第二節 發展特點

一、產能緊張態勢延續，逐步轉向“結構性”缺芯

2021年，全球晶圓代工產能依舊緊缺，芯片延續缺貨漲價態勢，其影響沖擊了從消費電子到汽車的各個產業。一方面，成熟制程新增產能有限，難以滿足市場對成熟制程產品需求的持續增長；另一方面，由于新冠肺炎疫情帶來的消費電子需求增長、汽車需求反彈，疊加疫情和出口管制等催生的庫存需求等對市場需求產生擾動，放大了供需錯配，使得缺芯問題短期內難以得到緩解。2021年，包括聯電、力積電、世界先進（企業名稱）等企業均調漲晶圓價格，平均漲幅達20%～30%。從產品和應用領域看，2021年第三季度芯片短缺逐步從全面缺貨轉向局部性缺貨，CPU、存儲器等通用大類產品在供需結構調整和制造廠產能提升下短缺情況已開始出現緩解，短缺的芯片主要集中在電源管理芯片、LCD顯示驅動IC、車規級MCU，車用CMOS圖像傳感器（CIS）等。汽車仍是當前缺芯最嚴峻的領域，全球車規級晶圓生產線主要聚集在臺積電、格羅方德、瑞薩、意法半導體、德州儀器、英飛凌等企業，生產線數量有限且車規芯片要求高、認證時間長，因此供給緊張態勢緩解仍需較長時間。意法半導體、英飛凌、恩智浦和瑞薩等企業的2022年車用MCU訂單近乎滿單，力積電的電源管理、顯示驅動IC和功率器件等代工訂單已經排到2022年下半年。據咨詢機構AFS的統計數據，2021年以來全球汽車累計減產約1023萬輛，造成行業損失超2100億美元。

展望2022年，從需求端看，隨著新冠肺炎疫情和地緣政治沖突等因素持續發展，電子產品需求增長勢頭陷入瓶頸，市場需求不確定性增加。多家筆記本電腦品牌廠商已經削減了2022年供應商訂單量，并下調了年度出貨量目標，疊加產能加速釋放及各國加大產能調配力度，預計2022年缺芯態勢有望得到較大幅度的緩解。

二、疫情暴露供應鏈脆弱性，芯片供給不確定性增大

半導體作為全球化的產品，供應鏈體系長且涉及企業眾多。在芯片各個細分領域存在高度壟斷、集中的情況下，新冠肺炎疫情、出口管制蔓延、地緣政治沖突和自然災害等“黑天鵝”事件對半導體供應鏈的影響進一步增加，供給端任何擾動都可能造成更深層的“蝴蝶效應”，放大對半導體供應鏈的沖擊。據統計，自2020年新冠肺炎疫情蔓延以來，已經有超過50家全球半導體企業的東南亞工廠被迫停工，導致產能急劇下降。2021年上半年，馬來西亞半導體工廠生產線產能利用率下降到20%左右，中國臺灣地區部分封裝測試工廠也因疫情多次停產。瑞薩日本工廠因火災、地震等原因多次停產，加劇車用半導體短缺形勢。2021年初，美國暴雪曾引發電力供應中斷，導致恩智浦、英飛凌等全球主要的車用芯片制造商和三星等重要代工企業生產中斷，需要較長時間恢復產能。此外，由于疫情、地緣政治等因素導致的物流不確定性也沖擊著半導體供應。中國香港是重要的自由貿易港和電子產品貿易樞紐，香港疫情對供應鏈物流造成較大沖擊，導致產品通關效率大幅下降、交貨周期延長，進一步加劇芯片供應緊張形勢。進入2022年，隨著疫情持續蔓延，各地防控措施趨嚴，造成物流供貨延遲、人員流動不方便、在建項目停工、供應鏈配套延遲等情況，加劇整個半導體供應鏈的紊亂，影響芯片的供給效率。

三、全球半導體產品和技術創新步伐加快

2021年，半導體產業在積極擴大產能的同時，也在加速產業技術變革、創新，新應用領域的不斷拓展也從側面促進了產業技術的更新換代。

在半導體制造工藝方面，摩爾定律仍在持續發揮作用，臺積電、三星全力推進下一代先進制程芯片的研發與制造。臺積電4nm（N4P）工藝于2021年三季度開始試產，它是臺積電繼N5、N5P、N4后的第四個5nm工藝，作為5nm工藝（5nm N5工藝）的改進版，芯片在速度、功耗、密度上有所提升，但提升幅度低于3nm工藝。據報道，蘋果A16和高通驍龍8 Gen1 Plus將采用臺積電的4nm工藝，在2022年下半年開始生產，N3工藝則將按原計劃在2022年下半年推出。臺積電表示，N3仍將采用傳統的FinFET結構，而三星在7nm之后的大迭代上，采用更為激進的晶體管結構GAAFET，從2022年開始使用3GAE技術進行大規模生產。

先進封裝和異構集成成為產業技術重要的推動力。伴隨數據計算量的大幅增長，除晶體管體積持續縮小之外，將不同架構、不同功能進行組合的異構計算成為重要的解決方案，隨著芯片向著更小、更薄的方向演進，先進封裝技術的市場需求也不斷提升。據Yole Développement最新的2021年高端封裝報告，行業龍頭在先進封裝上的資本支出約為119億美元。美國商務部國家標準與技術研究院（NIST）先進制造辦公室已選中半導體研究公司（SRC）為微電子和先進封裝技術（MAPT）編制路線圖。SRC表示，先進封裝及3D單芯片和異構集成將成為下一次微電子革命的關鍵推動力。

在芯片設計方面，融入人工智能技術的EDA成為重要趨勢。當前新興應用的不斷發展對系統級芯片的設計提出了更高的要求，動輒數以億計的晶體管規模、呈指數級增長的復雜度下芯片設計的難度不斷提升，傳統EDA發展需要借助以機器學習為代表的人工智能技術手段，實現芯片設計效率的提升。早在2020年4月，谷歌AI團隊便描述了一種基于機器學習的芯片設計方法。三星下一代Exynos處理器將采用AI進行芯片設計，谷歌TPU（張量處理單元）采用人工智能優化；英偉達利用人工智能技術生產GPU和云計算TPU平臺。新思科技、楷登（Cadence）等EDA知名廠商均開始將AI引入EDA工具，將AI算法與EDA工具結合，優化芯片設計流程，推動EDA逐步走向智能化。

四、各國加大產業扶持力度，全球供應鏈加速重構

近兩年，美國的出口管制、新冠肺炎疫情和產能短缺使得各國意識到構建自主半導體產業的重要性，各國頻繁出臺半導體產業扶持政策，通過財政補貼、稅收減免、推動研發計劃、吸引企業等各種措施強化本國（地區）在半導體領域的行業地位。

美國政府在2021年5月通過法案，將為在美國本土的半導體制造項目提供約520億美元的財政援助，同時積極推進為集成電路制造項目提供最高25%的減稅政策，吸引臺積電、三星等企業赴美建廠。韓國政府推出“K半導體戰略”，聯合三星、海力士等153家企業在未來10年內投資510萬億韓元（約合4500億美元），目標是建設全球最大的半導體制造基地，政府提供租稅減免等多項政策，以支持半導體產業。歐盟委員會提出在2030年前實現先進芯片制造產業在全球占比20%的目標。2021年6月，日本經濟產業省發布“半導體與數字產業戰略”，依托總計7000億日元（約人民幣413億元）的后5G基金、供應鏈補助金等投資半導體領域，并準備出臺法律，對臺積電等企業赴日投資給予補貼。2021年11月15日，日本經濟產業省召開第四次“半導體與數字產業戰略研討會”，在會上提出有關強化日本半導體產業基礎的“三步走”實施方案。

臺積電仍然在推進美國工廠的建設進程，英特爾也推出了200億美元擴張計劃加速產能和工藝制程研發。同時，美國又與日本建立聯盟，開發2nm工藝。隨著各國加大對高端制造業產能的爭奪，全球行業割裂的形勢將進一步加劇，可能加速全球供應鏈的重構進程。