2019美的杯智能家电创新大赛,广东省众创杯创业创新大赛

2020年底开始的“缺芯”风暴一直持续至今，影响全球产业链。背后的原因不仅是新冠肺炎疫情的黑天鹅事件，也是不同市场主体对芯片供需形势的误判。多重因素叠加，供需失衡加剧。

纵观全球，芯片产业布局已初步形成“美欧亚”三足鼎立局面，制造业逐渐向亚洲转移。近年来，国内芯片行业也在快速追赶。在这一轮全球芯片竞争下，广东制造业的实力在哪里？业界和学术界达成共识：强化设计优势，弥补制造短板。2020年广东集成电路产业营收将超过1700亿元，其中芯片设计营收1484.6亿元。目标建设世界屋脊的国家集成电路产业，广东发展工业级芯片。

“我们成立了一个40人的芯片采购团队，在全球范围内寻找商品。”广州吉飞科技创始人兼首席执行官彭彬一直担心芯片问题。作为一家智能硬件企业，它需要各种类型的芯片。“今年年初以来，价格涨了十几倍，但还是买不到。”。

业内普遍认为正处于能源革命和计算革命的交汇点，手机、高性能计算、电动汽车和AIOT(人工智能物联网)对芯片的需求旺盛。许多研究机构预测，“核心短缺”可能会持续到2022年，因为提高产能需要时间。

疫情冲击了全球芯片产业，粤港澳大湾区应该抓住机遇，承接高端制造的国际转移。

很难找到“核心”

汽车和电子信息产业的生产能力已经萎缩

一个“芯”难求，天下无货。汽车行业最先受到芯片的直接影响。去年12月，大众汽车宣布将调整在中国、北美和欧洲工厂的生产计划。今年1月，福特、日产、本田、丰田等车企宣布停产减产。一季度，饱受“缺芯”困扰的汽车行业全球产能受到影响。

市场调研公司IHS Markit的数据显示，第一季度全球汽车产量减少近100万辆，其中近七成是芯片短缺造成的。波士顿咨询公司预测，汽车芯片短缺的影响将持续到第三季度。

作为汽车制造和消费大省，广东汽车产业也面临着芯片短缺的问题。

广汽集团总经理冯兴亚在接受记者采访时表示，今年上半年，智能网联、动力总成、新能源等领域芯片短缺受到较大影响。“预计下半年供应形势将有所缓解，但要找到根本解决方案还需要一段时间。仅从产能建设周期来看，估计要到2022年才能恢复正常。”。

目前，中国汽车产业高度依赖芯片进口。数据显示，中国汽车产销量约占全球总量的33%，但中国仅占全球近500亿美元汽车芯片市场的4.5%，汽车级MCU芯片国产化率不足5%。

芯片按功能主要分为存储芯片、处理器芯片和特定功能芯片。存储芯片主要应用于电脑硬盘、手机存储等领域；处理器芯片是电脑和手机的“大脑”，对车级MCU芯片的需求与日俱增；具体功能芯片包括通信芯片、电源管理芯片等类别。

疫情下芯片供应受到冲击，不同芯片市场预测存在误差，打破供需平衡。“缺芯”已经从汽车蔓延到电子信息，再到整个制造业，影响到全球产业链。

二季度，手机等消费电子产品“缺芯”问题密集爆发。

今年4月，在18

“我们判断缺芯至少会影响一年甚至更长，第三季度会是最缺货的一个季度”，卢伟冰表示，一部5G手机所需要的芯片数量约为4G手机的两倍，射频芯片的需求是四倍，而一辆智能汽车需要的芯片数量约1000多颗。

根据美国半导体产业协会SIA发布的报告《在不确定的时代加强全球半导体供应链》，若未来没有全球产业链合作，将导致半导体价格总体上涨35%至65%，继而导致消费端电子设备成本上升。

粤开证券研究院首席策略分析师陈梦洁认为，从库存周期看，5G手机和AIOT等对12英寸数字芯片的需求增长，短时间内无法有大量实质性产能供给；从创新周期看，目前正处于能源革命和计算革命两个大创新的交汇时期，电动车+无人驾驶将带来持续的需求，无人驾驶对半导体的需求更强劲。

断供风波

多重因素叠加，供需失衡加剧

历史数据显示，芯片行业自有其发展周期，一般三年左右会出现一次短缺，但均能通过价格机制自我调节，数月可实现供需平衡。一向供求大体平衡的芯片产业，为何会突然全球告急？

在高通中国区董事长孟樸看来，此次芯片大规模告急，一方面缘于需求快速增长，另一方面则是企业对需求误判导致供给不足。

出现这一问题的核心变量，是始于2019年底的黑天鹅事件——新冠肺炎疫情。

从供给端来看，2020年初产能减缩已显端倪。由于生产工艺复杂、周期长且产品易氧化，芯片产业形成了“以销定产、低库存甚至零库存”供给模式。去年初，受疫情影响，全球经济一度短暂“停摆”，由此芯片厂商对未来市场作出悲观预期，在一二季度缩小了产品库存和芯片订单。

不料需求端却意外增长。受疫情影响，远程办公、线上教育等成为刚需，5G、人工智能、物联网等应用扩张加速。去年三、四季度，手机、平板等终端电子产品销量大增，导致芯片需求量暴涨。而已缩减的芯片产能则很难在短期内恢复，供需矛盾凸显。

从全球芯片产业格局看，美国拥有英特尔、AMD、高通、德州仪器等巨头，覆盖全产业链；欧洲在工业电子等方面优势明显，位于荷兰的阿斯麦在光刻机市场占据垄断地位，占全球市场80%。

据美国半导体工业协会估计，全球芯片市场的年产值大约为4260亿美元，仅次于石油。近年来，半导体行业越来越呈现寡头垄断的行业格局，“鸡蛋集中在少数几个篮子里”也加剧了芯片断供的风险。

与此同时，叠加中美贸易摩擦，尤其随着美国对华为的制裁打压不断升级，进一步引发全球企业恐慌性备货，不断抢占有限的芯片产能，供需矛盾进一步加剧。

而汽车行业则更加复杂。受疫情影响，去年初汽车销量严重下滑，车企纷纷调低包括芯片在内的零部件需求。随着下半年市场反弹，尤其是智能电动汽车的异军突起，芯片需求持续被推高。然而由于芯片存量产能已被消费类电子所抢占，汽车行业“缺芯”显得更为紧迫。

需求拉动供给复苏，进入2021年芯片产能形势有好转迹象。国际半导体产业协会数据显示，今年一季度全球硅晶圆出货面积较上季度增长4%，达到3337百万平方英寸，同比上升14%。

正值此关键时期，全球多场自然灾害却密集来袭，形势再度急转直下。2月13日，日本遭遇了7.3级大地震，东芝、富士通等半导体工厂受创。随后美国德州遭遇罕见暴风雪袭击，恩智浦、英飞凌、三星等多家半导体工厂停工减产。3月19日，日本企业瑞萨电子发生火灾导致部分产线停工，而该公司在全球车用单片机芯片市场占近三分之一份额。

“缺芯”潮仍在持续，旺盛的市场需求对于全球半导体行业可谓“甜蜜的痛苦”。据摩根大通的分析预测，全球芯片需求比目前产能高出10%-30%，预计需1年后才能平衡。

从供给端来看，芯片产能全球新一轮扩张已经开启，包括台积电、三星等芯片大厂均已提出扩张产能计划。但由于投资大、周期长，短时间扩大芯片生产规模也并非易事。

万联证券分析师张瑞双认为，全球各大晶圆厂正加大资本支出，正常情况下晶圆厂扩产周期在12-24个月。在去年疫情冲击下，各大晶圆厂都未能及时调整扩产节奏，“预期新一轮产能供给最早也要到2021年底，真正可观且有效的产能预计要在2022年二季度以后”。

迎来机遇

芯片制造逐步向亚洲转移汇集

如此紧缺的芯片，主要原料却几乎触手可及——沙子。

沙子主要成分为硅，高温加热提炼出98%以上高纯度的多晶硅，再加热熔化、提拉形成有序排练的单晶硅锭，切割打磨为硅晶圆，形成芯片的“地基”。

然后经过光刻、刻蚀、掺杂、薄膜沉积等上百道工序，在每个晶圆上构建起数百个极其复杂的多层互联电路——仿若建设立体交通发达的超微型城市。接着剔除瑕疵芯片，再封装测试，最后才形成可用的芯片。

因此，芯片制造也被称为“集人类超精细加工技术之大成”。以采用了20纳米工艺苹果手机芯片为例，其在不足指甲盖大小的空间里，包含了20亿个晶体管结构。

如此复杂的工艺能实现大规模量产，是从太平洋彼岸的一次“叛变”开始。

64年前的秋天，旧金山湾区，8名年轻人从“晶体管之父”威廉·肖克利的实验室大门走出，另立门户，号“仙童”。

“仙童半导体公司开创了芯片产业，几乎影响了今天每个人的生活。”7月初，粤芯半导体副总裁李海明接受采访时说。粤芯半导体，是粤港澳大湾区拥有量产12英寸晶圆制造生产线的唯一一家企业。

从时间看，全球芯片产业格局几经演变，背后既有经济重心转移的大趋势，也有不同厂商模式的群雄逐鹿。

在发轫之初，仙童半导体开创了离岸工厂模式，此后随着产业链条不断延伸，技术、人才、工厂、服务等也向全球扩散。

芯片厂商按照模式可分为两种：代工模式（即无晶圆厂商），主要负责芯片设计，将制造环节交给台积电、粤芯半导体等企业；IDM模式，集设计、制造和封测于一体，以英特尔为代表。

20世纪70年代，依托国内高歌猛进的经济发展，日本NEC从仙童半导体购买平面光刻生产工艺，索尼与德州仪器成立合资公司，加上政府大力支持，成为美国芯片产业的有力竞争者。

同一时期，中国台湾也从封装环节起步，逐步在垂直一体化芯片制造模式外，开创了芯片设计与制造分离的代工模式。

从空间上看，如今全球芯片产业已经形成“美欧亚”三足鼎立的态势，芯片制造逐步向亚洲汇集：

日本在CMOS图像传感器积累深厚，还是全球半导体设备和半导体材料的主要供应商；韩国在半导体存储上强势逆袭；中国台湾的晶圆产品占据世界市场过半份额，率先实现7纳米和5纳米芯片量产；超过50家半导体公司在马来西亚设厂，包括AMD、恩智浦、英特尔、英飞凌等半导体巨头，马来西亚成为全球半导体封装测试的主要中心之一。

芯片生产向亚洲转移——这也是全球产业链按照市场要素进行资源配置和分工的结果。

近年来，国内芯片产业也在快步追赶：中芯国际实现14纳米芯片量产，上海微电子在光刻机研发制造上取得可喜突破，长江存储在存储芯片领域逐步站稳脚跟……

然而，从芯片全产业链来看，国内短板仍旧明显。

目前，国内半导体材料和设备主要依靠进口，高端光刻机等关键设备受制于人；芯片设计发展较快但设计工具严重依赖国外；除台湾外，芯片制造工艺距离世界先进水平仍存在代际差距，相比之下，优势则主要体现在蓬勃市场带来的产业需求。

对此，广东省集成电路行业协会秘书长潘雪花建议，面对全球半导体集成电路产业链的挑战与调整，广东应充分发挥强大市场牵引优势，差异化推动实施强芯工程，进一步提升广东半导体集成电路产业综合竞争力，打造中国集成电路产业发展第三极。

“芯片产业正在从1到N，如何与生物医药、智能汽车、传统制造等领域相结合产生新的商业模式，这是属于我们的时代机遇。”李海明认为，粤港澳大湾区在终端应用上有非常好的优势，要根据新的需求去开发新应用，并在工厂里推动实现。

广东发力

推动自主可控工业级芯片应用

芯片产业链，上游是原材料和设备企业，中游是设计、制造和封测企业，下游是消费电子、通信等企业。

总体来看，广东芯片产业优势是中游的设计、下游广阔的需求市场以及电子整机产业链，最大短板在制造。

根据广东省工业和信息化厅数据，2020年全省集成电路产业收入超过1700亿元，基本形成较为完整的产业链。其中，设计业优势突出，营收1484.6亿元，同比增长17.7%，占全国37%。

做强设计优势，补齐制造短板，这是业界和学界的共识。

芯片技术主要看两个维度：晶圆大小和晶体管尺寸。晶圆越大，单个晶圆上就能生产更多芯片，技术要求也就更高，目前主流是6英寸、8英寸和12英寸；相反，晶体管电路尺寸越小，运算更高效，一般认为28纳米及以上为成熟制程，28纳米以下为先进制程，5纳米制程在全球少数工厂实现量产。

广东在芯片设计方面如何突破？专注芯片设计的广州安凯微电子董事长胡胜发博士认为，广东的芯片设计企业数量多但规模偏小，与国际高端水平还有差距，“广东应该充分利用终端需求市场规模优势，继续做大做强芯片设计”。

同时，他建议加大制造，建设达到一定产能的晶圆制造厂，广东在5年内至少要有全球晶圆加工5%的市场份额，“可先把国内成熟制程的产能做到全世界最大，再一步步迭代”。

对此，深圳奥比中光科技有限公司创始人、董事长兼CEO黄源浩也持相同观点：“一开始不用追求生产制造先进制程芯片，可先发展各类智能传感器所需的特殊工艺芯片。”目前，该公司自主研发了一系列深度引擎数字芯片及多种供应商尚无法提供的专用感光模拟芯片。

利杨芯片董秘辜诗涛则建议，可以多方出资组建晶圆厂，带动并健全产业链上下游发展，采取“分工合作”的商业模式减轻企业的经营风险。

在家电、汽车等制造产业，自主研发芯片也已是大势所趋。美的、格力、格兰仕等广东家电龙头纷纷入局。“广东的优势在于良好的芯片应用产业基础，可结合自身特点重点发展工业级芯片等。鼓励大企业自建芯片团队，结合需求自研芯片。”格兰仕集团董事长兼总裁梁昭贤如是说。

汽车行业也在大力推进芯片国产化。冯兴亚介绍，目前广汽部分电子控制器产品已形成初步国产化推进方案，智能网联部分系统等计划采用国产芯片，还投资了地平线、粤芯、经纬恒润等数十家芯片公司。

在全球“缺芯”的背景下，芯片企业成为各路资本追捧的“香饽饽”。

广东工业大学党委原书记、校长，广东省制造强省建设专家咨询委副主任委员陈新认为，要鼓励社会资本参与对中低端芯片领域企业的集中投资，政府侧重扶持高端芯片技术领域的理论基础研究，对生产装备技术的研发制造进行集中投资。

从另一个维度来看，“缺芯”背后是巨大的人才缺口。数据显示，目前中国集成电路人才缺口约50万。

深圳佰维存储科技股份有限公司智能终端存储芯片业务负责人刘阳指出，集成电路产业人才培养周期较长，我国校企联动的人才培养体系还不够完善和深入。相比长三角地区，广东的高端专业人才和相关配套优势不明显。

“企业和研究机构要加大人才引进，努力补齐制造短板。”工业和信息化部电子第五研究所所长陈立辉认为，疫情冲击全球芯片产业，粤港澳大湾区更要把握机遇承接高端制造业的国际转移。

瞄准打造全国集成电路产业第三极，广东发力工业级芯片。

去年9月印发的《关于广东省培育半导体及集成电路战略性新兴产业集群行动计划（2021-2025年）的通知》提出，着重解决“缺芯少核”问题。近日印发的《广东省制造业数字化转型实施方案（2021-2025）》强调，进一步实施“广东强芯”工程，推动自主可控工业级芯片应用。

日前，广东省2021年第二季度重大项目集中开工活动举行，广州粤芯半导体二期、深南电路项目等7个项目开工建设，总投资531亿元。其中，粤芯半导体项目二期预计2022年第一季度投产。该项目已吸引110家意向企业，带动千亿级产业链。

在粤芯半导体的无尘生产车间里，光刻、蚀刻、扩散、薄膜四大工艺设备次序排列。车间上空，生产无人车沿着空中轨道飞驰运转，24小时不停作业。

一颗颗“广州芯”正从这里出发，驱动数字化智能化，激发广东制造高质量发展“芯”动能。

策划：王溪勇

南方日报记者 彭琳 王彪 昌道励 李凤祥 黎华联 实习生 葛华斐

本轮全球“缺芯”时间轴

2020年初

受新冠肺炎疫情影响，芯片厂商对未来市场做出悲观预期，在一二季度缩小了芯片订单。

2020年三、四季度

受疫情影响，远程办公、线上教育等成为刚需，手机、PC、平板等终端电子产品销量大增，导致芯片需求量暴涨。而已缩减的芯片产能则很难在短期内恢复，供需矛盾凸显。

2020年底

汽车行业开始缺芯。大众宣布调整在中国、北美和欧洲工厂的生产计划。

2021年1月

福特、日产、本田、丰田等车企纷纷宣布停产减产，部分工厂停工。

2021年3月

蔚来合肥工厂暂停生产5个工作日。

2021年第一季度

汽车产业全球减产近100万辆。波士顿咨询则预计，汽车芯片短缺影响将持续到第三季度。

2021年第二季度

手机等消费电子产品的“缺芯”问题集中爆发。

2021年5月

小米新品发布会上，集团合伙人卢伟冰称，第三季度会是全年最缺货的一个季度。

2021年6月

高盛研究显示：全球多达169个行业，在一定程度上受到芯片短缺影响。

多家研究机构预测，全球“缺芯”可能延续到2022年。

芯片的分类

按功能分类：

主要分为存储芯片、处理器芯片和特定功能芯片等。

存储芯片：主要应用在电脑硬盘、手机存储等领域

处理器芯片：是电脑、手机的“大脑”

特定功能芯片：包括通信芯片、电源管理芯片等品类

按照生产模式分类：

代工模式（即无晶圆厂商）：主要负责芯片设计，将制造环节交给台积电、粤芯等企业；

IDM模式：集设计、制造和封测一体，以英特尔为代表。

芯片技术主要看两个维度：晶圆大小和晶体管尺寸。

晶圆越大，技术越高，目前主流是6英寸、8英寸和12英寸；相反，晶体管尺寸越小，运算更高效，28纳米及以上为成熟制程，28纳米以下为先进制程。

从沙到晶，芯片是如何制造的？

加热

把沙子等混合高温加热，提炼出98%高纯度的多晶硅。

提拉

多晶硅通过加热熔化、提拉形成有序排列的单晶硅锭。

切割

单晶硅锭切割成薄脆的圆盘形状，抛光后形成晶圆，相当于芯片的“地基”。

光刻

芯片内的距离以纳米为单位，芯片制造里光刻工艺尤其重要，需加光刻胶膜以发生光化学反应。

刻蚀

再用特制的化学药水蚀刻暴露出来的晶圆，蚀刻完成后清除所有光刻胶，得到纵横交错的电路沟槽。

掺杂

通过离子注入赋予硅晶体管的特性。

薄膜沉积

通过化学或者物理气相使金属沉积，再重复光刻和蚀刻工艺，进行金属连接。

封测

剔除瑕疵芯片，最后封装测试才形成可用的芯片

广东“芯”如何造？

粤港澳大湾区在终端应用上有优势，要根据新需求去开发芯片应用并在制造工厂里推动实现。

——粤芯半导体副总裁 李海明

广东应从通用芯片入手，长期着眼车规级高性能中央处理芯片，同时加大对车规级芯片行业的扶持力度。

——广汽集团总经理 冯兴亚

广东可结合自身特点重点发展工业级芯片。鼓励大企业自建芯片团队，结合需求自研芯片。

——格兰仕集团董事长兼总裁 梁昭贤

广东应该充分利用终端需求市场规模优势，继续做大做强芯片设计。

——广州安凯微电子董事长 胡胜发

建议重点发展本地晶圆厂，让芯片在生产环节不过度依赖国外企业。

——深圳奥比中光科技有限公司创始人、董事长兼CEO 黄源浩

鼓励社会资本参与对中低端芯片领域企业的集中投资，政府侧重扶持高端芯片技术领域的理论基础研究。

——广东工业大学党委原书记、校长，广东省制造强省建设专家咨询委副主任委员 陈新

要把握机遇承接高端制造业的国际转移，努力补齐广东乃至全国在集成电路上的制造短板。

——工业和信息化部电子第五研究所所长 陈立辉

加大芯片制造和封装的产业规模，从而推动设计业更好发展，形成良性循环产业集聚效应。

——广东省科学院半导体研究所学科带头人、俄罗斯工程院外籍院士 庄巍