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缺芯成手機行業“照妖鏡”:廠商恐慌性囤貨,手機漲價是必然嗎?

“芯荒”時代

本刊記者/陳惟杉

發於2021.6.28總第1001期《中國新聞周刊》

芯片缺貨的情況究竟有多嚴重?

複旦大學微電子學院教授、矽典微聯合創始人徐鴻濤博士給《中國新聞周刊》講了一個故事,一家國際知名的芯片廠商希望把一款產品轉到一家晶圓代工廠生產,這家代工廠表示自己需要購買設備才能擴充產能進行生產,於是就聯繫設備廠商,但是設備廠商表示自己也沒法出產設備,因為沒有芯片廠商的芯片。他提醒,這不是一個“段子”,而是真實發生的情況,“這是一個死循環”。

“缺芯”的現狀已經影響了半導體產業鏈上的各個環節,這場去年年底由汽車芯片短缺牽引出的“缺芯潮”已然逐步蔓延。一開始可能只是某個類別、某種製程芯片的短缺,但裹挾著人們對於供應鏈安全的隱憂,“缺芯潮”的波及範圍在不斷擴張,高盛最新研究報告指出,全球多達169個行業在一定程度上受到芯片短缺的打擊。

手機芯片往往被認為是供應最為充足的品類,相比於此前缺芯的汽車行業在芯片產能中不高的佔比,手機及其周邊產品芯片產能佔據台積電這家全球最大的晶圓代工廠三成以上。一旦缺芯,影響面更大。

缺芯甚至引發了半導體產業前所未有的混亂。“一款芯片可以在多個製程投產,企業會選擇性價比最高的製程,比如一款芯片原本在65nm製程投產,但因為該製程產能緊缺,企業就會下意識向下一個製程節點推進,選擇在40nm或28nm投產,這樣層層傳遞,一些去年尚未緊缺的製程產能也逐漸變得緊缺。”徐鴻濤說。

產能通道越來越擁堵

約定的採訪時間已經過去40分鐘,劉東才坐到《中國新聞周刊》記者對面,他是上海一家芯片設計公司CEO,剛剛結束與華虹宏力領導會面的他感慨,“現在想要見代工廠的人一面太難,邀約多次才安排了這次會面。”

這背後是晶圓代工廠緊俏的產能。集成電路產業有兩種商業模式,一種是IDM模式,即芯片設計、製造、封裝、測試四個環節在同一家企業完成。與之相對應的是專業分工模式,四個環節由不同企業完成,芯片設計公司將生產外包給晶圓代工廠,兩者類似蘋果與富士康間的關係,人們熟知的台積電、中芯國際便屬晶圓代工廠,其地位有如連接沙漏兩個玻璃球的狹窄通道,有多少芯片以怎樣的速度交付終端客戶,恰恰取決於“通道”的寬窄。

“對晶圓代工廠而言,最基本的產能部門就是25片晶圓,即1個LOT,不同種類的芯片尺寸各異,一片晶圓可以切割出數量不等的芯片,從一千顆左右到上萬顆。”劉東告訴《中國新聞周刊》,“我們每月只希望增加200片產能,但現在哪怕增加1個LOT的產能都很難,因為這就意味著其他公司的產能被削減。”

據華虹宏力2020年財報披露,其2020年月產能可達22萬片8英寸等值晶圓。有上海市集成電路行業協會人士告訴《中國新聞周刊》,目前華虹宏力產能利用率甚至已達100%~104%。

劉東的公司希望增加一款OLED螢幕電源管理芯片的產能,原本計劃在今年進入導入期,預計產能200片/月,客戶包括主流OLED螢幕廠商,下遊客戶是手機等3C產品廠商。劉東坦言,“下遊傳導來的壓力非常大,客戶甚至指責我們不守商業信譽。”

每月新增200片晶圓產能都難以實現,這是芯片產能緊缺的影響已經傳導至手機等3C產品廠商的一個縮影。在劉東的記憶中,產能緊缺從去年第三季度便已顯現,至第四季度已與當今情況相差不多。

一位無晶圓廠商負責人向《中國新聞周刊》回憶,去年八九月間已經在投片時感到困難。所謂投片,是指芯片設計公司向代工廠下訂單,如果有產能便會隨之進入產線。“去年八九月時可能要等一兩周,到10月、11月時可能就要等待一兩個月了,現在則是每個月都要到代工廠溝通,看看能不能擠出一些產能。”

徐鴻濤解釋說,其實一款芯片一旦進入生產線到交貨,這個時間相對固定,快一點的話不到兩個月,慢一點是兩到三個月,但排隊等待進入產線的時間與產能有關,“現在時間已經很難講”。

等待所帶來的焦慮已經傳導到下遊廠商。上海來遠電子科技有限公司(下稱“來遠電子”)主要產品是TWS耳機電源管理芯片和服務於手機快充功能的協議芯片,總經理蘇淼說,有一位做手機周邊電子產品的客戶專程從深圳飛到上海,就是為了看一款快充芯片的生產進度,“我告訴他芯片已經進入封裝環節,但他還是執意想要親自看芯片是不是真的在封裝。”

而小米管理層今年已於多個場合談及缺芯話題。今年2月,小米集團合夥人、高級副總裁盧偉冰曾發布微博稱,“哎,今年芯片太缺了。不是缺,是極缺……”“芯片缺貨的周期不會太短,今年肯定不可能緩解,樂觀的話明年上半年會緩解,但我覺得也有一定的難度,也可能明年會出現整體缺貨的狀況。”大廠已經提早開始囤貨,4月底,盧偉冰再度談及這個話題時透露,以驍龍888芯片為例,小米拿到的貨可能是中國所有其他廠商加起來1~2倍。

“產業鏈都首先保證手機芯片供應,因為手機是拉動其他消費電子產品消費的核心。”劉東透露,現在不管下多少訂單,晶圓代工廠每月分配給每家芯片設計公司的產能都是定額,“想要投產哪些產品自己定,在這種情況下確實會砍掉一些消費類產品客戶,全力保障華米OV這樣的手機廠商。”

波士頓谘詢與美國半導體協會發布的報告顯示,智能手機使用芯片的銷售額以26%的佔比在6個應用領域中排名首位。儘管如此,手機廠商仍然受到芯片短缺的衝擊,蘋果亦受到影響。彭博社去年11月初曾報導稱,蘋果正面臨電源管理芯片短缺。

“華米OV對產業鏈的議價能力跟蘋果不在一個數量級,蘋果不光會關注芯片設計公司這一級供應商,還會幫助他們拿到代工廠的產能保障。”一位國內手機廠商的供應鏈人士告訴《中國新聞周刊》,理論上說,即使全世界都缺芯,蘋果手機也不會缺。

真實需求與恐慌囤貨,也許各有一半

產能緊缺的背後是需求的爆發,“宅經濟”通常被認為是去年以來消費電子產品需求增加的原因。

2020年,筆電電腦出貨量同比增長30%,達到2.24億台,新冠肺炎疫情於去年第二季度在全球暴發,平板電腦銷量在當季便增長了17%,全年增幅也達到21%。此外,與遠程辦公、“宅經濟”等相關的電子產品例如攝影頭、耳機、顯示器、伺服器等均出現銷量激增的現象。

而隨著電子產品,甚至一些居家用品的智能化,其所需的芯片數量也在不斷上升。上海菲戈恩微電子科技有限公司(下稱“菲戈恩”)CEO黃昊向《中國新聞周刊》舉例說,以前一盞台燈不需要任何芯片,但隨著5V可調光LED台燈的普及,至少需要將電壓從220V轉換至5V的MOS管芯片和LED驅動芯片。“包括日常見到的電動自行車由於由電能驅動也需要電源管理芯片”。

同樣,智能手機所搭載的芯片數量也在不斷攀升。在5月底的一場演講中,盧偉冰介紹說,一部5G手機所需要的芯片的數量和產能大約是4G手機的兩倍,射頻芯片的需求大約是4倍,而且5G手機發展速度非常快,這造成了大量的芯片需求。

“智能手機需要搭載的電源管理芯片越來越多,每一套子系統,如射頻、音頻、WiFi等都需要單獨的電源管理芯片,在智能手機擁有多條電源軌的情況下,電源管理系統也一定是分布式的。”蘇淼以近期手機廠商頗為短缺的電源管理芯片為例解釋,“智能手機的功能在增多,相當於在河流主乾道上分出更多支流,而每一條支流都需要配備電源管理芯片。”

此前有傳言稱,正是因為芯片緊缺,華為不再隨手機贈送電源適配器,即人們常說的“充電器”。雖然受訪的多位電源管理芯片設計廠商都向《中國新聞周刊》否認了這一說法,但隨著快充的普及,充電器所需芯片數量確實在成倍增長。

“以前手機使用的充電器只需要兩顆芯片,但隨著Type-C充電接口普及,快充時代到來,充電器用到五六顆芯片很正常。”劉東說,過去充電線也不需要芯片,但如今適用於快充的充電線都要搭載一顆協議芯片,“僅此一項所帶來的芯片需求增量便是‘天量’。”

的確,以智能手機的出貨量,每部手機哪怕隻增加一顆芯片都會形成“天量”需求。

上海酷芯微電子有限公司(下稱“酷芯微電子”)董事長姚海平對《中國新聞周刊》說,“比如從iPhone 8 到 iPhone 12,攝影頭數量從1個增加到3個,意味著所需芯片數量也在成倍增長,智能手機每年的出貨量可以達到10億級,僅攝影頭數量增加給芯片產能帶來的壓力可想而知。”

現實中,從2020年下半年開始,服務於攝影功能的CIS芯片便出現短缺,Omdia在今年1月的報告中指出,應用在中低端手機的500萬像素和800萬像素的CIS芯片正面臨嚴重短缺現象。全球第二大CIS供應商三星從2020年12月開始,已經將其CIS的價格提升了40%,而其他CIS供應商也提價20%左右。

智能手機所需芯片數量在增加,但這似乎並不足以解釋短期內訂單的激增。

“安卓手機幾乎百分之百有指紋識別功能,排除蘋果的各類終端,2020年指紋識別芯片的市場規模為10億顆,相比2019年增幅達10%~15%,9億顆用於智能手機,剩下的被平板電腦、筆電電腦、智能門鎖等市場瓜分。”黃昊告訴《中國新聞周刊》,去年菲戈恩指紋識別芯片出貨量為4000萬顆,今年預計增長50%,達到6000萬顆,5500萬顆被手機廠商採購,主要客戶便是三星與一家國內手機廠商。

“50%的增幅確實超過往年。”黃昊分析,一方面是拿到了主要面向亞非拉手機市場的客戶的訂單,“南亞4G網絡基本上在過去兩年普及,印度、巴基斯坦、孟加拉國三國有20億左右人口,從功能機切換到智能機增量明顯。”此外,另一個原因便是三星為了搶奪華為空出的市場增加備貨。

2020年,先是華為突擊囤貨,繼而引發其他手機廠商或是為了搶奪市場,或是出於恐慌備貨。2020年末,華為存貨及其他合約成本高達1676.67億元,而2020年上半年,這一數據曾高達1803.9億元。華為輪值主席郭平曾在去年9月15日美國禁令生效後介紹,禁令生效當天還在入庫最後一批貨。

姚海平解釋,華為海思突擊囤貨,導致可能本來只有5%的供應缺口,擴大成了10%,甚至15%,每家廠商看到產能緊缺的情況後都要囤貨,又進一步擴大了產能缺口,造成惡性循環。晶圓代工廠無從知曉客戶所下訂單是有真實需求,還是出於恐慌性囤貨。“業界難以判斷真實需求與囤貨的佔比,也許各有一半。”

有小米供應商告訴《中國新聞周刊》,比如小米的真實需求可能只有1000萬顆芯片,但在產能緊缺的情況下,為了最大程度保障供應鏈安全,其會給A、B兩家供應商同時下單1000萬顆芯片,而A、B兩家供應商同時會向晶圓代工廠下單1000萬顆芯片訂單,導致代工廠账面上多出1000萬顆芯片需求,從而加劇了晶圓廠的產能緊張。

這即是台積電董事長劉德音所謂“重複下單”因素。他此前曾表示,不確定性及市佔率改變的時候,一定會有超額訂購的情況出現。

“各個廠商都要備足子彈搶奪市場,去年9月份以來,各個手機廠商的訂單量都有所上升,去年9月、10月間指紋識別芯片也經歷過短缺,主要就是對於激增的市場需求缺少準備。”黃昊說,三星指紋識別芯片的訂單量增長明顯。

劉東甚至認為,一些大的公司也會把供應鏈作為武器去攻擊競爭對手,“因為市場上的貨就這麽多,一家公司拿到了貨就意味著另外一家公司缺貨。”

這種恐慌型備貨已經從終端廠商傳導至芯片廠商,姚海平指出,現在會向代工廠下比較大的訂單,“代工廠實際分配的產能跟公司需要的產能基本上是平衡但趨緊的狀態,但這無疑使得代工廠的產能顯得愈發擁擠。”

結構性缺芯之困

真實需求的增長與恐慌下的備貨共同推高了需求側,但供給側顯然沒有做好足夠的準備,這也與晶圓代工廠產能彈性不足有關。“一般而言,代工廠的產能利用率會維持在80%以上,如今提升至接近100%的水準,其實產能彈性非常小,即使增加百分之二三十的需求,都會給供應鏈帶來恐慌。”一位晶圓代工廠人士向《中國新聞周刊》解釋。

隨著“缺芯潮”蔓延,各家晶圓代工廠的產能利用率都維持高位,台積電自去年以來一直維持在100%以上,今年第一季度,中芯國際的產能利用率也達98.7%。產能確實難以匹配需求的增長,波士頓谘詢與美國半導體協會發布的報告顯示,如果要在2030年滿足當年對芯片的需求,需要在現有產能的基礎上增加56%。

但產能不足在當下的表現更多是某類芯片產能不足,用盧偉冰的話說便是“結構性缺貨”。那麽缺貨的又是哪些芯片?

今年3月底,上海市科學技術委員會與上海市集成電路行業協會曾發布過一份“芯片緊缺專題調研報告”,其提供給《中國新聞周刊》的調研結果顯示,受影響最大的是電源管理、顯示驅動類產品,產能供給平均只有30%左右,而移動通信及手機周邊產品、記憶體產品、指紋識別傳感器產品的產能規模滿足率在80%~85%。

盧偉冰以5月底發布的Redmi Note10 Pro為例,稱其一共用到114顆芯片,其中有三類芯片最為緊缺:處理器芯片、螢幕驅動芯片以及電源充電芯片。

“一些先進製程的芯片並不面臨嚴重缺貨,反而是像螢幕驅動芯片、電源管理芯片這樣的周邊產品缺貨。但是最後發現,一部手機少任何一顆芯片都出不了貨,這反映了半導體產能存在結構性問題。”蘇淼告訴《中國新聞周刊》。

劉東公司的電源管理芯片客戶包括華米OV等手機廠商,他說,今年以來,電源管理芯片每個月的出貨量在9000萬到1億顆之間,其中約一半用於手機,去年同期這一數字僅為5000萬到6000萬顆。但如今每月不到1億顆的出貨量遠不能滿足訂單需求,“每月接到的訂單量在1.5億到1.6億顆之間,如果要滿足手機客戶的需求,現有產能需要翻倍。”電源管理芯片之短缺由此可見一斑。

晶圓代工廠一端的感受亦是如此,5月14日,中芯國際聯合首席執行官趙海軍在投資人會議上稱,目前成熟製程產能仍是非常吃緊,缺口最大的是 0.15/0.18 微米的電源管理芯片,他甚至直言,“電源管理芯片的缺口非常大,根本無法解決。”

0.15/0.18微米的製程,遠非外界頗為關注的5nm、7nm這樣的“先進製程”,採用“成熟製程”的電源管理芯片為何陷入短缺?“隨著快充的普及,手機等電子產品對於電源管理芯片的要求提高,芯片面積越來越大,使其能夠通過更大電流,一片晶圓產出的芯片數量在減少。”劉東解釋,“電源管理芯片基本投產於8英寸晶圓,但是在過去一段時間,代工廠更多在擴充12英寸晶圓產能,8英寸晶圓產能停滯不前,這一輪同樣非常緊缺的MCU(微控制處理器)同樣多投產於8英寸晶圓。”

所謂8英寸、12英寸指兩種不同面積的晶圓,12英寸晶圓產線在近年成為擴產的主力。廣發證券研報顯示,1990年第一座8英寸晶圓廠建立後,其數量曾經歷迅速擴張,到2007年達到200座,此後8英寸晶圓廠的數量逐步下滑,如在2008年至2016年間,就有37座8英寸晶圓廠關閉、15座8英寸晶圓廠轉為12英寸。直到2018年,8英寸晶圓廠方才進入復甦階段,一個標誌性事件便是當年台積電自2003年以來首次宣布新建8英寸晶圓廠計劃。

雖然晶圓面積越大所能切割出的同一種類芯片數量也越多,但對於一些品類的芯片來說,短期內難以擺脫對8英寸產線的依賴。

“從長遠看,12英寸晶圓產線肯定是趨勢,但遠水解不了近渴,基於8英寸晶圓的芯片設計沒法直接拿到12英寸產線生產,因為其要求芯片設計公司更改設計,相當於產品迭代,需要時間。”深迪半導體公共關係負責人黃杜告訴《中國新聞周刊》。

劉東則從成本角度解釋了為何電源管理芯片依賴於8英寸產線,“基於8英寸產線的0.18微米製程芯片甚至可以說是目前全世界最短缺的芯片,因為如果將其遷移至12英寸晶圓,製程就要變為0.1微米或90nm,0.18微米可以說是8英寸產線和12英寸產線的分界線,其可以將8英寸的性能發揮到極致,由此獲得了極高的性價比,如果遷移到12英寸產線,芯片的性價比會降低,從而失去市場競爭力。”

面臨類似困境的還有MCU。“現在市場上最缺的可能就是8位MCU,應用於一些簡單的控制場景,比如家電、玩具、電動牙刷等。”蘇淼解釋,除了8英寸產能緊缺的因素,在整體產能偏緊的情況下,一些芯片廠商將有限產能更多分配給高附加值產品,導致像電源管理芯片、8位MCU缺貨,此前一顆8位MCU最便宜時只賣到4毛錢。

對於芯片設計公司來講,在分配到的產能有限的情況下,往往會投產附加值更高的芯片。劉東告訴《中國新聞周刊》,公司希望首先保住汽車和工業級客戶,這類產品的毛利更高,而且從長遠看需求穩定。

對於一些國際芯片廠商來講亦是如此。有小米供應商向記者透露,小米原本大量採購德州儀器的電源管理芯片,但因為手機芯片的毛利率較低,德州儀器選擇保住車規芯片產能,不再接受小米訂單,導致小米轉而尋找國內供應商。“這部分訂單轉移到國內芯片設計公司後,其只能向代工廠下單,像這類從國際芯片廠商,特別是IDM廠商排擠出的訂單也加劇了代工廠的產能緊缺”。

附加值更高的芯片擠掉附加值較低的芯片的產能,層層傳遞,一些消費電子產品所需的芯片產能同樣會被手機芯片擠掉。

“目前國內無人機廠商最為緊缺的就是WiFi芯片,原本高通有一款高性能WiFi芯片非常適合無人機使用,但因為高通能夠拿到的產能同樣緊缺,就將有限產能分配給手機芯片,從而砍掉WiFi芯片產能。”姚海平透露,公司因此在今年拿到五六千萬顆的新增訂單,“這對於國內廠商是機會,但在產能緊缺的情況下能否接住也是考驗。”

但諷刺的是,被認為低附加值的MCU反而成為當下價格漲幅最大的芯片,多家芯片廠商負責人都告訴《中國新聞周刊》,以前一顆幾毛錢的MCU如今甚至可以被炒到近10元,“今年做MCU的廠商反而賺翻了”。

凶猛的漲價潮

當然,漲價的不止是MCU。從製造,到封裝,甚至到上遊的原材料,芯片產業鏈都在漲價,壓力之下,芯片漲價成為必然。

以指紋識別芯片為例,黃昊介紹,從細分品類來看,用於智能門鎖的指紋識別芯片價格大概同比上漲了80%,而更多應用於手機的超薄屏下指紋識別芯片的漲幅大概在20%。在正常情況下,一顆超薄屏下指紋識別芯片的價格大概為5美元。“這兩種芯片的面積都比較大,因此會佔用上遊晶圓廠更多的資源,從而上漲的幅度較為明顯,像超薄屏下指紋識別芯片一片12英寸的晶圓只能切出1000多顆。”相比之下,一片8英寸晶圓可以切出萬餘顆電源管理芯片。

“對於電源管理芯片而言,其實大幅度漲價是漲不動的,只能去跟客戶商量,如果再延續之前的價格就做不下去了,看看是不是能稍微提價吸收這部分成本,這樣才能把生意做下去。”劉東說。

他透露,這背後是代工廠凶猛的漲價潮。“我們已經在台灣的代工廠經歷過產能拍賣了,價格被拍上了天,基本是之前的代工價格乘以二。”

劉東介紹,除去拍賣產能,台灣一家代工廠從去年第三季度開始已經漲價三輪,“去年第三季度、第四季度,今年第一季度,每一輪漲價的幅度都在20%~30%之間,其實最終的結果也跟拍賣價格相差不多。”

當然,明顯漲價也並非所有代工廠的選擇,一位代工廠人士說,大陸代工廠的漲幅也就是15%~20%之間。酷芯微電子的芯片有部分在台積電投產,姚海平透露,台積電並未拍賣產能,也並未大幅提價,但代工價格確實更為堅挺。“目前代工廠的日子比較舒服,但半導體產業周期性很強,他們也會有苦日子,因此更為看重與客戶之間的長期關係。相比之下,反而是與客戶聯繫沒有那麽緊密的封裝廠漲價明顯,因為客戶切換封裝廠較為容易,黏性也沒有那麽強。”

據了解,目前國內封裝價格上漲了將近一倍,部分原因是封裝所需的銅的價格大幅上漲。姚海平表示,大部分芯片的成本構成中封裝所佔比例都會小於製造,但是對於一些對封裝要求較高的芯片,如車載芯片,封裝成本甚至會高於製造成本。“對於像酷芯微電子生產的一些用於無人機、智能家居產品的芯片,原本封裝成本隻佔到三分之一,如今逐步上升至一半左右。”

芯片產業鏈提價明顯,包括手機在內的消費電子產品的終端廠商又面臨怎樣的成本壓力?

“現在終端客戶特別難受,我們的一些客戶專門生產TWS耳機使用的電路板,目前已經沒有利潤可言,但也要咬牙做下去,一顆MCU的價格已經從幾毛錢上漲到幾塊錢,如果電源管理芯片再加價這些企業基本就掛掉了。”蘇淼告訴《中國新聞周刊》。

相比之下,一些整機品牌廠商的日子要好過一些,一家深圳的TWS耳機廠商表示,迫於成本壓力,企業已經在電商渠道悄然提價,“幅度有限,可能只有幾塊錢,而且會砍掉一些之前的優惠,一般消費者難以察覺。”

其實,對於芯片成本佔比越來越高的智能手機而言,漲價的壓力似乎更大,但目前似乎並沒有看到智能手機明顯的漲價。

“其實終端產品要想明顯漲價還是挺難的,頂多是價格更加堅挺一點,或者打折少一點,比如“618”期間,可能就會發現手機的優惠幅度小了,通過這樣的方式完全可以做到全年平均下來每部手機的出貨量高5%,但消費者可能感知並不明顯。”姚建平說。

但是劉東也提醒,如果要換手機的話要趁早,“現在手機廠商還不敢漲價,往往是實在消化不了成本後才會考慮漲價。像空調、冰箱這樣直接成本更高的產品已經漲價,當然它們主要是由於大宗商品價格上漲,手機沒有漲價是因為廠商還有能力消化,因為它們的毛利率還比較高,但預計到今年第三、第四季度調價就可能出現。”

手機品牌realme 副總裁徐起此前曾表示,受手機供應鏈上遊芯片、電池、套片等原材料緊缺影響,今年下半年手機價格可能會產生浮動。“上半年的價格要珍惜,下半年可能要看整體的供需關係,來決定手機產業的價格走向。”

“缺芯是行業的照妖鏡,也是試金石。”盧偉冰直言,“在缺芯之下,可能有的公司會高端漲價,中端降配,旗艦裸奔,把千元(機)的芯片用到旗艦(機),通過包裝賣更高的價錢。”

(應受訪者要求,劉東為化名)

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