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全球芯片生产和供给之争再升级,芯片产业风雨欲来

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发表时间:2022-02-17 17:09

受疫 情影响,全球芯片短缺迟迟不见缓解,导致越来越多的供应中断、工厂停工,在全球芯片短缺的背景下,欧盟正在加大对芯片领域的投资。


当地时间2月8日,欧盟委员会公布备受外界关注的《芯片法案》,计划大幅提升欧盟在全球的芯片生产份额。到2030年,欧盟计划将在全球芯片生产的份额从目前的10%增加到20%。根据法案,欧盟将投入超过430亿欧元(约合人民币3127亿元)公共和私有资金,用于支持芯片生产、试点项目和初创企业。
《芯片法案》一经公布,立时引起产业关注。在数字经济大行其道的今天,芯片能力已经成为一个国家的核心竞争力。全球范围内,芯片生产和供给之争再升级,风雨欲来。
欧盟加入芯片战场
欧盟出台《芯片法案》,可以说是预料之内的事情。
当前,芯片已经成为市场的灵魂,也是信息产业的三要素之一,芯片起则科技起,科技兴则国家兴。小到日常生活的电视机、洗衣机、移动电话、计算机等家用消费品,还是大到传统工业的各类数控机床和国防工业的导 弹、卫星、火箭、军舰等,都离不开芯片。芯片市场从1987年的330亿美元增长到2020年的4330亿美元,数字化的增加意味着持续的高增长潜力。
然而,自2020年下半年以来,“缺芯”的不安与焦虑就发酵与蔓延在半导体行业之中。芯片短缺所造成的影响遍及多个行业,汽车停产、小家电缺芯、显卡涨价、手机缺货相继发生。
受到芯片供应持续短缺的影响,汽车这一欧洲重要产业也受到巨大冲击:大众汽车等制造商不得不频繁进行减产;一些欧盟成员国的汽车产量甚至下滑了三分之一;由于缺少库存,欧洲一些消费者需要等待数月甚至一年才能提车,凸显出欧盟对境外芯片供应商的过度依赖。
事实上,20世纪90年代,欧盟曾占据全球芯片市场40%以上的份额。然而,在2010年,欧盟在全球半导体贸易中所占的份额,就已经下降到13%,随后在2017年更是降至9%。欧洲仍然提供尖端的投入(晶圆和制造设备),但欧洲公司却没有制造最高端的芯片。欧洲的晶圆代工厂没有投入足够的资金来跟上行业的快速创新步伐,2020年,欧洲晶圆代工厂的投资总额只占全球的3%。
其中,欧洲的主要晶圆代工厂,包括德国的Global foundries、法国和意大利的STMicroelectronics、德国的博世、德国的英飞凌和荷兰的恩智浦,在全球产能和产量中所占份额很小,约占全球产量的10%。欧洲能生产现代芯片的只有Global foundries和STMicroelectronics,但即便是它们的产品,也比台湾、韩国和美国最新的产品落后了好几代。
事实上,欧洲芯片产业的现状源于其工业和创新生态系统。长期以来,欧洲芯片创新的特点是强大的基础研究、大型消费品公司占主导地位,这支持了消费行业的发展。最初,欧洲的半导体产业掌握在荷兰的飞利浦和德国的西门子等大型综合性公司手中,与日本类似,这些技术最初被用于商业用途。
由于专注于消费电子市场,因而错过了投资于电脑和电子设备芯片的生产。显然,聚焦于消费类电子产品,更有利于大规模生产而非科技企业的初创,而规模经济和领军企业的发展则受到欧洲市场分割的限制。同时,与美国和亚洲相比,欧洲企业受到国家层面的关注与支持也较少。此外,由于风险资本市场相对较小且分散,欧洲公司获得资金的途径较少。
在这些历史上的工业原因和系统特征下,欧洲并不是信息通信技术的领导者。因此,为了加强在芯片行业的自主性,也就不难理解欧盟委员进一步整合芯片研发产业,建设自己的产能的希望了。


芯片产业风雨欲来
当地时间2月8日,欧盟宣布《芯片法案》问世。《芯片法案》提出了一套全面的措施,以确保欧盟在半导体技术和应用方面的供应安全、弹性和技术领先地位。包括增加对芯片领域的投资,以及构建确保供应安全的新框架。
从增加对芯片领域的投资来看,根据法案,到2030年,除了计划扶持现有的半导体研究和创新项目的300亿欧元公共投资,欧盟还将增加150亿欧元的公共和私人投资,共计投入约450亿欧元,用于支持芯片生产、试点项目和初创企业,最重要的是建设大型芯片制造工厂。
此外,法案还包括“欧洲芯片倡议”、确保供应安全的新框架,以及促进融资渠道的芯片基金在内的一系列政策主张,包括:在欧洲各地部署前沿芯片的原型设计、测试和实验的设计工具和试点生产线;制定节能和安全芯片的认证程序,保证关键应用的质量和安全;吸引投资者在欧洲建立芯片生产设施;支持创新型初创企业、规模化企业和中小企业获得股权融资;培养微电子领域的技能、人才和创新能力;制定用于预测和应对半导体短缺和危机的政策工具箱,确保供应安全;以及与志同道合的国家建立半导体国际伙伴关系等。
其中,成员国和委员会之间的协调机制,用于监测半导体供应、估计需求和预测短缺。它将通过收集公司的关键情报来绘制主要弱点和瓶颈,从而监控半导体价值链。它将汇集共同的危机评估并协调从新的紧急工具箱中采取的行动。它还将通过充分利用国家和欧盟的文书,共同做出迅速而果断的反应。
法案的目标则是到2030年,将欧盟在全球芯片生产的份额从目前的10%增加至20%,并能够生产2nm及以下的芯片,满足自身和世界市场需求。欧盟的《芯片法案》无疑是欧盟加入芯片战场的信号,但是仔细观察下来,《芯片法案》的目标和方法似乎依然很模煳。
首先,欧盟委员会宣称的目标是将欧盟在高端芯片市场的份额翻倍,从10%增加到20%。但是,目前欧盟高端芯片制造的份额实际上为0,欧盟在整体半导体生产能力方面占有10%的市场份额,但大多处于技术标准的低端。
在欧盟这个“高端芯片”的标准内,只有三星和台积电生产的最新一代芯片(5nm)符合,而另外只有三家公司开发了第二代(10nm以下)的生产能力(三星、台积电和英特尔),而它们中没有一家目前在欧盟拥有高端晶圆代工厂。
实际上,目前欧盟厂商的制程工艺仍停留在22nm及以上,而在前沿芯片(7nm及以下)则没有。欧盟厂商的芯片在设计、包装和组装方面也有很强的依赖性,那种认为欧盟本地厂商能够从22纳米追上2纳米的想法具有明显的不现实性。
此外,尽管不能直接比较不同国家的补贴制度,但美国和中国已宣布的相关公共投资规模要大得多。拜 登的基础设施计划包括一项针对半导体行业的500亿美元公共投资计划,而中国政 府计划在2014年至2024年期间投入1700亿美元。欧洲各国政 府缺乏能够与美国或中国的补贴相媲美的激励机制或资源,毕竟欧盟本身缺乏足够的资源或税收权力来提供补贴,它支持芯片行业的主要工具一直是允许各国政 府提供其它被禁止的国家援助。
并且,要知道,半导体产业的技术升级是一项重大资本支出的投入,是依靠巨大资金堆积出来的。ASML一台极紫外光刻机(Extreme Ultravidet Lithography),售价就是惊人的1.2亿美元。
并且,这还只是一台设备,并不是整条生产线。一条生产线,除了光刻机,还需要刻蚀机、薄膜沉积设备、单晶炉、CVD、显影机、离子注入机、CMP抛光机等等。算成本的时候,记得算上每年20%的维护费用,也可以不算,因为如果你想保持在队伍最前列,基本每年都要更新。在巨大的资本支出下,欧盟450亿欧元的投资能收获的效果还尚未可知。

当然,无论如何,欧盟的《芯片法案》都给芯片产业的竞争带来了新的变数,芯片产业风雨欲来。

完整的产业链才是优势的核心当前,半导体产业链其实是以美国为主导的一种垄断模式。从20世纪90年代至今,美国半导体公司在微处理器和其他领先设备中就保持了竞争优势,并在其他产品领域继续保持领先地位。此外,美国半导体公司在研发,设计和工艺技术方面也保持领先地位。
根据美国半导体协会SIA《2020Factbook》报告,2019年美国公司拥有最大的市场份额,达到47%。其他国家或地区的行业在全球市场中占有5%至19%的份额;美国半导体公司约占全部半导体晶圆制造能力的81%;此外,亚太地区的半导体公司占美国产能余下的大部分,约为10%。约有44%的美国公司的前端半导体晶圆产能位于美国,其他依次是新加坡、中国台湾、欧洲和日本。
事实上,美国之所以能够拥有垄断芯片的能力,不仅因为美国拥有核心技术的垄断,更是因为美国掌控着全球产业链。芯片产业是非常依赖全球化的产业体系。目前,全球有23个国家和地区具备参与半导体产业多个环节的能力。
以光刻机为例,一台最高端的EUV光刻机里有十万多零部件,全球供应商超过5000家。从光刻机构成分析,美国光源占27%,荷兰腔体和英国真空占32%,日本材料占27%,德国光学系统占14%。光刻机是全球化的结晶,如果让一个国家或者一个地区做一个光刻机是不现实的。因此,研发光刻机还不能成为唯一目标,大国博弈中,打造半导体的完整产业链才是核心。
在这样的情况下,全球芯片产业处在利益链相互覆盖,发展诉求彼此环套的精密平衡之中。也正是因此,芯片才成为了中美科技战的关键战场近四年来,美国政 府先后对华为、中芯国际、龙芯等国内企业采取列入实体清单、打压等措施,让中国半导体产业发展不断受阻。
美国限制向中国转让技术的措施让中国的芯片产业呈现出奋力追赶之势。实际上,在过去的几十年中,中国已经花费了数百亿美元,试图在半导体、更快速的计算机和智能手机以及更尖端设备的竞争中脱颖而出。当前,中国正通过将美国进口芯片替换为国产芯片和从非美国公司采购的芯片。根据投资银行瑞银的报告,早在2019年推出的华为手机,就已经不包含任何美国芯片。但即便如此,在关键品类上,我国也几乎空白。中国仍然缺乏高端芯片的生产能力。可以说,从设计软件到制造芯片的各种零部件,以及芯片制造过程中所需要的光刻胶、特种气体等,我们目前都难以满足更高端芯片的制造需求,完全自主的技术依然迟滞在28nm处。
这也就不难理解为什么美国会对欧盟的《芯片法案》如此提防,在《芯片法案》发布不久,美国商务部长雷蒙多紧急发表了一份声明,表示美国的半导体供应链虽然全球领先,但其实仍然脆弱,美商务部长希望美国国会必须尽快批准,拜 登总 统提议的投资520亿美元加大国内芯片研发制造的方案。
此外,包括中国、欧洲在内,韩国、日本也在发力半导体领域。而中国、欧盟以及世界其他大国,能否后来居上,还要取决于核心技术和打造芯片产业链的能力。可以预见,未来十年,全球半导体领域,特别是围绕芯片展开的各个环节,还将迎来一场席卷全球的大厮杀,这也是一场考验创新、冷静和坚持的持久战。


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