假緊缺變成了真緊缺 美國(guó)禁令的鍋

2021年3月5日，上個(gè)月由于北極寒流的影響，德克薩斯州要求奧斯汀所有芯片制造商停止生產(chǎn)，這就讓全球本不富裕的晶圓廠產(chǎn)能雪上加霜。而大約就在2020年第三季度時(shí)晶圓廠產(chǎn)能就開始變得緊缺，其中8英寸晶圓的產(chǎn)能比起12英寸晶圓的產(chǎn)能更為緊缺。那么是什么造成了這種產(chǎn)能緊缺的情況呢？

單從技術(shù)上說，12英寸晶圓比8英寸晶圓更為先進(jìn)。8英寸晶圓的淘汰和12英寸晶圓的發(fā)展是歷史的必然。但是市場(chǎng)追求的并不是更先進(jìn)的術(shù)，而是更大的盈利，因此8英寸晶圓在一段時(shí)間內(nèi)仍然會(huì)有市場(chǎng)。但這個(gè)市場(chǎng)是脆弱的，突如其來的刺激就會(huì)讓市場(chǎng)供應(yīng)變得混亂，比如美國(guó)的禁令。在禁令后華為大量囤積芯片，這個(gè)行為本應(yīng)只會(huì)造成短期內(nèi)的晶圓供應(yīng)緊張。但其它廠商看到了華為囤貨也跟著屯起貨來，最終假緊缺變成了真緊缺。

一個(gè)從二十年前開始的故事

大約二十年前，2000年半導(dǎo)體行業(yè)景氣大好，各半導(dǎo)體廠基于成本考慮開始紛紛提出12英寸晶圓廠興建計(jì)劃。雖然在項(xiàng)目早期遇到了很多技術(shù)問題，但大多數(shù)從業(yè)者還是認(rèn)為12英寸晶圓在未來取代8英寸晶圓是大趨勢(shì)。8英寸晶圓就是現(xiàn)在產(chǎn)能最緊缺的那個(gè)。

幾年后技術(shù)逐漸成熟，2002年英特爾與IBM首先建成12英寸生產(chǎn)線，12英寸晶圓對(duì)市場(chǎng)的征伐開始了。

2004年，硅晶圓制造商信越半導(dǎo)體公司計(jì)劃在日本及美國(guó)投資至少2000億日元，在數(shù)年內(nèi)將12英寸硅晶圓每月產(chǎn)量提升一倍，至70萬片。信越希望通過這項(xiàng)計(jì)劃奪取全球12英寸硅晶圓一半以上的市場(chǎng)，當(dāng)時(shí)信越約有30%的市占率。

又過了幾年，大局已定。

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

以2014年至2017年的數(shù)據(jù)為例，12寸晶圓早已占據(jù)了市場(chǎng)的主要地位，并且還有著逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)。6英寸晶圓退出市場(chǎng)的趨勢(shì)已出，在2010至2016年間，約超過20座6英寸晶圓廠關(guān)閉。而8英寸晶圓的市場(chǎng)則出現(xiàn)了萎縮的趨勢(shì)。

關(guān)于晶圓

為了方便大家理解之后的故事，我們先談?wù)劸A吧。

什么是晶圓？在制造芯片的最開始步驟中，我們需要將硅材料提純成SGS(半導(dǎo)體級(jí)硅)，然后將硅制成晶棒（硅錠），之后將晶棒切片，這樣我們就能得到一片一片的晶圓了。這些晶圓之后還需要通過蝕刻、摻雜等步驟把電路刻上去，最終經(jīng)過一系列處理成為我們生活中的芯片。

如果簡(jiǎn)單解釋，芯片是房子，晶圓則是蓋房子的土地。土地是蓋房子的基礎(chǔ)，沒有土地就蓋不了房子，同樣的，沒有晶圓也就做不了芯片。

晶圓還會(huì)按尺寸分類，晶圓尺寸越大，那么一片晶圓就能造出更多的芯片。也因此整個(gè)行業(yè)都在慢慢向12英寸晶圓轉(zhuǎn)型。

晶圓尺寸

在很多其它文章中可能會(huì)提到，例如12英寸芯片主要用于制作高端先進(jìn)制程的芯片、而8英寸及6英寸晶圓主要用于制作低端成熟制程的芯片以及半導(dǎo)體器件。值得說明的是，這種分類只是一種業(yè)界習(xí)慣。單從技術(shù)角度來說，晶圓就是晶圓，比如像MOSFET和IGBT，按業(yè)界習(xí)慣是8英寸或者6英寸制造，但在技術(shù)上也可以由12英寸晶圓制造。

現(xiàn)在晶圓產(chǎn)能緊缺的故事

按照之前的腳本，12英寸晶圓在之后逐漸一統(tǒng)天下，這個(gè)故事也就結(jié)束了，但這個(gè)故事確實(shí)沒有這么簡(jiǎn)單結(jié)束。

之前有3個(gè)打工人，分別是普通的6英寸晶圓、優(yōu)秀的8英寸晶圓和精良的12英寸晶圓。論工作能力12英寸晶圓最強(qiáng)，但他的工資也最高。

這時(shí)候公司開始實(shí)行末尾淘汰制，6英寸晶圓工作能力最差，所以他就像那些被逐漸關(guān)停的6英寸晶圓廠， 6英寸晶圓退休了。但是公司業(yè)務(wù)量并沒有減少啊，因此6英寸晶圓原本的工作任務(wù)轉(zhuǎn)到8英寸晶圓頭上。那么這時(shí)候8英寸晶圓工作忙就變得非常合理了，這也就是我們說的8英寸晶圓產(chǎn)能緊缺。

那么為什么這時(shí)候不把工作分?jǐn)偨o12英寸晶圓呢？既然效率那么高那應(yīng)該很容易解決這個(gè)問題啊。其實(shí)分?jǐn)偭?，但是沒有分?jǐn)偰敲炊唷?/p>

以全球IDM大廠的安森美為例，安森美在2019年收購(gòu)了格芯在紐約的12英寸晶圓廠，這就工廠從2020年第三季度就開始生產(chǎn)安森美的Trench MOSFET（溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管）產(chǎn)品，預(yù)計(jì)2021年將出產(chǎn)多種功率MOSFET和IGBT（絕緣柵雙極型晶體管)產(chǎn)品。

但是業(yè)界又有多少IDM廠商呢？近些年沒有晶圓廠的無廠模式芯片公司可是越來越多了，他們需要找晶圓代工廠生產(chǎn)自己設(shè)計(jì)的芯片。如果找晶圓廠的話訂單是需要排期的，而12英寸產(chǎn)線的晶圓廠是不會(huì)把產(chǎn)能優(yōu)先分配給MOSFET或者IGBT。因?yàn)樗鼈兊慕?jīng)濟(jì)效益是遠(yuǎn)不如CPU、GPU這些高端產(chǎn)品的。晶圓就像土地，那么同樣一塊土地蓋樓房明顯比蓋小平房合算。

因?yàn)檫@些原因，6英寸晶圓逐漸退出市場(chǎng)，相關(guān)需求又不能充分向12英寸晶圓轉(zhuǎn)移，8英寸晶圓產(chǎn)能短缺只是時(shí)間問題。不過為什么是現(xiàn)在？

為什么是此時(shí)晶圓短缺

2020年5月，美國(guó)下發(fā)了對(duì)華為芯片管制升級(jí)令。對(duì)于時(shí)間所剩不多的華為來說，華為做出了決定，囤貨。華為利用禁令緩沖期下單了大量芯片。

對(duì)于所有無廠模式芯片公司來說，芯片外包制造并不是立等可取的事情，一次等幾個(gè)月是很正常的。還有一件事就是很多公司都喜歡縮短庫(kù)存周期，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品會(huì)很快賣出去，也因此正常情況下不會(huì)大量準(zhǔn)備芯片存貨。

大量下單也許只是一家公司的決策，但這就像蝴蝶扇動(dòng)了幾下翅膀，颶風(fēng)還是刮了起來。

由于華為的大量下單使得其它廠商的芯片訂單延期交付。如果芯片延期交付，對(duì)于庫(kù)存周期短的廠商來說就意味終端產(chǎn)品缺貨，比如顯卡或者手機(jī)缺貨，以及新能源汽車的停產(chǎn)。那么察覺到缺貨風(fēng)險(xiǎn)的廠商也會(huì)開始下單大量芯片，而這也會(huì)進(jìn)一步加劇晶圓的短缺。而晶圓進(jìn)一步短缺后，又會(huì)有新一波的廠商察覺到缺貨風(fēng)險(xiǎn)，之后又是下單和更嚴(yán)重的缺貨。

1979年經(jīng)濟(jì)學(xué)家卡尼曼和特沃斯基提出了“前景理論”，按照前景理論的觀點(diǎn)：損失和收益相比，人們更厭惡損失，對(duì)損失也更敏感。把這套理論套用在晶圓上就是：在華為下單之后，其它公司意識(shí)到未來晶圓可能會(huì)漲價(jià)（后來也確實(shí)漲了），那么未來這種漲價(jià)就是一種成本上的損失。進(jìn)而得出結(jié)論，現(xiàn)在下單芯片就是減少損失。而且就算下單多了，之后也總能用完。并且在結(jié)合近幾年晶圓廠起火、停電等突發(fā)事件的不確定影響，下單更多芯片是一件值得做的事。

另一方面，因?yàn)橐咔榈年P(guān)系很多人在家上網(wǎng)課或者遠(yuǎn)程辦公，這確實(shí)拉升了消費(fèi)電子的需求，這也是讓終端廠商下單更多的芯片的原因之一。

無解的問題也是無需解決的問題

從需求的角度看，8英寸晶圓芯片產(chǎn)品應(yīng)用廣泛，短期內(nèi)這種需求不會(huì)降低。而且8英寸晶圓的設(shè)備和產(chǎn)線大多數(shù)都已經(jīng)完成折舊，使用這些“二手”設(shè)備比起使用新設(shè)備會(huì)在財(cái)務(wù)報(bào)表上好看很多。

從供應(yīng)的角度看，很多8英寸的設(shè)備已經(jīng)停產(chǎn)，不少?gòu)S商都是靠收購(gòu)二手設(shè)備來擴(kuò)展產(chǎn)能。二手設(shè)備確實(shí)性價(jià)比高，但這也同時(shí)意味著產(chǎn)能很難爬升很多。

綜上所述，8英寸晶圓產(chǎn)能緊缺的問題看似無解。但是這里面其實(shí)有一個(gè)隱藏選項(xiàng)，那就是8英寸晶圓生產(chǎn)的芯片是可以遷移到12英寸晶圓產(chǎn)線生產(chǎn)的。同樣的芯片如果用12英寸晶圓生產(chǎn)就能帶來巨大的產(chǎn)能提升。但為什么這么做的廠商目前還比較少呢？因?yàn)?ldquo;經(jīng)濟(jì)”上的考慮，目前那些芯片用8英寸晶圓制造仍具有性價(jià)比。那么隨著晶圓緊缺程度增加、晶圓漲價(jià)，這個(gè)“性價(jià)比”方案就會(huì)慢慢變得不那么“經(jīng)濟(jì)”了。到時(shí)候他們自然會(huì)轉(zhuǎn)入12英寸產(chǎn)線。由于目前18英寸晶圓研發(fā)停滯，未來晶圓市場(chǎng)有可能出現(xiàn)12英寸一統(tǒng)天下的局勢(shì)。

至于18英寸晶圓怎么了？那就是另一個(gè)故事了。

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