家公司。”一位曾在英特尔参与多个制程研发的工程师告诉《中国新闻周刊》，英特尔做代工的一个重要阻力便是缺少服务意识，“很难想象英特尔愿意低姿态地陪伴小客户成长，像台积电创办初期的一些小客户，如高通，现在也变成了巨头。但英特尔会挑选客户，当年苹果曾找英特尔做代工，就因为订单量有限被拒绝，如今这被英特尔高层认为是个极其愚蠢的决定。”
同时，技术问题也被他认为是英特尔从事晶圆代工的障碍之一，“英特尔工厂的工具相对比较封闭，更多生产高附加值芯片如CPU。但比如同样为28nm制程芯片，不同类别的芯片往往需要不同的工艺，因此英特尔产线能否很好服务于诸如手机芯片、车规芯片等尚存疑问”。长荣场站
但显然，英特尔重归晶圆代工业务并非仅仅是一家企业看中芯片制造市场，其背后的深意或许可以归结为盖尔辛格的一句话，“美国公司应该将三分之一的半导体生产放在美国本土进行。”目前，这一比例仅为12％。
大力刺激半导体回流
盖尔辛格所言现状源于代工模式的兴起。据波士顿咨询数据，美国半导体制造业所占市场份额从1990年的37％降低至如今的12％，如果按照目前趋势发展下去，可能降低至6％，但是相比之下，美国半导体公司占全球芯片销售额的47％。
研究劳动力市场与经济政策的智库Employ America发文回顾美国半导体产业的历史称，从上世纪80年代起，为了与日本、韩国等国家的半导体公司竞争，美国的半导体政策逐渐转向鼓励缩减运营成本、提高公司利润，忽略了对于半导体供应链的构建，使半导体产业围绕巨头形成了一套脆弱的供应链。“在去工厂、轻资产的运营理念下，虽然每家半导体公司的资产负债表看起来更加稳健，美国芯片制造的优势却已经转向中国台湾、韩国等其他地区”。
目前，全球芯片制造75％的产能在东亚地区，而美国正希望芯片制造业回流，但其面临人才与成本的瓶颈。
张忠谋提到，美国晶圆制造的条件与台湾地区相较具有绝对优势，包括水电等资源，但是美国的人才敬业程度和台湾地区不能比，台湾地区有大量优秀的工程师、技师、作业员比较愿意投入制造业。
前述英特尔工程师也向《中国新闻周刊》解释，美国芯片制造业不断流失的一个原因便是美国的文化体系不太容易产生服务意识。芯片属于精密加工制造业，与东亚文化圈更为兼容，需要工人有很强的纪律性、服从性，因此当今世界最重要的代工厂都集中在东亚。“即使是英特尔这样的美国公司，其工厂的管理体系也与其他部门不同，推行军事化管理”。
美国在成本方面的劣势更为明显，在美国建设一个新芯片工厂的10年总拥有成本大约比亚洲地区高25％~50％，假如要满足半导体自给自足，美国需进行3500亿~4200亿美元的前期投资，这一数字也比中国大陆的1750亿~2500亿美元要高出不少。
▲工作人员在黄色光源工作环境中观察光刻胶前烘情况。光刻胶又名光阻，是半导体芯片制造工业的核心材料。
美国半导体行业协会今年2月致信美国总统拜登，提到竞争国家均投入巨资吸引半导体制造、研究，美国的缺席导致自身失去竞争力，造成美国在全球半导体制造份额中的降低。美国需要鼓励建设并更新半导体制造设施，并在研究领域投入。
当地时间6月8日，美国国会参议院通过了《美国创新与竞争法》，其中批准拨款520亿美元，在今后5年里大力促进美国半导体芯片的生产和研究。参议院民主党领袖舒默曾称其为“历史性的520亿美元投资，用以确保美国保持芯片生产的领先地位”，并直言，“这项法案将确保美国不再依赖外国芯片加工商。”据路透社报道，其中包括390亿美元的生产和研发激励，以及105亿美元的实施计划，包括国家半导体技术中心、国家先进封装制造计划和其他研发计划，以及 15亿美元的应急资金。
美国商务部长吉娜·雷蒙多在芯片厂商美光科技出席活动时称，这520亿美元的资金将为芯片生产和研究产生超过1500亿美元的投资，当中包括州和联邦政府以及私营企业的出资，也就是通过联邦资金释放更多私人资本，“到完成时，在美国可能有七家、八家、九家、十家新工厂。”她预计，各州将为芯片设施争夺联邦资金，而商务部将有透明的资金发放程序。
去年以来，美国国会两党议员不断提出鼓励美国芯片产业发展的法案，如“2020美国晶圆代工法案”（AFA）、“为芯片生产创造有益的激励措施法案”（CHIPS）。CHIPS法案还被纳入拜登提出的2.3万亿美元基础设施计划，于今年早些时候颁布，批准了半导体制造激励措施和研究计划，但尚未提供资金，拜登也曾呼吁拨款500亿美元，促进半导体生产和研究。长荣场站
此前，苹果、亚马逊、谷歌、微软等科技巨头联手包括英特尔、高通、台积电等在内的芯片产业链企业，组建了一个游说团体——美国半导体联盟（SIAC），目标便是向美国政府施压，要求美国国会为CHIPS法案提供500亿美元资金。
▲美国英特尔公司的一处芯片生产线。图/基尼图片社
台积电、三星等均已计划在美国扩建芯片厂的情况下，一场对于政府补贴政策的争夺已然展开。早在去年5月，台积电便宣布将在美国亚利桑那州投资120亿美元新建12英寸厂，预计将在2024年建成投产，初期月产能为2万片5nm芯片，而这一计划的投资与产能规模在今年被多次曝出仍在扩大。
