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全球芯片荒:从造车盛宴到芯片短缺

2021-04-19 23:59

编辑/智本社

文 | 清和 智本社社长

自2020年底开始,芯片荒席卷全球。奥迪、大众、福特、戴姆勒、丰田等汽车巨头纷纷因芯片短缺而减产、推迟汽车交付,部分工厂甚至停工。除了汽车领域,消费电子、物联网等市场也出现不同程度的芯片荒。

全球芯片制造巨头台积电CEO魏哲家预测:「芯片需求将持续高涨,短缺状况将持续今年全年,并可能延长至2022年。」

2021年4月12日,美国白宫举行「半导体和供应链弹性CEO峰会」,拜登政府及全球科技巨头共同商讨应对芯片短缺之策。参会企业包括美国三大汽车巨头,英特尔、戴尔、谷歌母公司Alphabet等美国科技巨头,还有三星和台积电。

为何全球突现芯片荒?

本文从经济学的角度简单分析全球芯片荒现象。

本文逻辑:

一、通货膨胀现象

二、产业技术升级

三、全球供应失序

01 通胀膨胀现象

从国际宏观经济的角度来看,这次芯片短缺和芯片涨价是一种通胀现象。

在整个芯片产业链中,芯片制造是一个重要瓶颈。全球接近一半的芯片出货量来自中国台湾和韩国。台积电和三星控制着全球70%的高端芯片制造,其中台积电占据五成左右的市场份额。

从台积电的业务结构及变化中,我们可以窥见一斑。芯片紧缺助推台积电在2020年营收大涨25.2%,达467亿美元,创下历史新高。2021年第一季度营收增长16.7%,利润增长19.4%。台积电的业绩贡献来自哪里?

2020年手机业务是台积电营业收入的最大来源,占据48%的份额。第二大业务收入来自HPC,即高性能计算,占据33%的份额。然后是loT(物联网)8%、DCE(数字通信设备)和汽车芯片3%。

我们看结构性变化。2020年增长率最高的业务是高性能计算,达39%。接着是物联网业务28%、手机业务23%,而数字通信设备的增长率只有2%,汽车芯片业务的增长率更是-7%。但是,2021年第一季度情况发生了变化,汽车芯片业务增长率高达31%,这一业务的整体份额也提高了一点,数字通信设备大涨11%。而高性能计算业务增长率回落到14%,物联网业务回落到10%,而物联网手机业务则跌入负增长的-11%。

如何理解这种变化?

首先排除一些周期性因素的干扰。苹果公司是台积电的最大客户,2020年苹果iPhone 12推出,助推台积电手机业务大涨,给台积电贡献了25%的营业收入。2021年第一季度苹果手机出货量下降,该业务周期性回落。

除此之外,台积电业务的结构性变化主要由两大因素推动:一是通货膨胀,二是产业升级(第二部分分析)。

通货膨胀与芯片紧缺到底存在什么关系?

2020年大疫之年,全球货币超发,大量货币流入市场,引发结构性通胀。所谓结构性通胀,是一种市场割裂现象,一部分市场通缩,另一部分市场通胀。央行及商业银行直接注入超量货币的市场出现通胀,比如美联储直接向债券市场注资,日本央行直接向股票市场注资,商业银行向房地产提供过量信贷。这些市场都出现了普遍性通胀,资产价格持续上涨。还有一些市场因货币传导而引发通胀,芯片就属于这种市场。

通货膨胀如何传递到芯片领域?

主要两个途径:一是材料成本传导;二是投资需求传导。

大疫之年,货币超发,货币贬值,利率下降,资金考虑避险,纷纷买入「硬通货」,如比特币、大宗商品、一线城市房产、美国科技股票、中国茅台、生物医药及新能源股。

我们先看大宗期货的价格。2020年中国大宗商品CCPI指数,从4月的113点涨到12月的158点,全年涨幅8.2%。其中矿产类全年涨幅高达44.3%,铜价在去年下半年累计上涨23.6%。2020年12月全球三大交易所铜总库存同比下降13.3%。

如今,全球大宗商品现货价格主要由期货市场定价。大量货币流入期货市场,期货价格上涨直接提高了现货价格。而大宗矿产是半导体的主要原材料,芯片原材料成本也水涨船高。比如,芯片最重要的原材料硅料,2020年上半年的价格跌到6万元一吨,2021年3月涨到10万元一吨。这就是成本传导机制。

大宗期货价格上涨,引发原材料抢购、囤积和投机。这又加剧了原材料紧缺,抑制了芯片产能扩张,导致芯片价格上涨。芯片短缺、芯片价格上涨,与大宗期货价格上涨类似,都属于通胀现象。

通常,原材料价格上涨最终会抬高终端商品价格,从而抑制消费需求。终端需求下降传递到上游,反过来会削弱芯片及原材料的价格。这就是市场价格的调节机制。但是,目前并未发生。原因是原料和芯片价格上涨还未完全传递到终端市场,手机、电脑、汽车的价格还未明显上涨。但是,这不是主要原因。

尽管芯片价格上涨,但采购商的需求依然极为强烈。这个需求一部分是市场驱动,而另一部分是投资驱动。投资驱动很大程度上来自货币宽松。比如,一线城市价格上涨,但是热度不减,谁在购买?大部分刚需已无支付能力,少部分人持有大量货币在抢购房产。

二是投资需求传导。

投资需求传导最典型的是比特币。海量货币流入比特币市场,比特币价格从2020年3月到2021年3年翻了十多倍,价格一度突破6万美元。比特币价格上涨刺激矿机业务死灰复燃、迅速扩张。

2020年台积电第二大业务收入是高性能计算芯片,增长率高达39%。高性能计算是指超出个人计算机处理能力的服务器,比如商用大型计算机、矿机。这一业务的爆炸性增长,与产业技术升级有关,也与矿机大规模扩张直接相关。如今,挖矿已进入算力巅峰对决时代。高性能矿机抢占了不少高端芯片,成为芯片稀缺的原因之一。从货币超发,到比特币价格上涨,再到矿机扩张,芯片需求攀升。这就是投资需求传导机制。

另外,投资需求还传递到了新能源领域。2020年新能源股大幅度上涨,特斯拉、比亚迪、蔚来等新能源汽车股价翻倍,大量资本通过金融市场流入该市场,形成造车盛宴。2020年已确定入局的新势力有恒大、华为、小米、百度、特斯拉、蔚来等。

最典型的是恒大造车。汽车未造,股票先行,截止到2021年4月,恒大汽车市值超过6000亿港元,是其母公司恒大集团的3倍有余。恒大汽车从资本市场上融得大规模资金砸向新能源汽车市场。同时推出九款车型,预计在2021年下半年实现首车量产。同时,小米公司宣布「ALL IN」新能源汽车,计划首期投资为100亿元人民币,预计未来10年投资额100亿美元。

巨头手持海量资金涌入,汽车芯片需求量大增,推动台积电2021年第一季度汽车芯片业务暴涨31%,业务份额也因此上涨了一个点。同时,新能源汽车对芯片的需求量是燃油车的数倍,如果新能源汽车替代加速,无人驾驶汽车研发提速,汽车市场对芯片的需求将大幅度上涨。

但是,这里存在一个关键的问题:不论是原料成本传导还是投资需求传导,都是由货币超发推动的,而不是终端市场需求驱动的。货币超发容易制造信息混乱,误导企业的投资选择,给迂回生产带来风险。一些企业从金融市场中获取大量的廉价资金盲目投入新能源市场。投资需求大规模增加传递到上游市场,芯片制造紧缺,价格迅速上涨,芯片制造厂商误以为终端市场扩张而扩大产能规模。

目前,台积电表示,2021年预计投资约300亿美元,用于产能扩张和升级,高于之前预期的250-280亿美元。未来三年内,台积电还将投资1000亿美元用于产能提升和技术研发。台积电计划在美国亚利桑那州投资5nm先进晶圆厂。英特尔也宣布斥资200亿美元在美国新建两家芯片工厂。联电将本年度的芯片投资规模提升到150亿美元,同比增长50%。中国也掀起了造芯运动,中芯国际宣布斥资153亿人民币扩大产能。

但是,这轮造芯运动暗藏风险。芯片制造是一个技术门槛高、投资规模大、投资周期长的高风险行业。不仅投资以百亿起步,而且投产3-4年才有收益。货币超发很可能增加投资的盲目性和迂回生产的风险。如果2021年比特币价格连续暴跌,矿机的需求则迅速萎缩,高性能计算芯片业务增速也会下跌。如果电池技术迟迟无法突破,财政补贴退坡后,电动车销量下滑,汽车芯片市场规模可能下滑。如果2021年全球货币转向紧缩,一方面流动性转向,融资成本上升,造车、挖矿等投资需求萎缩,芯片市场增速随之下降;另一方面大宗商品价格回落,大量囤货释放,原材料价格下跌。

所以,2021流动性拐点,短期内无法缓解芯片荒,但可能给造芯运动带来巨大的投资风险。从造车盛宴到造芯运动可能引发两极化结局:个别巨头抢占新的技术赛道,在电池技术、无人驾驶、芯片制造领域获得巨大成功;而大多数跟风者,无法突破技术瓶颈,导致投产巨亏,公司破产,产能过剩,「芯片荒」可能演变为「芯片剩」。

通胀之下,还得看技术。

02 产业技术升级

除了通胀现象外,芯片荒还有一个重要原因是产业技术升级。

大疫之年,为了降低人群聚集与接触,各个领域走向电子化、网络化、智能化,各国纷纷采用远程公办、远程授课。这刺激了笔记本电脑、平板电脑需求增加。需求集中在2020年第二季度释放,该季全球笔记本电脑出货量同比上涨73.49%。2020年全球平板电脑出货量达1.883亿台,同比增长18%。除此之外,网络摄像头、鼠标、路由器、键盘、显示器、耳机等产品销量也大幅度增加。2020年消费电子市场规模扩张带动了芯片、显卡等价格上涨。

这些是「看得见」的需求扩张,但更重要的是「看不见」的需求创造——技术创新推动产业升级,开发新的市场需求。这就是萨伊定律。

2019年,三星和台积电均宣布攻破5纳米制造技术难题。这一技术突破率先刺激电子消费类巨头迭代技术,苹果、华为、三星纷纷转向研发搭载5纳米芯片的新手机。最终,苹果iPhone12拔得头筹,台积电在2020年将大量的5纳米芯片供给了苹果。

2020年大疫之年,各领域的公司纷纷借此机会转型升级,推动技术迭代。线上办公与会议、电子监控与定位、射频识别与传感、数字通信传输与卫星制造、汽车电动化与智能化,增加了全球算力,扩大了高端芯片的市场需求。

而台积电推出的5纳米芯片正好可满足市场需求,推动产业升级。数据显示,在台积电晶圆销售金额中,2020年第三季度5纳米制程占比8%,第四季度5纳米制程出货占比上升到20%,7纳米制程销售占比为29%。2021年第一季度,5纳米制程占比回落到14%,7纳米制程占比增加到35%。这主要是受iPhone12出货周期的影响。总体来说,2020年第四季度和2021年第一季度,台积电5纳米制程和7纳米制程销售份额合计高达49%左右。

这说明不仅是手机领域,其它领域也正在产业升级和技术迭代。2020年台积电增长最快的业务是高性能计算业务、物联网业务、手机业务(搭载5纳米的iPhone12)多说明高性能芯片的需求在扩张。除了5G手机外,美国马斯克正在快速推进的星链,正在太空部署大量卫星(计划卫星数量约4.2万颗),依赖于高性能通信芯片。

但是,5纳米制程芯片和7纳米制程芯片的市场规模增加,提高了12英寸硅晶圆的需求和要求。硅晶片是芯片最基础的材料,7纳米制程之前的芯片使用的是8英寸硅晶圆。5纳米制程芯片使用的是12英寸硅晶圆,这种硅晶片的纯度要更高。台积电将更多高纯度硅晶片用于生产5纳米制程芯片,这导致高纯度硅晶片的价格上涨,从而带动硅晶片原材料价格上涨。这次芯片荒是全方位的,高中低端都出现价格上涨或缺货的情况。传统的电脑、传感器、汽车芯片等也大量短缺,相关配件价格疯涨。

所以,从台积电制程结构可以看出,这次芯片短缺一定程度上是产业升级引发的。只是这场产业升级并不是平滑的,而是突发的,由新冠疫情诱发的。台积电的5纳米制程芯片正好为这场产业升级创造了技术条件。这就是供给(技术)创造了新的需求。线上办公、安防、汽车、通信、大数据处理等集体向电子化、智能化的方向迈一小步,全球芯片供应难以应付。当然,产业技术升级成功与否,最终取决于终端市场是否买单。

有人可能会提出一个问题:技术创新为什么不能降低通胀?

我们看通胀爆发的逻辑。首先,通胀是一种货币现象。基于此,通胀爆发有两个主要原因:一个是货币信用崩盘。这导致货币贬值,市场价格膨胀,如拉美债务危机。二是货币超发,可能引发需求扩张,进而带动物价上涨。比如,政府给每个家庭每月发放1万元现金,这可能引发消费扩张,刺激物价上涨。这里,我们主要关注后一种情况。

有人会提出,消费扩张,物价上涨,价格机制会起作用,企业会主动扩大产能,增加供应,物价进而平抑,通胀逐渐消失。这种推理并不符合逻辑。价格机制的确会起作用,但是我们不能忘记经济学最基本的假设条件:在一定技术条件下,资源是稀缺的。企业扩大产能,需要雇佣更多劳动力,采购更多原材料。但是,劳动力和原材料在一定技术条件下是有限的。企业扩大产能,劳动力价格和原材料价格上涨,终端产品的价格持续上涨。如此,有可能引发通胀螺旋,人们纷纷抛售货币抢购商品和资产。

这该怎么办?

这时,只能依赖于技术进步。上述分析通胀的逻辑时,有一个前提那就是技术水平不变。假如技术水平提高,比如采用一种机器替代人工,效率更高,成本更低,企业可以更低的价格向市场供应商品。又如页岩气技术创新,大大提高了原油的供应量,从而抑制原油价格上涨。再如通过技术创新使用一种成本低的材料替代硅料,从而抑制芯片价格上涨。

技术进步对抗通胀的逻辑:技术创新提高资源利用效率,从而抑制价格上涨;多余的货币通过资产减损、消费消耗而逐渐退出市场。

但是,台积电为什么没有做到?台积电提高了制程工艺,提高了效率,理论上应该抑制芯片价格。而结果则恰恰相反。原因可能是,我们并不清楚,芯片短缺及价格上涨,其中有多少成分是通胀引发的,有多少成分是技术创新带来的需求扩张。

假如主要是技术创新带来的需求扩张,那么芯片的短缺不会维持太久。从长期来看,技术创新可以抑制市场价格,实现无通胀、低通胀增长。因为新产品推出后,老产品的价格下降。这是摩尔定律在起作用。比如,苹果公司推出的搭载5纳米制程芯片的iPhone12销量爆棚,这说明市场真实需要这种产品(尽管用户未必关注芯片技术)。而原来的iPhone11价格则立即下跌。技术迭代引发新旧产品替代,市场整体价格不会上涨。尽管新产品可能刺激市场价格及上游原料上涨,但这是短期现象。随着新产品供应的增加,老产品降价,整体价格不会上涨。但这里说的仅仅是苹果手机这个市场(还是假设)。

人们经常认为,通胀是经济增长的必然结果。随着经济增长,财富增加,物价定然上涨。历史证明似乎是如此,但逻辑上是推导不出来的。问题出在哪?通胀必然论是不成立的,通胀爆发只是因为货币超发或货币信用崩盘。货币长期被人为配置,导致供过于求、物价上涨。人们误以为通胀是的必然的。

回到上述论题。如果芯片短缺和芯片涨价主要是通胀引起的。假如货币超发推动的挖矿运动、造车运动,大幅度扩张了芯片需求,那么台积电的5纳米制程技术进步不足以抵抗大规模的投资需求。硅材料的技术没有进步,5纳米制程技术引发市场抢购高纯度硅晶圆,反而推动了价格上涨。如果通胀是全方面的,对抗通胀的技术进步也必须是全方面的。如果通胀是结构性的,对抗通胀的技术进步必须是革命性的。

最重要的是,通胀反而会抑制技术进步。大宗商品和硅材料价格上涨,资本更倾向于投资期货,囤积原料,而不是技术创新。在造车盛宴中,进入者对资产膨胀的兴趣远远高于技术创新。当然,不排除个别企业家执着于无人驾驶技术。但是,底层的技术变革源自全方位的技术创新。

除了改变货币制度,技术进步是对抗通胀的唯一手段,但不能指望货币超发能够换来技术创新。

03 全球供应失序

芯片短缺第三大重要原因是全球化供应链受阻。

我在《全球面临粮食危机吗?》一文中提出一个观点:如今是一个全球化生存的时代,任何逆全球化行为都有可能导致严重灾难。虽然全球各国的粮食自给率高,但这是全球化配置的结果。一旦逆全球化,全球粮食资源配置受到限制,那么全球各国粮食的平均自给率将会下降,部分国家可能面临粮食危机。

芯片对全球化的依赖远远高于粮食。芯片供应与制造是全球化分工与合作的结果。顶级芯片是全球高精尖技术与工艺的组合包,包含2000多道工艺程序。芯片制造工艺包括:从硅晶片生产,到光刻机,再到蚀刻,接着是气相沉积和离子植入,然后是研磨和切割,最后封测。每一个环节的技术含量都不低。一台荷兰阿斯麦光刻机,包含美国、德国、日本、荷兰等众多国家的顶尖技术。

芯片的全球化供应链经过了几十年的竞争、演变,形成相对稳定的分工与合作系统。但是,2020年新冠疫情冲击了这一系统。国外一些公司、工厂停工或间歇性停产,导致原料及配件供应不足或不稳定,影响了产能与供应。比如,2020年全球铜、铁矿石供应都有所下降。这也是大宗商品价格上涨的原因之一。而2021年疫情好转后,全球芯片市场需求又集中爆发,出现补库存现象。大宗商品价格上涨,引发芯片原材料囤积热,进而又加剧了供应波动和价格上涨。

芯片的全球化供应链还遭到人为的干扰。美国的芯片禁封政策阻碍了新兴国家与国际市场的正常业务。这一定程度上引发了芯片囤积恐慌。华为在2020年5月被正式封杀之前,已经投入了1800亿元囤积芯片。2020年第四季度和2021年第一季度,5G手机出货量大增。截止到2021年4月份,中国五大手机厂商的5G芯片采购量已经超过了5亿部,远超市场预期。这推动台积电的数字通信业务在2021年第一季度大涨11%。但是,这里存在囤积芯片的情况。要知道,2020年中国手机总体出货量才3.08亿部,而且是同比下降20.8%。

受到冲击的不只华为一家企业,而是产业链中众多小节点。比如,全球产业链中有一个环节是蚀刻,中国占据了全球一半以上的蚀刻市场。但是,芯片禁封政策影响到了这一个环节。因为蚀刻机也是一个全球化的产品,其中基础芯片由美国供应。蚀刻机的芯片供应不足,蚀刻业务受到冲击,全球芯片供应链效率下降,有些甚至已经脱钩。

2021年随着疫苗的普及,全球供应链逐渐好转,但是芯片供应链恢复和提速颇为困难。如今,芯片荒可能推动全球供应链重组。

2021年4月12日,美国拜登政府在白宫罗斯福厅举行了白宫芯片峰会。与会的19家企业几乎是全球半导体领域最顶尖的企业,他们包括谷歌母公司alphabet 、康明斯、戴尔、福特、通用、全球晶圆、惠普、英特尔、美敦力、微米、诺斯罗普格鲁曼、恩智浦、帕卡、活塞总成、三星、天水科技、斯泰兰蒂斯和台积电。

这次峰会的主题是如何解决芯片短缺问题。拜登在会上拿起一块晶圆,强调美国抢占全球芯片行业制高点的重要性。怎么理解这次峰会?

很多人认为,美国将芯片供应政治化、国家化,使用政治手段拉拢同盟促使美国牢牢控制全球半导体芯片领域的制高点,卡住全球芯片高端产业链的「命门」。甚至,有人将芯片竞赛与当年的军备竞赛相提并论。

这种解读没有问题,但未及本质。不论是美国,还是欧洲,都在加码本土芯片制造。欧洲在2021年3月9日提出的《数字罗盘2030》计划提出,到2030年欧洲制造的芯片产值份额应从2020年的10%达到20%,同时实现2纳米工艺制程。但是,仅仅从芯片本土化和国家科技竞赛的层面认识是不够的。

拜登为什么重视芯片?加州和纽约州是拜登及民主党的铁盘,是他们入主白宫最稳定的保障。加州的半导体企业、科技企业以及纽约州的华尔街金融公司是拜登的核心投资人。简单来说就是上述峰会的主要成员。在拜登政府2万亿美元刺激计划中,芯片制造企业分得其中的500亿美元。拜登在峰会上还提议另外再拨500亿美元补贴芯片制造企业。

芯片制造本土化和科技竞赛的背后有两个目的:一是拜登政府借国家之名给自己的投资人发补贴;二是重新划分全球建制派的科技蛋糕。

特朗普试图打破旧秩序,拜登则负责修复旧秩序。拜登、建制派、华尔街、科技巨头和跨国公司,与新兴市场形成了一个失衡的全球化秩序。在秩序修复过程中,拜登试图为建制派谋求更多的国家政治资本,为跨国公司谋求更多的市场份额和更有利的国际规则。如今,特朗普的禁封政策变成了拜登的谈判筹码,拜登可借助新冠疫情之机掌握更多主动权。

特斯拉是建制派的科技势力,福特、通用是建制派的工业势力。特斯拉进入新兴市场的条件要比后者更加灵活和优厚。这就是建制派在修改分蛋糕的规则。如果特斯拉汽车获得更大的市场份额,那么美国芯片制造商也乘势而获利。英特尔公司表示,正在与汽车厂商谈判,启动芯片代工计划。英特尔向汽车芯片公司开放现有工厂,以专门解决汽车芯片的短缺问题。该公司计划在未来6至9个月内生产出车用芯片。

所以,这不是国家与国家之间的斗争,而是全球建制派打着国家斗争的名义博弈划分蛋糕的规则。不管全球建制派如何重新划分蛋糕,如何重拟规则,都不利于科技进步。全球最顶尖的技术和最有效率的经济都是全球化无缝合作的结果。

世界乱局之下,只能相信逻辑。

编辑/Ray

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