制程越來(lái)越小 這才是芯片一直缺貨的原因

日前，低調(diào)的藍(lán)色巨頭IBM宣布在芯片制造工藝上取得重大突破。

據(jù)他們說(shuō)，已經(jīng)打造出全球首個(gè)2nm芯片制造技術(shù)，與7nm芯片相比，計(jì)算速度快45%，能源效率搞75%，并且相比5nm芯片擁有更小的體積和更快的速度，有助于提升網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)處理速度，并提升自動(dòng)駕駛汽車檢測(cè)物體的反應(yīng)時(shí)間。

但對(duì)于消費(fèi)者而言，技術(shù)更先進(jìn)只是個(gè)噱頭，畢竟只要沒(méi)有量產(chǎn)，談什么都是虛的?，F(xiàn)在更現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題是：什么都漲價(jià)了，而且都缺貨。

無(wú)論是游戲玩家心心念念的游戲主機(jī)，還是搭載了AMD處理器的筆記本電腦，都是清一色的無(wú)貨，哪怕是自己有廠的英特爾，今年在芯片的供應(yīng)上也略顯緊張。

那其他市場(chǎng)呢?也一樣不好過(guò)，汽車市場(chǎng)大家都心知肚明，畢竟芯片供應(yīng)荒最早就是汽車產(chǎn)業(yè)，家電市場(chǎng)也是如此，冰箱空調(diào)等家電也迎來(lái)了一波漲價(jià)。

而最讓筆者苦笑不得的是，由于上游面板廠商漲價(jià)加上芯片供應(yīng)不足，筆者前年買的顯示器居然硬生生漲了500左右，實(shí)實(shí)在在的多米諾骨牌效應(yīng)已經(jīng)爆發(fā)了。

與半導(dǎo)體有關(guān)的所有產(chǎn)品，短期內(nèi)都不見(jiàn)有下調(diào)價(jià)格的勢(shì)頭。

那么，到底是什么造成了芯片荒呢?只是新冠疫情嗎?

在筆者看來(lái)，新冠疫情只是加劇了生產(chǎn)的難度，而造成這些的前提，正是越來(lái)越小的芯片制程。

眾所周知，制造芯片是一個(gè)極其復(fù)雜的流程，大致可以分為高純度單晶芯片生產(chǎn)-光刻-蝕刻-氣相沉積和離子植入-研磨切割-封測(cè)-交付用戶幾個(gè)階段。

所以，這一輪席卷全球的“芯片荒”的原因自然也要在芯片生產(chǎn)的過(guò)程中去尋找。

好巧不巧的是，2019年開(kāi)始，三星和臺(tái)積電這兩家全球頂尖的芯片生產(chǎn)代工企業(yè)，展開(kāi)了一輪“攻破芯片生產(chǎn)最小納米數(shù)”的競(jìng)爭(zhēng)。

當(dāng)然，這背后也有著精細(xì)的算盤：由于芯片是一個(gè)投入巨大但產(chǎn)出極不穩(wěn)定的行業(yè)，原本從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)都由一家公司完成的生產(chǎn)模式逐漸向芯片需求方提供設(shè)計(jì)，第三方接單生產(chǎn)的代工模式生產(chǎn)，做代工的自然想多賺錢。

那么對(duì)于臺(tái)積電這樣的企業(yè)來(lái)說(shuō)，為了保證能在生產(chǎn)芯片作為自己帶來(lái)最多的優(yōu)勢(shì)，購(gòu)買的光刻機(jī)等先進(jìn)設(shè)備能最大范圍的利用，從而把控成本。

自然就要想盡辦法在同樣大小的硅片上制作更多的芯片，或者在相同面積大小的硅片上增加晶體管的密度，從而提升芯片的效果和能力。

因此，各個(gè)芯片代工廠之間的競(jìng)爭(zhēng)也從摩爾定律逐漸轉(zhuǎn)移為“極致的納米數(shù)競(jìng)爭(zhēng)”。

也就是說(shuō)，芯片制程的縮小，不僅是各家芯片工廠與代工廠之間的競(jìng)爭(zhēng)，也是這次芯片荒的重要前提，因?yàn)樵诋?dāng)時(shí)，恐怕沒(méi)人想到疫情會(huì)如此嚴(yán)重，也不會(huì)想到在材料上會(huì)出大問(wèn)題。

是的，用于生產(chǎn)芯片的晶圓也出現(xiàn)了問(wèn)題。

上文已經(jīng)說(shuō)過(guò)，臺(tái)積電等廠商更愿意把精力更多地放在面向7nm、5nm先進(jìn)制程上，而這些先進(jìn)制程使用的是12英寸晶圓，主要是為了降低成本。

在此之前，絕大多數(shù)代工廠最先進(jìn)的生產(chǎn)線都是8英寸晶圓生產(chǎn)線，多用于做電源管理、邏輯芯片，例如家電、汽車等產(chǎn)業(yè)，但對(duì)代工廠來(lái)說(shuō)，利潤(rùn)率卻比較低。

代工廠打著做12英寸晶圓賺錢的小算盤，客觀上造成了消費(fèi)電子、工業(yè)市場(chǎng)和汽車廠商需要的8英寸圓晶產(chǎn)能減少，模擬IC、存儲(chǔ)IC、PMIC、驅(qū)動(dòng)IC、MOSFET等元器件的生產(chǎn)也隨之受到影響。

另一方面，由于12英寸半導(dǎo)體的單晶硅需要改良的工藝和更高純度的單晶硅材料，然而硅材料廠家中，能夠突破技術(shù)難題的并沒(méi)有多少，而且受限于產(chǎn)能，使得硅材料的供給量有所下降，進(jìn)而導(dǎo)致了芯片的價(jià)格上升。

根據(jù)中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)硅業(yè)分會(huì)的消息，在3月份國(guó)內(nèi)硅材料的出廠價(jià)格已經(jīng)上漲到10萬(wàn)元一噸，原料的漲價(jià)最終也影響到了芯片層面。

當(dāng)然還有不得不提的新冠疫情，疫情導(dǎo)致了全球?qū)﹄娮赢a(chǎn)品需求激增，但廠商們對(duì)疫情后續(xù)需求預(yù)測(cè)保守，美國(guó)對(duì)部分國(guó)產(chǎn)企業(yè)的制裁引發(fā)大量備貨，對(duì)整個(gè)芯片產(chǎn)業(yè)鏈而言，延續(xù)時(shí)間不短，其他廠商填補(bǔ)空缺也同樣需要大量備貨。

每一家在產(chǎn)品中使用芯片的公司都在恐慌購(gòu)買以支撐其庫(kù)存，多種因素交織下，造成芯片行業(yè)需求激增和滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，且沒(méi)有備用產(chǎn)能，最終也反噬到了芯片市場(chǎng)。

在這個(gè)生活中處處離不開(kāi)半導(dǎo)體和芯片的時(shí)代，可以預(yù)見(jiàn)的是今年的芯片荒可能影響的是兩三年內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)品的價(jià)格，電子產(chǎn)品的漲價(jià)基本已是板上釘釘。

至于芯片荒還會(huì)持續(xù)到何時(shí)，到現(xiàn)在仍然是個(gè)未知數(shù)。