“芯片荒”背后的创业挑战和机遇 | 峰瑞研究所 · 芯片系列
汽车制造业的芯片短缺从 2020 年就初见端倪，最初这种短缺被认为只是一个暂时的全球性问题，不少行业分析师预计到 2020 年底芯片短缺问题就会结束，但时至今日，这场芯片荒仍在持续，宝马首席执行官 Oliver Zipse 日前评论道，这种情况可能不会在 2023 年之前结束。
2022 年 4 月 27 日，「 What's Next｜科技早知道」播客第 6 季第 10 期节目中，峰瑞资本合伙人杨永成，科技早知道主播 Diane 围绕「两年了，芯片荒为什么还没结束？」这一主题，探讨了以下问题：
· 为什么相较于其他产业，芯片产业供需关系的调整周期会更长？
· 这轮“芯片荒”和过往有何不同？
· 很多行业都出现了“芯片荒”，为什么消费类电子行业能较快解决，汽车行业会更慢？
· 怎么看待中国半导体行业在这轮“芯片荒”中的挑战和机遇？
对节目感兴趣的朋友可以点击下方「What's Next｜科技早知道」官方音频链接收听。我们也在正文中为大家整理出了对话内容。希望能给大家带来一些启发和思考。也期待与大家持续交流，欢迎联系峰瑞资本合伙人杨永成，他的邮箱是[email protected]。
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/ 01 / 缺芯背后的供需困境
Diane：大家好，最近我在搜索“芯片荒”的新闻时，注意到了对“芯片荒”的两种不同判断。一种来自华尔街日报，标题是《台积电预警产能吃紧，芯片短缺将持续》。另一种来自摩根士丹利于4月12日发布的研报，研报称芯片短缺导致汽车公司降低了产量预期，但传统面向消费者的产品（个人电脑、智能手机和消费硬件）需求的急剧下降有可能导致供应出现过剩危机。通过追踪一些关键指标，摩根士丹利发现，持续一年多的供应链紧张迎来了缓解。今天，我们的话题就围绕“芯片荒”展开，是不是持续了两年的“芯片荒”就要结束了？
今天我们邀请到的嘉宾是杨永成杨总，他是峰瑞资本的合伙人。杨总侧重于深科技领域的投资，在前沿技术、芯片、半导体、IOT等领域有超过30年的经验和积累。在加入峰瑞资本前，他曾任百度硬件生态渠道部总经理、小米副总裁。杨总你好，欢迎作客。
杨永成：你好。
Diane：过去两年大家都在喊“芯片荒”，这和疫情也有相当的关系。我们可以先具体分析一下，到底是疫情的哪些方面，造成了“芯片荒”？
杨永成：“芯片荒”本身并不奇怪，“荒”本质上是市场经济的一种常态反应。通常情况下，“荒”会在市场调节机制下，重回供需平衡，保证产业平稳发展。市场化调整供需关系的方法也较简单粗暴，基本上就是“面多了加水，水多了加面”。不平衡是常态。最终要解决，还是得靠市场调节机制。
Diane：我看到过一个数据图表。从 2000 到 2020 年，就像您讲的，中间经历了一个动态平衡的过程，中间可能好几年都是过剩，有时候好几年都紧缺，不断地在找平衡。是这样一个概念吗？
杨永成：确实有这个特点。相较于其他产业，芯片产业供需关系的调整周期会更长。这里有几个因素：
一是技术确实非常复杂。比如基于硅的所有半导体和芯片，是从一堆沙子开始。从沙子里提炼出硅，把硅一步一步提成晶胚。晶胚就类似一个像水桶那样的晶体，再将其一个个切片变成晶圆。从晶圆到芯片还很远，晶圆可以理解为是生产芯片的一种原材料，就像是披萨饼的饼底胚。
这个底胚，想变成芯片呢，工艺和做披萨很接近，基本是一层一层往上放。但放的时候，并不是均匀地放，并且放的层数通常比披萨要高很多。哪个地儿放什么？哪里不需要放？这部分就需要光刻机了。
用光刻机形成图案后，将光刻胶根据图案分布形成高低不平的凹坑，接着还要经过蚀刻的过程。通常一枚芯片的“饼胚”上，垒个几十层都很正常。这个过程中，不仅要用到晶圆，还需要用到电子特气，还需要特殊的环境。这是一个非常复杂的制造过程。在过去几十年的发展历程中，芯片制造的每一次进步都要花费非常多的精力。
硅晶圆 | okmetic
所以说技术是真的难。而因为技术难，导致能干这事的人不多，有经验的人就更少。竞争本身也导致了大家不大会把这些知识和经验共享给所有人。所以当你想要扩充产能时，并不是只有资金就足够了。
此外，这个产业还极端的全球化。不同的材料来自世界不同的国家，比如半导体硅材料可能来自日本、德国，绝缘衬底硅晶圆（SOI）做的最好的是法国，碳化硅晶圆目前又是美国最多；这还只是大框架的情况，还有很多大家平时所不太注意的，比如俄乌冲突后，我们才发现制作激光器的氖气大多是来自于乌克兰……
以上是原材料端，制造端也同样复杂和国际化，比如光刻机，一台光刻机可能有十万多个零部件，其中的零部件也来自全球各国。材料和零部件的全球分布也让这个产业时常面临不确定性带来的波动，很容易就断了。
Diane：当前芯片紧缺的局面，是不是会吸引更多人参与芯片的制造或者设计？
杨永成：很可能会吸引更多。这几年，无论是中国、美国，还是欧洲、日本等国，设计端人才积累比较多。但是生产端，包括材料端，壁垒相对更高。生产端和设计端不同，因为投入巨大，很难像设计端一样，通过高校系统教学或者书本就学会。发明者一般也不会把所有知识和经验全盘托出，还有就是专利壁垒，如果你跟领先者的工艺节点、技术高度相似，还很可能产生法律冲突。
Diane：英特尔在去年宣布重返芯片制造市场，宣布多项扩产计划。您怎么看待行业这波制造和设计合并的新浪潮？
杨永成：芯片这个行业，当前是两种模式相互博弈、相互支持的状态。一种是 IDM 模式，自己设计芯片，自己生产。这也是半导体行业最初的形态。英特尔以前就是这样。现在有很多日本半导体企业依然是这样。好处是，整个链条都在自己手里，受国际影响的波动也会小一点。
我们熟悉的 Fabless 的设计公司与生产端的 Foundry 相合作的模式其实是近些年的发展趋势。这种趋势的出现其实是因为随着技术的发展，在以数字电路为代表的一些领域，行业里已经抽象出了一套成熟的标准模型，knowhow 壁垒已经薄了。很多时候，大家的主要竞争体现在设计端而非加工端，考虑到养一个晶圆厂也比较费钱、费力，所以很多原本是 IDM 模式的企业会把生产、测试、封装等环节外包出去。
但有些东西企业是不愿意放出去的，比如占据滤波器市场大半壁江山的企业日本村田。到现在为止，村田从材料到工艺、设计、生产都是自己的。又比如半导体材料碳化硅 (SiC) 和氮化镓 (GaN) ，因为knowhow 还比较多，很多企业也会选择自己做芯片设计、生产等更多环节。
村田官网的滤波器产品介绍
IDM 模式和外包模式各有利弊。做光学器件的，比如做激光光源的，做激光调制器的，一半以上都是用 IDM 模式。把所有环节都握在自己手上，最有利于形成技术壁垒。
/ 02 / 这轮“芯片荒” 持续时间长 覆盖范围广
Diane：我们回到最早提出的“芯片荒”。这两年大家说的“芯片荒”，是所有芯片都在吃紧，还是只有一部分吃紧？比如汽车方面的芯片特别吃紧，消费电子这块还好？
杨永成：以前做手机也常出现“芯片荒”，主要是缺高通的 CPU 。当时“荒”是因为那种芯片用了比较新的制程，这种制程还在调整过程中，所以产能不稳定。我们当前经历的这轮“荒”确实持续时间比较长，基本上和疫情是同步的。除了持续时间长，“荒”覆盖的范围也比原来的广，特别是 8 英寸、8 英寸以下的晶圆缺口很大。数字电路、模拟电路和传感器都缺。这确实跟疫情有一定的关系，一方面疫情导致大家扩产能的意愿不强，另一方面疫情可会导致大家对需求的预期减弱。这是这轮“芯片荒”的特殊之处。
如果我们回过头来看，从需求端出发，疫情以来，有几个领域对芯片的需求量始终很大。首先是笔记本电脑，居家办公的人数增多，对笔记本电脑的需求量增加。其次是手机，手机要从两个维度来看。长期来看，手机数量增长是乏力的；短期来看，对芯片的需求量并不一定就是减少趋势。你现在买一个 5G 手机，它的芯片是需要覆盖 2G、3G、4G、5G 的所有的功能，所有的频段，所以虽然你从PCB板上不一定看得出来，因为很多颗芯片又用二次封装技术做成了一个小的芯片模组，但实际上手机里面封装的芯片数量是增加了。除了笔记本电脑和手机，一些智能家居和智能穿戴设备的芯片需求也在增加。
还有一个典型行业是汽车行业。十年前，汽车还是一个机械动力设备。但通过无论是特斯拉，还是一些“造车新势力”这些年的发展，我们可以看到，汽车已经不再只是一个机械动力设备，而是成了一个信息平台，或者说移动的互联网平台。这有点类似当年手机的发展历程。
在这种变化的驱动下，汽车上所需要的芯片大量增加。比如现在有自动驾驶功能的车，基本上都配有十几个摄像头，还会添加超声波雷达、激光雷达等等。除了智能化，汽车上也增加了一些其他的电子功能，比如说倒车镜在你下车后会自动地扣过来，油箱盖、门窗、座椅都可以做成自动的。这也是一个芯片增量市场。
所以说，我们看到上面提到的很多行业都出现了短期的“芯片荒”。但最终哪些会比较快地得到解决？我比较同意你前面开头说的。消费类的市场会快一些，汽车估计慢一些。
/ 03 / “芯片荒”的行业差异
Diane：为什么会出现这种差异？
杨永成：有这么几个因素：首先，半导体工业复杂度、自动化程度极高。从半导体的供应端看，特别是做 Foundry 和做材料的，他们的首要目标就是大规模生产。最好是设计一个芯片，单品的量特别大，一直批量化生产。因为要换一个产品，就涉及到要重新设计产线，而调整产线的流程非常复杂。当然，调整完后，顺畅运行时，效率极其高，可能比印钞机还高。所以你能看到，最后的结果是做 CPU 、GPU 的厂商，很快就会恢复产能，因为供应链愿意干这个事。供应链最不愿意接的大概是琐碎的需求，每一个量都很小，如果要求还高，要求的比消费品还高，别人可能就更不愿意做了。
很不幸，汽车行业就具备这两个特点。
第一，要求高。因为它和消费品不一样。举个例子，手机两年就换了，而汽车可能要求十年都不要出故障。所以从设计端和制造端，对芯片的要求都特别高，验证的周期也很长，所以，对做 Foundry 的人来说，通常不是最优选。
第二，时常刷新琐碎的需求，以 ECU 为例，现在造车很缺 ECU 。ECU 的种类很多，还有很多配套软件。这方面的 knowhow 非常高，需要把软件、硬件放一起综合考虑。比如，控制车窗和控制后备厢尾门不是一个事，要求也不同。从做 Foundry 的人的视角，这就是个碎片化市场，不利于大规模生产。大型 Foundry 通常不愿意干这种事，只有闲暇时间愿意干。大生产端在调整自己产能时，即便你给他单品的价格高，也不见得愿意走这条路。需求端人干着急没用，生产端想要获利为先。
还有一个原因在于，汽车行业在应对“缺芯”上的经验，也没有消费类电子行业丰富。消费类电子历史上经历过很多轮缺芯的挑战，比如缺过索尼高分辨率的图像传感器、缺过夏普的屏。这种“荒”最常出现在技术发生转变的时候，比如从 LCD 变成 OLED 。消费类电子行业一路发展过来，一直都是各种缺。特别是在关键器件上，需求方应对缺货的经验和能力都得到了磨练。同时，在应对“缺”的过程中，无论是缺需求还是缺供应，链条里的甲方和乙方依存度也越来越强。
举个例子，国内手机大厂基本上都经历过这个阶段，缺液晶的时候去日本总部，提前订货；缺芯片的时候，去跟高通高层沟通，争取对方能提前供应芯片。也会提前做好足够的心理和能力准备来应对厂商的条件。当然另一方面，你既然跟人家要了货，缺货的时候要求先供应你，那即便产品销售到了末期或者销售不如预期，你已经预定的芯片产量也得全部吃下。
而对于车企来说，“缺芯”还是个新问题，所以他们对此的适应和调整能力还不如消费类电子同行强，这也导致汽车行业“缺芯”的缓解速度会更慢一些。
Diane：我看到过一组数据，是以模拟芯片为例。比如 8 英寸和 12 英寸的产线来比，12 英寸的成本要低 40% ，毛利率要多 8% 。所以消费类电子芯片，成本更低，获利更多，大家更愿意生产。
杨永成：确实，12 英寸比 8 英寸效率会高一些。多少英寸是指晶圆的直径。最后能拆出多少个芯片，是面积决定的。面积越大拆解效率越高。之前有人出主意说，8 英寸晶圆产能不够，为什么不用 12 英寸的去生产。这个事呢，心是好的，但是能起多大作用不一定。
Diane：为什么？
杨永成：有以下几个原因。首先，我们简单看 8 英寸这个事。如果只是简单划成 8 英寸和 12 英寸，其实是把复杂的半导体工业简单化了。同样是 8 英寸晶圆，但有的晶圆是用来做 MEMS 的，有的是做功率器件的，有的是做数字电路，有的是做模拟器件的，每类芯片的结构和所需工艺、产线设备都不一样。所以，即便同样都是 8 英寸的线，生产这个的很难转去生产另一个产品。从 8 英寸到 12 英寸，就更是这样了。
第二，即便理论上成立，8 英寸的工艺能改建成 12 英寸的产线，投入也会显著上升，如果市场缺货这阵风过去了，可能会有很多设备空置。Foundry 的逻辑有点类似印钱逻辑，最大的利益是高效率生产。这也导致通过市场手段调节，比预想的要慢很多。
挑战虽多，但当前也是中国半导体行业的重大机遇期 。
Diane：你怎么看待中国半导体行业在这轮“芯片荒”中的挑战和机遇？
杨永成：我们上面谈了很多挑战。但对于中国的半导体行业来说，这两三年也是难得的机遇期。
第一，对于创业公司，有了丰富的能够实验的场景，有了进入市场的窗口，这是历史上从未有过的机遇，特别是对于汽车行业来说。过去，并不一定是你做得不好，而是你根本没有尝试的机会。
第二，中国半导体行业的发展起点很低，但当前推动半导体产业向技术深度和广度进军，成为我国制造业升级的一个关键着力点。那么在全球“芯片荒”的背景下，这也会成为我国芯片产业链贯通，建立协同研发、产品研制、试验验证等生态联合体的重大机遇。
2022 年 3 月 7日，在国务院新闻办公室举办的“坚持稳字当头、稳中求进，推动高质量发展取得新进展”发布会，就曾提到“下一步，一是要补齐短板弱项，聚焦国计民生、战略安全等关键领域，紧盯‘卡脖子’薄弱环节，打好关键核心技术攻坚战。二是要锻造长板优势，改造提升传统产业，打造重点领域全产业链竞争优势，培育新兴产业链，把握前沿领域发展先机，加快发展新产业新业态新模式。同时要破除瓶颈制约，着力解决汽车等制造业领域芯片短缺问题。”
过去，我国在半导体行业的主要优势集中在设计端，未来我们的突破口会在生产制造设备和材料领域。这方面的 knowhow 需要花费大量时间，不断积累经验。过去我们设备的普及率较低，不同于国外各个大学里都会有自己小的 Foundry 或者生产设备可供实践。而现在，随着我们建立了大大小小的Foundry 后，这些 Foundry 会反过来推动我国的研究机构在材料研发等方面的进步。
举个例子，氮化镓这条线上，国内部分公司的外延材料技术已达到国际先进水平。这个是极耗时间和精力的。再往远一点，在一些新生行业，薄膜半导体这方面，比如碳纳米管，石墨烯，我们也达到了国际领先水平。前几年的投资方向，大家集中在设计端，现在可能要进入到材料端。材料后面跟的就是工艺和设备。
中国目前在产业链上的一个优势在于，几乎在每一个点上都有布局，都小有收获，都处于增长状态。最后的结果是，融在一起时，整个半导体行业的存供销关系的紧密性会非常好。从长远上看，我国发展芯片产业除了有国家的政策支持，还集中了技术、工程师资源、能源供应、物流，生产后还能迅速地运用到本土市场，并获得及时的市场反馈，这些来自需求端的反馈会很快反映到设计端和制造端，形成良性发展。这样一来，就避免了不同国家间信息传递的时间差和信息折损带来的效率降低。
Diane：最后一个问题，摩尔定律会限制未来芯片行业的发展吗？还是未来会有新的方法来推动芯片行业进一步发展？
杨永成：我们在讨论摩尔定律时，实际上是在讨论芯片工艺的尺寸能不能更小，也就是它的基本单元场效应管能不能做得更小。如果是从硅基材料来看，未来继续成量级地缩小，可能会越来越难。我们现在追求高制程，主要还是为了进一步优化数字电路的切换速度和功耗，而摩尔定律的失效也主要是针对这一类芯片。
未来的发展机会可能在于新材料。如果有一天我们能更好地控制碳纳米管的生成、制造和定位，碳纳米管将是非常好的做场效应管的设备。还有一些二维材料，比如硫化钼，在实现数字链路高速率、低功耗、低电压等方面，可能会是一个比较好的替代方案。而在这些方向，我们中国的进展和世界前沿水平是保持步调一致的，甚至有些地方还略有领先。
Diane：非常非常感谢杨总从原理、制造过程、供应链各种角度，帮我们科普了“芯片荒”到底是怎么来的，也帮我们预判了未来的走势。我们对未来的中国芯依然葆有信心，也期待更多国内的芯片创业者能够做得更好。最后，再一次感谢杨总今天接受我们的采访。谢谢杨总。
杨永成：不客气，谢谢。
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