大熱的半導體，會走向何方？

來源：內容來自半導體行業觀察（ID：icbank）編譯自eetimes，作者：湯之上隆。

無法生產汽車、無法生產電腦、無法生產智慧手機、無法生產遊戲機，無法生產任何一種電子產品！

2021年爆發的半導體供給不足問題幾乎波及了所有的領域，要說具體體現在哪些方面？在超長的交貨期（Lead Time）上體現的淋漓盡致。

CHENG TING-FANG and LAULY LI等的4月16日的文章《How the chip shortage got so bad -- and why it's so hard to fi》中提到，一般情況下，大部分半導體的交貨期在四周一一八週，最近，功率IC、MCU（即微控制器）的交貨期為24週一一52周（居然需要一年的時間！）。CPU需要12週一一16周，儲存半導體需要14週一一15周，Wi-Fi（通訊半導體等）需要24週一一30周等（如下圖1）。

圖1：各種半導體、材料、封裝的交貨期。（圖片出自：CHENG TING-FANG and LAULY LI, Nikkei staff writers, 「How the chip shortage got so bad -- and why it's so hard to fix」, Nikkei Asia, APRIL 16, 2021。）

此外，液晶顯示屏（LCD）、基板材料、封裝服務等的交貨期也都在加長。晶圓以及後段工序的印刷線路板等基板材料的正常交貨期是12周，而如今的交貨期為20週一一52周（最長為一年）。

為什麼會發生以上這種全球性的半導體供給不足問題？這與2016年一一2018年發生的所謂的「超級週期（Super Cycle，即儲存半導體泡沫）」有何不同？如今的「瘋狂」狀態是「泡沫」嗎？此外，如今的這種供給不足問題會持續到何時？會以怎樣的結局結束？本文就此展開論述。

全球半導體市場動向

下圖2是2015年一一2021年第一季度（Q1）的全球半導體出貨金額和出貨數量的推移表。2016年第一季度以後，半導體市場大幅度增長，出貨金額和出貨數量也大幅度增長。2018年第三季度的出貨金額為1,249億美元（約人民幣8,118.5億元），出貨數量約為2,658億個，後來從此處的峰值開始下跌，半導體陷入了不景氣時代，這被人們稱為「超級週期（Super Cycle）」。

圖2：全球半導體出貨金額和出貨數量（2015年第一季度一一2021年第一季度）。（圖片出自：筆者根據WSTS的資料製作了此圖。）

半導體的不景氣在2019年第二季度觸底，後來開始逐步恢復，由於2020年年初發生了新冠疫情，半導體出貨數量和出貨金額再度跌落。然而，同年第三季度以後，又迅速恢復，2021年第一季度的出貨金額達到了1,231億美元（約人民幣8,001.5億元），金額幾乎要趕上儲存半導體泡沫時的峰值，出貨數量卻超過了峰值，為史上季度最高值（約2,748億個）。

從新冠疫情中迅速恢復的原因和半導體供給不足的原因

從新冠疫情中迅速恢復的原因和半導體供給不足的原因主要有以下幾點：

由於新冠疫情，遠端辦公在全球範圍內普及，電腦需求劇增。此外，新冠疫情迫使人們「宅在家中」，因此遊戲機、各種電子產品的需求猛增。遠端辦公的普及、居家辦公帶動了網路購物的迅猛增長，因此資料傳輸量大幅度增加，雲廠家（Cloud Maker）加快了對數字中心（Data Center）的投資。由於美國加強制裁華為，2020年第三季度華為採購量大幅度增長。在智慧手機市場上，同年第四季度，蘋果、三星電子、vivo、小米等廠家為了填補華為的空缺，開始增產。由於美國也對中國的中芯國際進行制裁，諸多Fabless公司紛紛將代工廠家轉為TSMC、UMC等公司，因此這些臺灣的代工廠家的產能達到了極限（但是，據說如今就連中芯國際的產能也是逼近了極限）。2020年2月一一8月受到新冠疫情的影響，汽車產業大幅度減產，同年九月以後，又迅速恢復。瑞薩電子等車載半導體廠家將40納米以後的尖端半導體都外包給TSMC生產，但是，基於「Just In Time（準時制）」的生產方式，因此一度取消訂單又重下訂單。然而，TSMC用其他半導體填補了被取消的車載半導體的空缺。因此，車載半導體供給不足問題在2021年越來越顯著，日本、美國、德國等各國政府競相向中國臺灣當局提出了增產車載半導體的要求。TSMC雖然增產了車載半導體，原本產能就滿負荷，因此影響到了其他半導體的生產。至此，半導體供給不足的主要原因如下：新冠疫情是「導火索」、美國對華為和中芯國際展開制裁、汽車廠家的Just In Time（準時制）的生產方式。

下面進行定量分析。

各種半導體的市場動向

下圖3是各種半導體的季度出貨金額的推移表。MosMemory（包括DRAM 和NAND）在2018年第三季度達到峰值，為441億美元（約人民幣2,866.5億元）。我們只能感慨說此時的頂峰值真是非同一般!

圖3：每個季度的各種半導體的出貨金額（一一2021年第一季度）。（圖片出自：筆者根據WSTS的資料製作了此圖。）

我們即使做出以上感慨也無濟於事，下面開始分析。下圖4是對2015年第一季度以後的出貨金額進行了特寫，2016年第一季度以後，雖然MosMemory市場急劇擴大，但邏輯半導體、Mos Micro（MPU、MCU等）、模擬半導體緩慢增長。2018年第三季度和第四季度整個市場出現萎縮，又在2019年第一季度恢復。

圖4：各種半導體在各季度的出貨金額（2015年第一季度一一2021年第一季度）。（圖片出自：筆者根據WSTS的資料製作了此圖。）

進入2020年，由於新冠疫情的緣故，邏輯半導體、Mos Micro、模擬半導體等下滑，僅有Mos Memory保持增長，又在同年第季度下滑、後又恢復。另一方面，邏輯半導體、Mos Micro、模擬半導體在同年第三季度觸底反彈。

在2021年第一季度，邏輯半導體銷售額達到340 億美元（約人民幣2,210億元），Mos Micro為183億美元（約人民幣1,189.5億元），模擬半導體達到167億美元（約人民幣1,085.5億元），分別達到季度最高值。Mos Memory也在2018年的第三季度達到頂峰，為319億美元（約人民幣2,073.5億元）。

與過去的「儲存半導體泡沫」有何不同？

下面我們來看看各種半導體的季度出貨數量推移（下圖5）。2016年一一2018年第三季度，模擬半導體、邏輯半導體、Mos Micro的出貨數量保持增長，僅有Mos Memory的出貨數量相對平穩。雖然是儲存半導體泡沫，但儲存半導體的出貨數量幾乎沒有增長。

圖5：每個季度的各種半導體的出貨數量（2015年第一季度一一2021年第一季度）。（圖片出自：筆者根據WSTS的資料製作了此圖。）

為什麼在圖3和圖4中Mos Memory的出貨金額突然增加呢？原因在於價格高昂的儲存半導體（如下圖6）。就大宗交易價格而言，8G的DDR4 DRAM的從3美元上漲到8.2美元，128G的NAND從3美元上漲到5.8美元，二者都出現了上漲。這就是2018年第三季度的令人驚歎的儲存半導體泡沫的真實現象。

圖6：DRAM（DDR，8G）、NAND（128G）的大宗交易價格推移。（圖片出自：筆者根據DRAMeXchange的資料製作了此圖。）

另一方面，進入2021年以來，即使半導體供給不足問題愈演愈烈，也沒有出現像儲存半導體泡沫時期的高價。正如筆者之前釋出的文章《價格高漲的DRAM 和價格平穩的NAND》中提到的一樣，出現了傳統型DRAM現貨價格（Spot Price）高漲的現象。推測原因是各種電子產品需求擴大。

下面我們再回過頭來看看圖5，2018年第三季度儲存半導體泡沫破裂，各種半導體出貨數量紛紛下跌。且在2019年第一季度觸底，後又恢復。此外，進入2020年，出現了新冠疫情，所有的半導體出貨數量都下滑。但是，同年第二季度以後，又出現了大幅度的增長，在2021年第一季度，模擬半導體出貨數量約為491億個，邏輯半導體為202億個，Mos Memory為124億個，分別都重新整理了季度的最高值。此外，在2018年的第二季度Mos Micro沒有達到77億個，為75億個。

基於以上資訊，從本質上來講，當下發生的半導體供給不足問題與之前的儲存半導體泡沫是不一樣的現象。簡單來說，過去的儲存半導體泡沫的原因在於儲存半導體本身高昂的價格，而如今各種半導體的出貨數量都出現了大幅度增長，真的是陷入了「無論生產多少都不夠用」的狀態了。

邏輯半導體的出貨數量的推移

在上圖5中，筆者尤其在意的是從2020年第一季度的148億個驟增至2021年第一季度的202億個，針對邏輯半導體的出貨數量，筆者基於各種用途方向，統計了ASIC（Application Specific Integrated Circuit）的出貨數量，如下圖7。

圖7：各種ASIC（Application Specific Integrated Circuit）在各個季度的出貨數量（一一2021年第一季度）。（圖片出自：筆者根據WSTS的資料製作了此圖。）

Consumer（包括遊戲機、各類電子裝置）、Communication（智慧手機處理器AP、通訊半導體）、Computer（包括用於人工智慧AI的GPU）、作為車載的Automotive這四項雖然有類似的地方，但是難以彙總說明。

尤其引人注目的是進入2020年，Consumer驟增，在2021年第一季度達到48.2億個，為歷史最高值。可以想象的是這才真正反映了居家辦公的需求。

此外，在2020年第二季度驟減的Automotive也出現了「V字型」恢復，遠遠超過了疫情之前的水平，在2021年第一季度，達到了歷史最高值，為8.3億個。此外，Computer也重新整理了歷史最高值，為19.2億個。

另一方面，僅有Communication未受到新冠疫情的影響，且在2020一整年都出現了大幅度增長。主要原因是受到美國製裁的華為的大批量提前備貨、以及其他智慧手機廠家為了填補華為的空缺而進行的「擴產之戰」。但是，最終在2021年第一季度出現了驟減。

ASIC出貨數量與上年相比較

此處可以考慮的因素是ASIC受到季節性變動因素的影響，針對2019年一一2021年第一季度的出貨數量與上年同期的對比，筆者製作了下圖8。上年同比大於「1」、即為增長，小於「1」、即為下跌。

圖8：季度的各種ASIC的出貨數量（上年同期比）。（圖片出自：筆者根據WSTS的資料製作了此圖。）

從上圖8中可以看出，自2020年第四季度以後，新冠肺炎導致人們宅在家中，因此Consumer大幅度增長，資料中心投資也擴大。其中，Consumer的增長尤其顯著。

其次，就Communication而言，可以看出在2019年出現了低迷。全球智慧手機出貨數量在2016年達到頂峰，為14.73億部，後開始下滑（如下圖9），因此在2017年以後的「上年同比」必然會低於「1」。

圖9：全球智慧手機出貨數量。（圖片出自：筆者根據IDC的資料製作了此圖。）

然而，在2020年的第二季度一一第四季度卻超過了「1」。第二季度一一第三季度是由於華為的原因（受美國製裁）。此外，同年第四季度可以推測的理由如下：蘋果、三星、小米、OPPO、vivo想要奪取華為的市場份額。

由於美國的制裁，2015年以後，原屬於前三的華為的出貨數量在2021年第一季度下跌至TOP6，為3,220 萬部（下圖10）。另一方面，排名第一的三星電子的出貨數量為7,530萬部，第二的蘋果為5,520萬部（2020年第四季度為9,010萬部，排名第一），第三為小米，為4,860萬部，第四為OPPO，為3,750萬部，第五為vivo，為3,490萬部。尤其是中國的小米、OPPO、vivo遠超華為，出貨數量出現猛增。

圖10：各家企業智慧手機出貨數量。（圖片出自：筆者根據IDC的資料製作了此圖。）

車載半導體的情況

下面再度回到圖8來看看，由於新冠疫情，Consumer、Computer、Communication的上年同比都超過了「1」，而Automotive卻低於「1」。主要原因是：汽車減產、Just In Time（準時制）的生產方式。

TSMC等代工廠（Foundry）的Automotive方向的40納米一一20納米產品被Consumer中的各種電子產品奪走了產能。此外，還可以做出如下推測：通過5G通訊聯網的車載7納米一一5納米尖端邏輯半導體被Communication、Computer、Consumer中的高階遊戲機奪走了產能。

在2021年第一季度之所以超過「1」，是由於日本、美國、德國等各國政府通過臺灣當局向TSMC等廠家提出了增加車載半導體生產的要求。但是，這真的是TSMC 通過緊急對應就可以克服的問題嗎？於是，TSMC在中國南京的工廠投資約3,100億日元（約人民幣183億元），新建車載半導體產線，且計劃在2023年開始啟動，在此之前車載半導體應該繼續會供給不足。

小結

全球範圍內半導體的供給不足的「導火索」是新冠疫情，也和美國對華為和中芯國際的制裁有一定關係，汽車廠家的Just In Time（準時制）的生產方式等因素彙集在一起，引起了當下的結果。

此外，如今的半導體供給不足問題，與因儲存半導體價格過高引起的「儲存半導體泡沫」完全不同，由於各種半導體的出貨數量在不斷增長，因此，可以說真的是「無論生產多少，都不夠用」。

此外，從邏輯半導體的各種ASIC來看，由於新冠疫情，Consumer、Communication、Computer的促使ASIC出貨數量增長，而採用了Just In Time（準時制）的生產方式的Automotive的出貨數量卻下跌了。2021年第一季度，由於政治因素，Automotive雖然出現了出貨數量的增長，是一時的「緩兵之計」，不會成為最終的解決方案。

對於未來的展望

各種半導體的供給不足問題會持續到什麼時候？

「供給不足」這種現象的意思是「對於需求而言，供給不夠充分」。因此，在「供給」趕上「需求」之前，會存在「不足」的問題（這是理所當然的）。

TSMC於4約1日公佈稱，要在未來三年內，投資1,000億美元（約人民幣6,500億元），後來，又宣佈，僅2021年的投資從原來的280億美元（約人民幣1,820億元）增至300億美元（約人民幣1,950億元）。

3月23日，美國的英特爾宣佈，要投資200億美元（約人民幣1,300億元）在美國亞利桑那州建設第二幢廠房。第一幢生產CPU，據說第二幢用於Foundry。此外，英特爾還計劃投資35億美元（約人民幣227.5億元）擴大位於新墨西哥州的工廠（日本經濟新聞 5月5日）。業界認為此次投資是用於3D壓層的後段工序。

5月13日，三星電子宣佈，到2030年投資約16兆5,000億日元（約人民幣9,735億元），僅今年（2021年）的投資就會超過兩兆日元（約人民幣1,180億元）。

如此鉅額的投資真讓人眼花繚亂，但是，問題是即使立即進行鉅額投資，也無法生產出半導體。首先，要建設工廠，匯入龐大的裝置，流動晶圓，再確立生產工藝。

此外，如文章開頭所述，如今的晶圓等材料的交貨周圍為20周-52周（最長為一年），在此之前，如果要進行如此龐大的鉅額投資，僅前段工序就需要「搶購」十多種裝置。此外，每款裝置又由數千個零部件構成，因此可以想象的是如果零部件供給出現問題，將會直接影響裝置的製造。這也是2016年一一2018年儲存半導體泡沫期間實際發生的情況。

是否會發生令人擔憂的情況？

客觀地來說，半導體供給不足問題至少會持續到2023年前後。此外，筆者認為屆時還會出現令人擔憂的情況。

筆者在上文中提到「此次的半導體供給不足問題與之前的儲存半導體泡沫問題有本質的不同」，因此，此次的問題不是泡沫，TSMC、三星電子、英特爾等企業進行鉅額投資，在競相爭奪裝置、材料等的同時，進一步擴大產能。

於是，最終「供給」會趕上「需求」，在超越的瞬間，供給不足問題得以解決。屆時，又會發生什麼呢？

即，半導體價格大幅度下滑，別無其他。

至此，我們已經面臨了多次這種噩夢了（如下圖11），2001年IT泡沫破裂（因此筆者在2002年不得不離開了日立）。2008年「雷曼衝擊」（筆者在2009年放棄成立風投企業的念頭，陷入無業狀態）。此外，2018年儲存半導體泡沫破裂（很幸運，筆者沒有受到影響）。

圖11：全球半導體市場推移（2021年以後為筆者預測）。（圖片出自：筆者根據WSTS的資料製作了此圖。）

那麼，在「供給」趕上「需求」的2023年，將會發生什麼呢？人們很容易認為明天還會繼續延續今天的狀態，但是，歷史證明並非如此。半導體行業的諸位，還是從現在開始就做好心理準備！