出品 | © 探客Tanker

作者 | © 行者

编辑 | © 蛋总

什么都要抢——这是近半年来芯片生产链上的每一家企业最焦点的感受。

随着夏历新年的竣事，这一轮席卷全球的“芯片荒”由芯片领域延伸到了制造领域。2月中旬，美国知名的汽车企业联手向美国总统递交请愿书，要求美国以国家身份出来解决芯片生产问题。

这把本在小圈子里流传的“芯片产能不足”的事实，彻底公之于众。3月以来，芯片产能进一步下降的事实，让原本并没有对此担忧的手机厂商进入了抢购芯片的行列。现在，这轮“芯片荒”的影响，已经传导到了消费者头上。这让人不得不叹息，一颗小小的芯片已经牵动了全球经济的神经。

“当前市场上芯片的价钱已经比2020年年底上涨快要10-15%，如果芯片紧缺局势继续连续三个月，相关生产商肯定会提高自己最终端产物的价钱。”某IT技术研究院的研究员陈建对「探客Tanker」表现。

在他看来，当美国拿芯片制造领域的技术作为“杀手锏”来限制中国企业生长的时候，爆出这样的“芯片荒”，既有疫情和天灾人祸叠加的因素，更是美国以政治手段滋扰全球芯片工业链运行所获得的反噬体现。

“经济学是建设在统计上的科学，已经通过市场自发形成的全球工业分工，被人为阻断之后一定会对全球经济发生庞大的负面影响。”陈建说。

1、从台积电和三星竞争说起

若想明白当前泛起的“芯片荒”，就要先弄明确芯片生产的整体历程。众所周知，芯片生产是一个极其庞大的高精尖生产工艺流程，或许有2000多道工艺。

如果凭据差别阶段的产物样式来划分，大致可把芯片生产流程梳理为：高纯度单晶硅片生产——光刻机的使用——蚀刻——气相沉积和离子植入——研磨与切割——芯片封测，这一系列流程完成后便可交付用户了。

因此，“芯片荒”泛起的原因应该从芯片生产流程中去找。

据「探客Tanker」相识，在2019年至2020年，三星、台积电这两家全球顶尖的芯片生产代工企业，展开了一轮“攻破芯片生产最小纳米数”的竞争，这是“芯片荒”泛起的重要前提。

由于芯片是一个投入庞大但产出极其不稳定的行业，原本从设计到生产“一条龙”都由一家企业完成的生产模式，越来越限制企业的产能和市场供应，最终被张仲谋建立的台积电以“纯第三方接单生产，芯片需求方仅需做佳设计即可”的芯片生产模式所取代。

由于台积电是以生产芯片作为自己最主要的产物，所购进的设备能获得最大规模的使用，因此成本在可控的规模内，这就使得台积电获取的利润越来越高，竞争力越来越强。在这种“马太效应”下，芯片的市场份额逐渐向焦点的几家大企业集中。

而在这些焦点企业中，各家比拼的是如何在同样巨细的硅片上制作更多数量的芯片，或者在相同面积巨细的硅片上增加晶体管的密度，从而提升芯片的效果和能力。这两个竞争点，已经将“摩尔定律”逐渐演酿成“极致的芯片纳米数竞争”。

在2019年，三星和台积电先后宣布攻破7纳米向5纳米转型生产线的难题，高通、华为和三星等消费类芯片巨头紧接着就推出基于5纳米技术生产的相关芯片。

这也就有了被华为消费电子掌门人余承东称作“华为芯片绝响”的麒麟9000，即便高通888紧接着就面世了，但麒麟9000迄今仍被多数人认定是5纳米手机类芯片内里的第一名。

固然，台积电和三星进入到5纳米芯片生产竞争领域，投入的研发成本、设备采购成本以及生产成本都远超7纳米的生产线。

曾在中芯国际任职工程师的李明对「探客Tanker」表现，凭据他的相识，ASML能完成5纳米生产的光刻机，比7纳米的光刻机贵近一倍，“这还不算每生产一个芯片都要用的光刻胶，生产5纳米必须使用日本东京应化和信越化学所提供的顶级的两款光刻胶才气举行。”

在他看来，当生产量上升到一定级数之后，5纳米芯片的生产成本要比7纳米芯片贵出至少50%，“更别提5纳米芯片的良品率还不理想，虽然台积电声称自己5纳米芯片的良品率凌驾90%，但通过它给高通代工888芯片耗能‘翻车’的事情可以看出，台积电5纳米芯片的良品率应该还没到达这一个目的。”

这也就意味着有大量的芯片会因为泛起瑕疵而被客户放弃，而这些被放弃的芯片也要算到最终芯片的成本中。

所以，如何降低5纳米芯片生产的成本，这是代工厂商台积电和三星特别关注的问题。各人首先想到的即是从质料上着手，要想措施扩大拿来举行光刻和蚀刻的单晶硅片的尺寸。那么，在质料这方面，各家又遇到了什么难题？

2、硅料涨价的背后

事实上，当质料的面积增大了，一定会容纳下更多的单个芯片，也使得每次所生产出来芯片的数量增加凌驾30%。但现在各家面临的难题是——硅料价钱猛涨，进一步抬升了质料成本，这背后的原因是什么？

需知，在7纳米以前的时代，绝大多数的代工厂商最先进的生产线都是8寸晶圆生产线，原因就在于8寸在整个半导体级单晶硅生产中是一个主要尺寸。但进入5纳米之后，为了降低生产成本，三星和台积电纷纷上了12寸晶圆的生产线。

这也使得自2020年6月份开始，在国际半导体级单晶硅市场，迎来了一波从8英寸向12英寸直径转型的浪潮。

这里要普及一个观点：半导体级单晶硅是通过直拉法，使用电坩埚将硅液化以后逐渐拉制形成的硅棒，然后再用金刚丝举行匀称切片，形成可以送入台积电和三星举行芯片生产的晶圆底料。

而单晶硅生产厂为相识决直径扩大到12寸的生产，除了工艺上的改良，就必须使用纯度更高的单晶硅料。

虽然全球排行前5的日本、美国和台湾半导体级单晶硅生产商在市场上占比凌驾90%，但在8英寸及以下半导体级单晶硅生产上，最近两年中国的年增速就凌驾40%，这部门市场的自有率已经到达了6成到7成。

“12寸半导体级单晶硅，2020年有几家海内公司刚刚攻破生产工艺上的难题和瓶颈，生产线还需要1-2年的建设周期，真正大规模进入市场，需要到2022年才气看到。”李明对「探客Tanker」说道，他认为在半导体级单晶硅生产方面，我们国家还处于追赶阶段。

而如果谈及硅料，中国的优势就愈发现显。相关数据显示，一连4年中国的硅料出口占据全球的比例已经凌驾70%。

甚至在纯度要求没半导体级硅那么“失常”的光伏单晶硅和多晶硅市场上，中国的硅料和硅片出口，已经占据全球市场的90%。

究其原因有两个：

一是到现在为止，硅料生产需要泯灭大量的电能，而现在全球电能生产最充沛且价钱最低的是中国，尤其是中国的西部。因此，全球硅料巨头大量聚集在中国的西部，如新疆、陕西和甘肃这一带。

二是中国在2010年前后逐渐解决了硅料生产的设备国有化问题，原来曾占据全球硅料设备产能前5的外洋公司现在仅有一家存活。而正因为解决了生产所有技术和设备的国产化，使得中国的硅料在国际市场上具有很是强大的价钱和质量竞争力。

因此，这几年下来，在全球硅料市场就发生了中国硅料占比取胜的局势。

然而，自2020年下半年以来，一方面中国政府在推进节能减排，许多地方对于用电大户的硅料生产企业举行了产能上的限制，无形中降低了中国出口的硅料数量；另一方面，原本可以通过技术升级到达节能减排效果的中国硅料生产企业，却因美国克制中国企业使用EDA设计软件等相关的工业设计法式，因而不得不寻找替代品，延缓了技术生长的程序。

“业内皆知最赚钱的是半导体级硅料，去年上半年各家企业都卯足了劲想在这方面举行大规模的投入。没想到美国对中国的限制政策出来之后，EDA设计软件就突然被封锁了，我们自己研发中心做的新硅料炉设计过半了，但如今却推进不下去了。”某海内硅料生产企业副总裁陈光对「探客Tanker」透露。

在他看来，这种情况至少会延缓中国硅料企业大规模提供半导体级硅料半年到8个月的时间，“我们现在已经在测试国产的EDA软件，但由于两种软件的花样并不相同，这就意味着我们的设计师和工程师需要把原本的平面和实验室中到达的结论，在新的软件中重新画出来。”

他认为美国这种无谓的封锁，给整个芯片行业带来的影响会很是庞大，“这是一个全球供应链到场的行业，没有哪个国家能保证自己100%完成芯片的生产。”

不难看出，在“外临封锁，内遭限制”的情况下，硅料的供应量有所下降，进而导致了其价钱上升。3月1日，来自于中国有色金属工业协会硅业分会的最新消息，海内硅料的出厂价已经上涨到10万元一吨。而在2020年上半年硅料价钱跌到谷底的时候，曾经到达过6万元一吨。

基础原料价钱上涨的幅度可见一斑。

3、芯片生产的中国因素

我们顺着芯片生产流程，从首先泛起的质料价钱上涨问题，来到了芯片的光刻机与蚀刻机的使用，这其中发生的新状况也是导致“芯片荒”泛起的重要一环。

与众人都知道的光刻机纷歧样，其实在芯片生产的历程中蚀刻机的重要性一点不比光刻机弱。

所谓蚀刻，就是将质料使用化学反映或物理撞击作用而移除的技术，共分为干刻蚀和湿刻蚀：干刻蚀是使用等离子体撞击晶片外貌所发生的物理或化学反映，或者两者的复互助用完成蚀刻；湿刻蚀则是使用化学溶液和被刻蚀物质之间的化学反映，最终将被刻蚀物质剥离下来。

通俗地讲，这个工艺就是在光刻机把集成电路镌刻在芯片后，使用蚀刻机的相关蚀刻原理，使得集成电路实现类似印章一样浮显在硅片上面，以到达保证硅片正常功效实施的目的。

因此，这也是在芯片生产中很是重要的一个环节。

而在蚀刻机生产的历程中，有一家中国企业是无法被跨越的——中微半导体，这是一家全球知名的蚀刻机生产巨头。

在2015年之前，美国商务部已经对中国等离子体蚀刻机实施出口管制多年。但2015年，美方排除了这一出口管制，因为中微半导体自主研发的等离子体蚀刻机，已经获得一线客户的广泛应用，美国的出口管制已经起不到任何作用。

更值得注意的是，中微半导体照旧世界上第一家乐成研制出5纳米精度蚀刻机的企业。

此外，从65纳米升级到5纳米精度的研发历程中，中微半导体逐渐掌握1016项专利，而且在四次由外洋巨头提起的专利诉讼中全部胜诉。

要害在台积电想转型5纳米芯片生产的历程中，只有中微半导体能提供对应的蚀刻机。“据我相识，中微半导体在这几家有5纳米芯片生产线的代工厂蚀刻机的占有率凌驾50%。”陈光对「探客Tanker」表现，他认为中微半导体是中国在芯片领域突破要害技术封锁的第一个乐成者。

“中微半导体对海内其他的芯片工业链企业有着很是努力的样本意义。”他增补道。

但在2020年，中微半导体对外洋的出货也泛起了一定的问题。与光刻机类似，蚀刻机也是一个使用全球工业链完成的产物。虽然中微半导体这两年尽心尽力地推动国产化事情，而且蚀刻机的国产化率在芯片要害技术上已经高居榜首，但也不外20%-30%。

这使得在美国对中国芯片工业努力打压的背影下，原本可以从美国获得的相关工业链产物和技术现在都被喊停了。而这样的状况反馈到市场上，就是中微半导体对于外洋高品级蚀刻机的出货量受到较大影响。

“现在没法评估这到底是有多大的一个数据，但据我相识，主要是对外洋客户的交货速度受到了影响。”陈光就此向「探客Tanker」表现，他以为这也是一个新的机缘，在国家的协调下，去年下半年围绕蚀刻机的国产化，正在举行攻关，“应该很快就能看到一些佳消息”。

而这样的情况也一定会传导到芯片生产领域，使得台积电、三星等芯片代工企业扩充的新产能无法落地，这就进一步助推了“芯片荒”的发生。

此外，值得一提的是，中国在芯片生产历程中起到决议性因素的另一个环节是封测。从严格意义上讲，芯片的生产历程可以分为三步：设计、生产和封测。

像台积电这样的代工厂，最终形成的照旧一个半制品，所有的晶圆被集成电路的线路所笼罩，但还没有形成单一的芯片。台积电生产出来的“半制品”需要由封测厂商对其举行切割，然后将芯片牢固在基板上举行封装，并对封装佳的芯片举行测试，保证100%完成设计公司的要求，这个历程就是“封测”。

（图 / 芯片封装中的样子和制品）

说实话，封测是我国第一个攻破芯片生产焦点环节，原因就在于劳动力成本的低廉，使得中国展开的封测事情能大大降低全球芯片生产的成本。

（图 / 芯片测试原理）

因此，2020年的数据显示，在全球芯片封测市场上，中国的市场占有率在全球排名第二。海内有三家企业都进入了全球封测市场份额前十排行榜，其中江苏长点的份额是14.5%，排在了第三名，而通富微电则是5.9%，排在了第六名，天水华天的份额是4.7%，排在了第七名，三家企业加起来的市场份额到达了25.1%。

另外，全球最知名的芯片封测巨头日月光，其所有的封测业务也放在中国举行。“在严格意义上说，全球应该差不多一半以上的芯片封测是在中国完成的。”陈光对「探客Tanker」表现，由于美国的商业壁垒政策，使得许多涉美国生意的代工和芯片生产供应链企业客户，不得不停止与中国封测焦点企业的互助，反而将业务发给日本或加拿大、美国本土的公司。

“这肯定会推升单一芯片的生产成本。”陈光说道，他认为这也是此轮“芯片荒”发作的重要原因之一。

固然，在他看来，由于日本是主要生产芯片所用的化学药品的国家，前一段时间的地震使得许多与生产芯片相关的药品和光刻胶的企业纷纷停产，再加上美国德州的电力危机让投资在那的几个芯片巨头损失惨重。

在多重因素的叠加下，全球发作了新一轮的芯片价钱上涨和产能荒。

香港恒久研究芯片上市企业的投行分析师林熙对「探客Tanker」表现，这一轮的“芯片荒”其实是给全球的国家提了一个醒，“履历漫长二三十年的国际互助和生长奠基的国际供应链分配格式，尤其是在高新技术产物的生产上，不能轻易去调整，否则各个国家都要受到反噬。”

在他看来，经济学纪律在任何时候依然发挥着主要的作用，若想以人为的因素去调整经济的漫衍，“让那些经济学的泰斗去操作也纷歧定办获得。”

不外，在一片愁云昏暗的局势中，业内传来了一个佳消息——3月11日，中国和美国的半导体协会告竣了配合商讨的事情机制，这极大鼓舞了国际资本市场，相关芯片工业的股票纷纷在12日上涨。

林熙认为这可能为中美的对话，以致未来解决全球芯片供应链短缺的问题，奠基一个良佳的基础。“但供应链被扰乱了以后，恢复常态也需要自我修复的时间，因此我通太过析数据认为，芯片荒很可能会连续到年底。”

而从这个角度上说，当前在高科技芯片生产领域遇到的难题，其实是西欧政治家不遵循经济学纪律所引发的“全球性灾难”。

这倒印证了一句在经济学领域常说的谚语：

经济学不是最无用的科学，有些时候它会决议你的生死。

*注：文中李明为假名。文中题图来自：摄图网，基于VRF协议。