近幾年，芯片成為全球矚目的焦點。新冠疫情導致的供應鏈危機，以及汽車智能化的快速發展，讓芯片的價格持續暴漲。同時，由于眾所周知的原因，中美兩國在半導體芯片領域不斷加大投資。而美國利用在半導體技術方面的優勢，也在不斷用政策手段限制中國芯片行業的發展。

在這種大背景下，中國企業能否在半導體芯片領域有所突破，打破美國的技術壟斷？各國在半導體領域的投資熱潮，會不會導致產能過剩？

本期《對談》，我們請到了半導體領域的資深人士，一起探討半導體產業的現在和未來。

1、半導體對國家經濟發展舉足輕重

全球君：最近幾年，更多的人了解到半導體對一個國家經濟發展舉足輕重的作用。那么可以具體從幾個方面談談嗎?

黃艷：自從1947年第一支晶體管被貝爾實驗室制造出以來，半導體行業得到了突飛猛進的發展。在這個信息飛速發展的時代，電子產品已成為國計民生的重要發展支撐。

在集成電路技術發展初期，其作為重要的國家戰略資源，在軍事技術中有廣泛應用。再先進的武器裝備失去其中關鍵的集成電路，就只能成為聽不到、看不見、打不著的花架子。半導體技術很快從軍用領域外溢到民用領域，深刻地影響了大眾的日常生活。受益于晶體管技術的發展，從1960年代開始，晶體管收音機取代了笨重、耗電、昂貴的電子管收音機，走入了普通中國人的家庭，以至于晶體管收音機被很多人直接稱為"半導體"。如今，半導體芯片的集成度已經發展到很高的水平。一個麒麟9000芯片中，已經集成了超過上百億個晶體管。而當初一個晶體管收音機中可能只有三到五個晶體管。

近兩年來，因為眾所周知的原因，華為麒麟系列芯片無法正常生產，剛剛推出的mate50系列手機也只能搭載高通的4G芯片。在2022年，電動汽車和燃油汽車的交付也因為缺芯的問題延遲。

半導體對于當今中國的影響直觀地體現在我國的進出口逆差上。據海關總署統計，2021年我國集成電路進出口額同比增長25.7%至5863.4億美元，其中，出口同比增長32%至1537.9億美元。進口同比增長23.6%至4325.5億美元，保持進口額最大的單一商品地位。集成電路貿易逆差同比增長19.4%至2787.7億美元，較2020年擴大了453億美元。作為全球最大的芯片進口國，且集成電路產品貿易逆差持續擴大，強化集成電路產業基石作用顯得愈發迫切。

2、半導體行業并非只有“芯片"制造

全球君：大多數人對半導體的了解恐怕也僅限于"芯片"。您可以以對半導體領域整體的行業分工做一個簡單的介紹嗎?

黃艷：半導體行業從整體上可以分成三個環節，從上游到下游分別是設計開發、代工制造和封裝測試。

芯片設計公司為半導體產業界提供集成電路芯片設計開發實現服務。在半導體行業，一般把僅從事芯片設計，沒有其他制造、封測業務的公司稱為Fabless或者Design House。比如國外的高通、博通、英偉達等公司，和國內的華為海思、匯頂科技等公司。而既有設計開發服務，又有晶圓制造業務的公司，一般被稱為IDM公司。其包括英特爾、三星、意法半導體等。

由于集成電路設計行業分工的細化，還出現了提供為某些特定功能提供成熟可靠的IP方案的IP授權公司，比如ARM；以及提供電路設計與仿真工具的EDA設計軟件提供商：Synopsys, Cadence, 以及Mentor Graphics等企業。

30年前，臺積電開創專業芯片代工模式后，半導體產業的主流模式由以IDM獨立完成芯片設計、芯片制造和封裝測試的模式，轉變晶圓代工廠專注于中段的芯片制造，與封裝測試企業協力為芯片設計企業交付產品的模式。

代工制造和封裝測試是重資產環節，涉及到包括硅片、靶材、光刻膠、高純試劑、電子特氣等原材料，以及晶圓制造設備、封裝設備和輔助檢驗設備等。

目前我國的封裝測試企業已經達到世界先進水平，芯片設計企業處于快速發展階段，但是代工制造和國際領先水平尚有差距。

3、芯片需求覆蓋90納米—5納米制程

全球君：很多消費者通過智能手機了解到了5納米、3納米等芯片制造工藝的名詞。在半導體行業中，對芯片不同納米的需求量是怎樣分布的？

黃艷：以中芯國際為例，2021年中芯國際來自90納米以下制程的晶圓代工業務營收比例為62.5%。其中，55/65納米技術的收入貢獻比例為29.2%，40/45納米技術的收入貢獻比例為15%，FinFET/28 納米的收入貢獻比例為15.1%。從應用領域來看，智能手機類應用收入占晶圓代工業務營收的32.2%。消費電子類應用、智能家居類應用、其他應用類收入分別占晶圓代工業務營收的23.5%、12.8%、31.5%。

作為比較，臺積電2021年來自90納米以下制程的晶圓代工業務營收比例為87%，其中65納米技術的收入貢獻比例為5%，40/45納米技術的收入貢獻比例為7%，28納米的收入貢獻比例為11%，16納米的收入貢獻比例為14%，7納米的收入貢獻比例為31%，5納米的收入貢獻比例為31%。對于臺積電而言，大部分客戶都停留在7nm。5nm以下大客戶只有蘋果、聯發科、高通、AMD、英偉達、谷歌、特斯拉等大企業。7nm和5nm的產品包括CPU、GPU、AI、加密貨幣芯片、網絡通信、5G、自動駕駛等芯片。

可以看出，受制于3nm制程昂貴的設計和制造費用，突飛猛進的制程軍備競賽有放緩的趨勢。客戶和市場始終在尋找性能和成本的最佳平衡點，而不是盲目地探索集成電路的微縮極限。雖然高端市場會逐漸被10nm、7nm等工藝占據，但是受益于單位芯片成本優勢，40nm、28nm等節點并不會很快退出。

4、新冠疫情和通脹等多重因素導致"缺芯"

全球君："缺芯"是這兩年的熱點話題，您能談談"缺芯"的具體原因是什么？

黃艷：我們觀察到的近兩年，有兩波"缺芯"的浪潮：第一波是從2020年新冠疫情開始，手機、安防、汽車等行業均出現芯片缺貨的情況。第二波是在2021年，碳中和政策加持下，電動汽車行業發展迅猛。以MCU(包括發動機ECU、傳動系統ECU、底盤/安全氣囊ECU)、防抱死制動系統(ABS)、高級駕駛輔助系統(ADAS)，電源管理等汽車芯片短缺為主的缺芯情況。

從宏觀上來看，自2020第二季度開始，疫情導致全球半導體產業鏈產能利用率下滑、遠程辦公/線上教育的強勁需求帶動2020年計算機/服務器相關芯片出貨顯著提升，半導體產能恢復進度落后于需求。

但是從2021年開始，美國引領的一波全球通脹，消費電子的熱潮很快變寒潮，此時消費電子芯片的備貨在2021年底已經到達歷史高位。而汽車電動化/網聯化/智能化滲透率的提升對芯片的需求凸顯，各fab端對汽車產能配置不足，自然災害和事故等因素加劇了芯片短缺狀況。比如2021年2月，美國得克薩斯州出現罕見寒冷天氣，造成了三星、恩智浦、英飛凌等公司在當地的晶圓廠部分減產或停產；同月，日本福島東部海域發生7.3級地震，影響了信越化學、SUMCO、瑞薩、鎧俠、索尼等半導體材料及晶圓代工廠生產；2021年3月，瑞薩日本茨城工廠因為電線短路發生火災，包含12英寸汽車MCU產線，影響了對日產、本田、斯巴魯等整車廠的供貨。

芯片的周期性短缺以及結構性短缺，經過放大傳導消費市場，造成了消費者對于"缺芯"的最直觀的印象。

5、中國半導體行業面臨的難題和突破口

全球君：隨著中美之間在高科技領域的競爭越來越激烈，中國大陸近年來對半導體芯片領域的投資熱情高漲。而美國對中國的技術限制也越來越多。那么，未來中國在半導體的哪些細分領域會面臨難題，又在那些領域能取得突破？

黃艷：目前看來，我們國內在細分領域面臨的難題在于高性能、大算力、復雜系統的芯片的設計以及制造，如HPC、GPU以及車規級 MCU、記憶體等。

由于目前的科技行業受國際關系的影響，最大的風險會在高端fab(14nm以下)產能擴張的限制。目前EUV光刻機，及EDA對國內部分企業禁運，就是這些風險的體現。

隨著芯片供應鏈-材料設備本土產業化的進展，我們的產業還會在窗口期內快速發展，存儲Dram在2022年實現了19、17nm的量產突破，以及3D NAND 128層的量產，化合物半導體全鏈也會快速成長，中國未來5-10年有機會誕生一批像鎂光、英飛凌這樣的行業領袖。

6、"缺芯-擴產-產能過剩-削減產能"

是行業特性

全球君：近期，因電子產品需求下降，英偉達、鎂光、英特爾、AMD等美國大型半導體企業都紛紛發布業績預警。而同時，美國、歐洲、韓國、日本、中國大陸和臺灣地區都在進行大規模的半導體項目投資。這種情況持續下去，會不會在幾年后，導致全球半導體行業產能過剩？

黃艷：芯片作為新型的工業糧食，產業景氣度和經濟的環境是息息相關的。和原油，鋼鐵類似，芯片的需求和經濟周期緊密掛鉤。這個行業是一個天然的周期性行業，因為產能增加一般需要2年時間，但是需求增長一來，半年就能起來，供不應求-缺貨-漲價，缺貨的制造企業會擴產，但擴產很快使得產能過剩，導致整個行情變差，變成了一個波峰和波谷明顯的行業。每5-6年經歷一次"缺芯-擴產-產能過剩-削減產能"的周期。

本來芯片行業在2018年到2019年處于衰退周期中，正常到2020年的時候，芯片還會處于下行周期。但疫情導致2020在線辦公有個超級需求，而今年因為消費疲弱，電子產品和手機全年出貨會減少15-20%，CINNO Research數據顯示，2022年第一季度，國內IC設計廠商平均存貨周轉天數增至192天，較2021年第一季度增加約58天。全球fab的產能結構正在由消費類向工控、汽車方向偏移。

類似的周期性過剩的情況會每三五年來一次，長期看，全球芯片需求側仍將穩步增長，國內特別是汽車芯片、高端工控、6G應用的高端需求(28nm以上制程)會長期支撐產能擴張。