從2020年底開始绽昏，缺芯問題就成為汽車行業(yè)的最大挑戰(zhàn)。去年1月以來俏脊，沒有因此被迫停產(chǎn)或減產(chǎn)的整車廠寥寥無幾全谤。芯片短缺不僅導(dǎo)致汽車行業(yè)產(chǎn)出減少，消費(fèi)者購車成本增加爷贫，還影響到了依賴貨運(yùn)卡車的運(yùn)輸行業(yè)认然，繼而影響到全球物流成本，甚至還干擾了眾多開發(fā)自動(dòng)駕駛乘用車或者卡車的科技企業(yè)惯篇，汽車行業(yè)缺芯危機(jī)成為全球供應(yīng)鏈乃至疫情中維持世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的焦點(diǎn)反俱。因此，了解這場汽車芯片短缺的來龍去脈辱囤，缺芯危機(jī)何時(shí)緩解以及該怎么解決炸一，是業(yè)內(nèi)人士以及半導(dǎo)體和汽車產(chǎn)業(yè)相關(guān)人員的必修一課。

缺芯的緣由

汽車芯片采用的前道工序工藝仍然為40納米以上的成熟工藝和傳統(tǒng)工藝牢介，這兩者占到燃油車用汽車芯片95%猾蔫。這些芯片產(chǎn)品主要包括汽車分布式電子架構(gòu)中用到的各類微處理器、電源芯片恐丧、數(shù)據(jù)鏈芯片和接口芯片等瀑乡。智能電動(dòng)汽車的出現(xiàn)使得先進(jìn)制程和尖端制程的芯片用量大增，但是考慮到當(dāng)前智能電動(dòng)汽車的市占率晚沙，汽車產(chǎn)業(yè)對芯片的需求還是以成熟工藝和傳統(tǒng)工藝為主橙挽。

汽車行業(yè)對芯片制程的需求（來源：羅蘭貝格）

生產(chǎn)端

在生產(chǎn)端， 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)能擴(kuò)充比較謹(jǐn)慎喝赎，年增長率只有6%左右冶驴。晶圓廠資本支出集中在40納米之下的先進(jìn)制程和尖端制程，并且為12寸產(chǎn)線田炭，這部分的年復(fù)合增長率在2020-2022年達(dá)到26%师抄。而對于汽車芯片所依賴的成熟制程和傳統(tǒng)制程晶圓生產(chǎn)線，半導(dǎo)體供應(yīng)商的擴(kuò)產(chǎn)更為保守教硫，例如傳統(tǒng)制程的產(chǎn)能增長速度中只有2%叨吮。

對此英飛凌科技首席執(zhí)行官Reinhard Ploss解釋到，汽車行業(yè)習(xí)慣于用低價(jià)采購芯片瞬矩，導(dǎo)致（半導(dǎo)體供應(yīng)商）沒有動(dòng)力擴(kuò)大產(chǎn)能茶鉴。安森美半導(dǎo)體首席執(zhí)行官 Hassan El-khory也有類似的表述锋玲，整車廠大多采用Just-in-Time準(zhǔn)時(shí)化管理模式，要求芯片供應(yīng)商被動(dòng)的配合——半導(dǎo)體廠商花幾年時(shí)間涵叮，幾億到數(shù)十億美元建立的芯片產(chǎn)能惭蹂，可能在生產(chǎn)前30天時(shí)間被整車廠取消訂單。因此割粮，半導(dǎo)體廠商對產(chǎn)能的擴(kuò)充慎之又慎盾碗。

以筆者的經(jīng)歷為例，管理層不僅要求擴(kuò)產(chǎn)的投資回報(bào)率ROI在18個(gè)月之內(nèi)舀瓢，并且要求產(chǎn)品線經(jīng)理對客戶需求預(yù)測的信心水準(zhǔn)（Confidence Level）在80%以上廷雅，否則寧愿放棄從客戶額外需求中可能獲得的收益。即使同意投入籍勘，也至少要每半年或每個(gè)季度審查客戶需求是否仍然存在城搀。如果情況有變，需要立即施行應(yīng)急計(jì)劃挤胃，包括且不限于找到替代客戶诞茶、轉(zhuǎn)移產(chǎn)能至其他產(chǎn)品或產(chǎn)品線、取消擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃等君博。

半導(dǎo)體行業(yè)總產(chǎn)能的變化哆幸，以及成熟制程和傳統(tǒng)制程歷年來的擴(kuò)充情況 （來源：羅蘭貝格）

其次，生產(chǎn)汽車芯片的產(chǎn)線大多為8寸線（甚至有6寸線）慧贩，產(chǎn)線建立時(shí)間較早凫体，折舊基本完成，因此晶圓生產(chǎn)成本較低抡悼，再投入建設(shè)新的8寸晶圓廠并無成本優(yōu)勢卿俺，因此8英寸晶圓的產(chǎn)能在5年平均年增長率僅為3%。雖然有的半導(dǎo)體IDM將汽車芯片的生產(chǎn)轉(zhuǎn)移到老舊的12寸產(chǎn)線上意圖提高產(chǎn)能并獲得規(guī)模效應(yīng)篮烈，但是產(chǎn)線調(diào)試颜说、產(chǎn)品驗(yàn)證（半導(dǎo)體供應(yīng)商處和汽車客戶處）和產(chǎn)能爬坡都需要較長的時(shí)間，緩不濟(jì)急汰聋。

再次门粪，一些存量8寸線和6寸線也在轉(zhuǎn)型生產(chǎn)化合物半導(dǎo)體如碳化硅或者氮化鎵，進(jìn)一步減少了硅芯片的產(chǎn)能烹困，這也直接或間接影響了汽車芯片的生產(chǎn)玄妈。

臺(tái)積電Fab2在2015年從硅傳統(tǒng)制程轉(zhuǎn)為代工6寸硅基氮化鎵芯片，并在2021年擴(kuò)充為8寸代工線 （來源：互聯(lián)網(wǎng)）

最后髓梅，得州寒潮拟蜻、馬來西亞因疫情關(guān)停封裝企業(yè)、瑞薩工廠大火等黑天鵝事件進(jìn)一步打擊了供應(yīng)鏈極長的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)女淑，使得需要成千上百芯片正常供應(yīng)才能按期生產(chǎn)的汽車行業(yè)不得不忍受芯片供應(yīng)鏈中最短的那塊木板的桎梏瞭郑。

消費(fèi)端

在消費(fèi)端辜御，2020年以來半導(dǎo)體需求猛增鸭你，增速達(dá)到17%屈张，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過產(chǎn)能的擴(kuò)充速度。原因主要是疫情導(dǎo)致的居家辦公極大的促進(jìn)了對個(gè)人電腦和云計(jì)算/存儲(chǔ)的需求袱巨。與此同時(shí)讽益，2020年整車廠取消大批芯片訂單，使得晶圓代工廠和半導(dǎo)體IDM將產(chǎn)能遥喘，特別采用先進(jìn)制程的汽車微處理器芯片的產(chǎn)能泞叉，轉(zhuǎn)移到給消費(fèi)電子和數(shù)據(jù)中心等。

但是2020年下半年汽車市場的回暖遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過汽車行業(yè)的預(yù)期纯殖，整車廠試圖恢復(fù)之前規(guī)劃的汽車產(chǎn)量嫡决，并加大芯片用量更大的電動(dòng)汽車的投資。因此动荚，對汽車芯片的需求在2020年和2021年演繹了一場V形復(fù)蘇坷疙，甚至超過了疫情前水平。但是之前劃撥走的產(chǎn)能卻沒有恢復(fù)悉通，這導(dǎo)致半導(dǎo)體供應(yīng)鏈各方汽車芯片的庫存都遠(yuǎn)低于正常水平涕肪。這導(dǎo)致了芯片采購部門的過度訂購（Double Ordering），甚至客戶間的短缺博弈滤填，由此產(chǎn)生的牛鞭效應(yīng)（bull whip effect）使得半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的每一級(jí)都或多或少放大訂單需求锌烫，造成了短期內(nèi)需求的快速增加。

汽車芯片每月銷量變化（來源：SIA）

此外认扼，汽車芯片因?yàn)檎噺S強(qiáng)大的議價(jià)權(quán)導(dǎo)致采購價(jià)格低啸盏、采購條件苛刻，同樣的產(chǎn)能若供應(yīng)給其他客戶則可以獲得更高的利潤骑祟。因此回懦，半導(dǎo)體廠商和晶圓代工廠沒有動(dòng)力主動(dòng)生產(chǎn)和供應(yīng)汽車芯片，直到多國政府部門介入曾我。這些原因疊加在一起粉怕，共同導(dǎo)致了這次歷史性芯片短缺問題。

缺芯何時(shí)緩解

對于這場芯片短缺何時(shí)緩解眾說紛紜抒巢，英特爾首席執(zhí)行官Patch Gelsinger認(rèn)為芯片供需平衡可能要到2023年才能實(shí)現(xiàn)贫贝，英飛凌Ploss也認(rèn)為這場危機(jī)在2022年還將持續(xù)。同時(shí)蛉谜，有產(chǎn)業(yè)觀察者表示芯片市場將在2023年實(shí)現(xiàn)軟著陸稚晚，回到“金發(fā)姑娘”地帶。芯片業(yè)投資者中也有人認(rèn)為今年第三季度芯片產(chǎn)能增速和芯片銷量增速將出現(xiàn)交叉點(diǎn)型诚，缺芯情況會(huì)有所緩解客燕。無論如何鸳劳，沒有人有水晶球可以準(zhǔn)確預(yù)測未來，但是一些數(shù)據(jù)和指標(biāo)可以幫助我們分析半導(dǎo)體供需情況张鸟，幫助判斷芯片危機(jī)何時(shí)緩解念澜。

產(chǎn)能利用率

半導(dǎo)體IDM和晶圓代工廠的前道工序產(chǎn)能利用率是一個(gè)重要的生產(chǎn)端指標(biāo)，表明某個(gè)時(shí)間段生產(chǎn)線上產(chǎn)出的晶圓總量與產(chǎn)線安裝產(chǎn)能的比例牌度。半導(dǎo)體供應(yīng)商通常在季報(bào)中或其后的財(cái)報(bào)電話會(huì)議中提供該數(shù)據(jù)禾样，根據(jù)芯片產(chǎn)品一般生產(chǎn)周期，這個(gè)數(shù)據(jù)可以反映未來3-4個(gè)月時(shí)芯片的供應(yīng)情況揖蜒。

一般來說怨瑰，產(chǎn)能利用率在80%以上就算是晶圓制造產(chǎn)線得到比較充分的利用。但是自疫情以來升诡，這個(gè)數(shù)據(jù)一直在90%以上惨琼，有的晶圓廠接近100%，甚至個(gè)別產(chǎn)線通過高強(qiáng)度加班生產(chǎn)页函，產(chǎn)能利用率達(dá)到100%以上涧馋。然而太剛則折，產(chǎn)能利用率遲早會(huì)回到正常水平蕴来。因此沪识，這個(gè)指標(biāo)可以判斷短期內(nèi)芯片供應(yīng)情況。

2019年以來的晶圓生產(chǎn)線產(chǎn)能利用率 （來源：SIA）

芯片庫存水平

芯片庫存水平是另一個(gè)在半導(dǎo)體公司季度財(cái)報(bào)中會(huì)提及的數(shù)據(jù)娱局，一般可以通過Days Sales of Inventory （DSI）庫存周轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)來了解彰亥。半導(dǎo)體行業(yè)是一個(gè)周期性行業(yè)，通常走勢為行業(yè)景氣衰齐，營收增加任斋、庫存減小。繼而營收增長速度到頂后開始減慢耻涛，但是隨著廠商擴(kuò)產(chǎn)废酷，庫存增加。隨后芯片逐漸供過于求抹缕，價(jià)格下跌澈蟆，營收減少，行業(yè)進(jìn)入低谷期卓研。半導(dǎo)體企業(yè)也隨之暫停擴(kuò)產(chǎn)或者淘汰落后產(chǎn)能趴俘，等待銷量增加速度超過生產(chǎn)速度，消化庫存奏赘。最后因?yàn)樾酒M(fèi)量的增加寥闪，行業(yè)又轉(zhuǎn)入景氣。

因此，出現(xiàn)營收增速減緩或者持平椭梁，但是庫存增加就可能是需求已經(jīng)見頂而產(chǎn)能逐漸趕上的跡象逼读。例如，在芯源系統(tǒng)（MPS）近期的季報(bào)中捻奉，庫存周轉(zhuǎn)天數(shù)增加到134天青先，公司管理層認(rèn)為2022年底將達(dá)到供需平衡。

5家半導(dǎo)體領(lǐng)軍企業(yè)（瑞薩肘何、NXP矫震、英飛凌裁甘、意法和德州儀器）的庫存周轉(zhuǎn)和營收變化情況艰膀，營收增減率為橫軸，庫存周轉(zhuǎn)率為縱軸（來源：日經(jīng)中文網(wǎng)）

除此之外区蛹，還可以參考Garnter的半導(dǎo)體供應(yīng)鏈庫存追蹤指數(shù)辫田，目前最新的數(shù)據(jù)為2021年第3季度的0.90，較上季度0.88有所增加艺挽，進(jìn)入適度短缺區(qū)嚎论。

芯片價(jià)格ASP和交期Lead-Time

這兩個(gè)數(shù)據(jù)通常不會(huì)在財(cái)報(bào)中直接提供，但是在財(cái)報(bào)電話會(huì)議中經(jīng)常會(huì)被提及麦撵，也是了解芯片供需情況的重要指標(biāo)刽肠。例如，在納微半導(dǎo)體近期的財(cái)報(bào)和投資者大會(huì)中免胃，公司管理層就提到其氮化鎵芯片的交期沒有變化音五，仍舊是12周，說明臺(tái)積電作為納微的代工方羔沙，硅基氮化鎵的產(chǎn)能仍然能夠滿足納微的需要躺涝。

美國聯(lián)邦儲(chǔ)備銀行經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)庫也提供半導(dǎo)體和其他電子元件制造業(yè)的生產(chǎn)價(jià)格指數(shù)PPI，可供了解芯片價(jià)格變化趨勢扼雏。此外坚嗜，一些代理商也能提供交期的匯總情報(bào)，如安富利的Abacus交期指南诗充。

半導(dǎo)體和其他電子元件制造業(yè)的生產(chǎn)價(jià)格指數(shù)（來源：FRED）

產(chǎn)線擴(kuò)容

半導(dǎo)體前道工序是目前芯片短缺的主要瓶頸之一苍蔬，因此，任何重要的晶圓制造擴(kuò)容都會(huì)在未來影響芯片的供應(yīng)蝴蜓。按照項(xiàng)目大小和投資多寡碟绑，前道工序的擴(kuò)產(chǎn)動(dòng)作包括建設(shè)嶄新的晶圓生產(chǎn)線，在現(xiàn)有產(chǎn)線上通過購買設(shè)備擴(kuò)容斜曾，或是增加人力螺喂，提高現(xiàn)有產(chǎn)線的產(chǎn)能利用率。在目前產(chǎn)能利用率高企的情況下，前兩者成為主要的擴(kuò)產(chǎn)手段范咖。

現(xiàn)有晶圓產(chǎn)線提高利用率坊蕴，增加產(chǎn)能，以及建設(shè)新晶圓生產(chǎn)線所需的時(shí)間（來源：貝恩資本）

但是論是建設(shè)新晶圓生產(chǎn)線或是購買設(shè)備擴(kuò)充現(xiàn)有產(chǎn)線鳄盗，都會(huì)涉及到固定資產(chǎn)投資扫觅，內(nèi)部審批嚴(yán)格。即使獲得批準(zhǔn)送写，目前半導(dǎo)體設(shè)備交期也動(dòng)則半年以上硅枷，加上安裝，調(diào)試和試生產(chǎn)所用時(shí)間婉劲，耗時(shí)更長太迈。建設(shè)全新晶圓生產(chǎn)線或是購買設(shè)備擴(kuò)容平均所需的時(shí)間為2-3年和1-1.5年。

例如便锨，筆者負(fù)責(zé)過的某款I(lǐng)GBT產(chǎn)品推出后性能頗為優(yōu)秀围辙，終端客戶需求超過預(yù)期，但是產(chǎn)能是按照之前客戶的預(yù)測來投資的放案。經(jīng)過制造流程分析姚建，某一工序?yàn)楫a(chǎn)能短板，只要購買一臺(tái)晶圓片鍵合機(jī)即可把每周晶圓產(chǎn)量WPW增加50%吱殉。但是掸冤，這臺(tái)設(shè)備交期在9-10個(gè)月以上，加上前期的內(nèi)審友雳、撥款稿湿、合同擬定、下單沥阱，以及后期所需的工程服務(wù)時(shí)間缎罢，至少15個(gè)月以內(nèi)產(chǎn)能還只能維持原有水平。因此考杉，與前面幾個(gè)指標(biāo)相比策精，各大半導(dǎo)體領(lǐng)軍企業(yè)和主要晶圓代工廠的擴(kuò)產(chǎn)消息只能提供中長期供給端數(shù)據(jù)。

不過崇棠，半導(dǎo)體企業(yè)公布的產(chǎn)品/工藝變更通知（PCN）能夠提供中短期內(nèi)產(chǎn)能的信息求旷。例如，英飛凌2020年6月發(fā)布的一則產(chǎn)品/工藝變更通知中燎匪，就提到OptiMOS 5系列產(chǎn)品將在3個(gè)月后開始從德累斯頓12寸晶圓廠出貨赊手，這意味著該產(chǎn)品產(chǎn)能有潛力在短期內(nèi)大幅提高。

英飛凌2020年關(guān)于OptiMOS 5的產(chǎn)品/工藝變更通知中提到的產(chǎn)品主要變化 （來源：英飛凌）

終端需求

汽車銷量反映了汽車芯片的終端需求购畴，如果這個(gè)數(shù)據(jù)還保持增長趨勢且增速未見減緩猫乃，則意味著短時(shí)間內(nèi)對汽車芯片的需求還將高企验沮。這個(gè)也可以通過美國聯(lián)邦儲(chǔ)備銀行經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)庫中的汽車存貨與銷量之比來了解。這個(gè)指標(biāo)歷史平均為2-3之間责祥，但是最近的2021年11月數(shù)據(jù)只有0.24牡增。

美國汽車市場存貨與銷量之比（來源：FRED）

另外，還可以參考每半月更新的曼海姆二手車價(jià)值指數(shù)（Manheim Used Vehicle Value Index）壳坞，這也是方舟投資（ARK  Investment）常用來分析汽車芯片需求狀況的指標(biāo)柑耙。

曼海姆二手車價(jià)值指數(shù)（來源：Cox Automotive）

如何緩解

去年11月初是美國商務(wù)部向半導(dǎo)體企業(yè)索要其產(chǎn)品類型、制程與產(chǎn)能搂瓣、庫存雷鸟、供應(yīng)鏈等企業(yè)內(nèi)部信息的最后期限。根據(jù)美國商務(wù)部下轄工業(yè)與安全局公布的信息氢拥，有上百家產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)提交了要求的資料蚌铜，其中包括高通、蘋果兄一、臺(tái)積電和思科等大部分行業(yè)重要參與者厘线。雖然涉及企業(yè)商業(yè)機(jī)密的信息不對公眾顯示，但是在透露出的信息中出革，一些企業(yè)給出了自己的看法。

美國商務(wù)部要求半導(dǎo)體相關(guān)企業(yè)提供的信息渡讼，以NXP公開的信息為例（來源：US BIS）

（棟幺 01芯聞）

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