第二节 发展特点

一、产能紧张态势延续，逐步转向“结构性”缺芯

2021年，全球晶圆代工产能依旧紧缺，芯片延续缺货涨价态势，其影响冲击了从消费电子到汽车的各个产业。一方面，成熟制程新增产能有限，难以满足市场对成熟制程产品需求的持续增长；另一方面，由于新冠肺炎疫情带来的消费电子需求增长、汽车需求反弹，叠加疫情和出口管制等催生的库存需求等对市场需求产生扰动，放大了供需错配，使得缺芯问题短期内难以得到缓解。2021年，包括联电、力积电、世界先进（企业名称）等企业均调涨晶圆价格，平均涨幅达20%～30%。从产品和应用领域看，2021年第三季度芯片短缺逐步从全面缺货转向局部性缺货，CPU、存储器等通用大类产品在供需结构调整和制造厂产能提升下短缺情况已开始出现缓解，短缺的芯片主要集中在电源管理芯片、LCD显示驱动IC、车规级MCU，车用CMOS图像传感器（CIS）等。汽车仍是当前缺芯最严峻的领域，全球车规级晶圆生产线主要聚集在台积电、格罗方德、瑞萨、意法半导体、德州仪器、英飞凌等企业，生产线数量有限且车规芯片要求高、认证时间长，因此供给紧张态势缓解仍需较长时间。意法半导体、英飞凌、恩智浦和瑞萨等企业的2022年车用MCU订单近乎满单，力积电的电源管理、显示驱动IC和功率器件等代工订单已经排到2022年下半年。据咨询机构AFS的统计数据，2021年以来全球汽车累计减产约1023万辆，造成行业损失超2100亿美元。

展望2022年，从需求端看，随着新冠肺炎疫情和地缘政治冲突等因素持续发展，电子产品需求增长势头陷入瓶颈，市场需求不确定性增加。多家笔记本电脑品牌厂商已经削减了2022年供应商订单量，并下调了年度出货量目标，叠加产能加速释放及各国加大产能调配力度，预计2022年缺芯态势有望得到较大幅度的缓解。

二、疫情暴露供应链脆弱性，芯片供给不确定性增大

半导体作为全球化的产品，供应链体系长且涉及企业众多。在芯片各个细分领域存在高度垄断、集中的情况下，新冠肺炎疫情、出口管制蔓延、地缘政治冲突和自然灾害等“黑天鹅”事件对半导体供应链的影响进一步增加，供给端任何扰动都可能造成更深层的“蝴蝶效应”，放大对半导体供应链的冲击。据统计，自2020年新冠肺炎疫情蔓延以来，已经有超过50家全球半导体企业的东南亚工厂被迫停工，导致产能急剧下降。2021年上半年，马来西亚半导体工厂生产线产能利用率下降到20%左右，中国台湾地区部分封装测试工厂也因疫情多次停产。瑞萨日本工厂因火灾、地震等原因多次停产，加剧车用半导体短缺形势。2021年初，美国暴雪曾引发电力供应中断，导致恩智浦、英飞凌等全球主要的车用芯片制造商和三星等重要代工企业生产中断，需要较长时间恢复产能。此外，由于疫情、地缘政治等因素导致的物流不确定性也冲击着半导体供应。中国香港是重要的自由贸易港和电子产品贸易枢纽，香港疫情对供应链物流造成较大冲击，导致产品通关效率大幅下降、交货周期延长，进一步加剧芯片供应紧张形势。进入2022年，随着疫情持续蔓延，各地防控措施趋严，造成物流供货延迟、人员流动不方便、在建项目停工、供应链配套延迟等情况，加剧整个半导体供应链的紊乱，影响芯片的供给效率。

三、全球半导体产品和技术创新步伐加快

2021年，半导体产业在积极扩大产能的同时，也在加速产业技术变革、创新，新应用领域的不断拓展也从侧面促进了产业技术的更新换代。

在半导体制造工艺方面，摩尔定律仍在持续发挥作用，台积电、三星全力推进下一代先进制程芯片的研发与制造。台积电4nm（N4P）工艺于2021年三季度开始试产，它是台积电继N5、N5P、N4后的第四个5nm工艺，作为5nm工艺（5nm N5工艺）的改进版，芯片在速度、功耗、密度上有所提升，但提升幅度低于3nm工艺。据报道，苹果A16和高通骁龙8 Gen1 Plus将采用台积电的4nm工艺，在2022年下半年开始生产，N3工艺则将按原计划在2022年下半年推出。台积电表示，N3仍将采用传统的FinFET结构，而三星在7nm之后的大迭代上，采用更为激进的晶体管结构GAAFET，从2022年开始使用3GAE技术进行大规模生产。

先进封装和异构集成成为产业技术重要的推动力。伴随数据计算量的大幅增长，除晶体管体积持续缩小之外，将不同架构、不同功能进行组合的异构计算成为重要的解决方案，随着芯片向着更小、更薄的方向演进，先进封装技术的市场需求也不断提升。据Yole Développement最新的2021年高端封装报告，行业龙头在先进封装上的资本支出约为119亿美元。美国商务部国家标准与技术研究院（NIST）先进制造办公室已选中半导体研究公司（SRC）为微电子和先进封装技术（MAPT）编制路线图。SRC表示，先进封装及3D单芯片和异构集成将成为下一次微电子革命的关键推动力。

在芯片设计方面，融入人工智能技术的EDA成为重要趋势。当前新兴应用的不断发展对系统级芯片的设计提出了更高的要求，动辄数以亿计的晶体管规模、呈指数级增长的复杂度下芯片设计的难度不断提升，传统EDA发展需要借助以机器学习为代表的人工智能技术手段，实现芯片设计效率的提升。早在2020年4月，谷歌AI团队便描述了一种基于机器学习的芯片设计方法。三星下一代Exynos处理器将采用AI进行芯片设计，谷歌TPU（张量处理单元）采用人工智能优化；英伟达利用人工智能技术生产GPU和云计算TPU平台。新思科技、楷登（Cadence）等EDA知名厂商均开始将AI引入EDA工具，将AI算法与EDA工具结合，优化芯片设计流程，推动EDA逐步走向智能化。

四、各国加大产业扶持力度，全球供应链加速重构

近两年，美国的出口管制、新冠肺炎疫情和产能短缺使得各国意识到构建自主半导体产业的重要性，各国频繁出台半导体产业扶持政策，通过财政补贴、税收减免、推动研发计划、吸引企业等各种措施强化本国（地区）在半导体领域的行业地位。

美国政府在2021年5月通过法案，将为在美国本土的半导体制造项目提供约520亿美元的财政援助，同时积极推进为集成电路制造项目提供最高25%的减税政策，吸引台积电、三星等企业赴美建厂。韩国政府推出“K半导体战略”，联合三星、海力士等153家企业在未来10年内投资510万亿韩元（约合4500亿美元），目标是建设全球最大的半导体制造基地，政府提供租税减免等多项政策，以支持半导体产业。欧盟委员会提出在2030年前实现先进芯片制造产业在全球占比20%的目标。2021年6月，日本经济产业省发布“半导体与数字产业战略”，依托总计7000亿日元（约人民币413亿元）的后5G基金、供应链补助金等投资半导体领域，并准备出台法律，对台积电等企业赴日投资给予补贴。2021年11月15日，日本经济产业省召开第四次“半导体与数字产业战略研讨会”，在会上提出有关强化日本半导体产业基础的“三步走”实施方案。

台积电仍然在推进美国工厂的建设进程，英特尔也推出了200亿美元扩张计划加速产能和工艺制程研发。同时，美国又与日本建立联盟，开发2nm工艺。随着各国加大对高端制造业产能的争夺，全球行业割裂的形势将进一步加剧，可能加速全球供应链的重构进程。