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为了应对当前缺芯问题，美国政府将在近日召集芯片峰会，与会的企业包括三星电子、通用汽车等行业巨头，峰会议题预计与汽车芯片相关。其实不光汽车行业，手机、电脑、家电、光伏等产业都在喊缺货。
在现代越来越高效的生产体系下，大部分工业产品的供应都能满足需求或者稍有过剩，有些产业甚至会极度过剩导致全行业亏损。但是全行业缺货，完全由卖方主导市场的情况却很少见。那么，芯片行业为何会这样失衡呢？
做生意无非买卖两端，大家根据价格信号调节自身经营节奏。供不应求要么就是供应不足，要么就是需求过旺。芯片虽然是人类在全球产业协作的背景下产生的最复杂的工业品之一，但是其商品属性不变，也必然受到市场规律的制约。如果把短期的，偶然的因素称为“技术面”，把长期的，趋势性的因素称为“基本面”，两者结合可能更有解释力。
01
技术面之供给侧
现代化的全球贸易体系建立起来很费了一番功夫。统一的贸易规则，通行的货币结算体系，足够的远洋航运能力，维持主要贸易航线的安全。在这样的基础上，国际产业分工体系开始重新洗牌，资本、技术、人才不断寻找最佳组合，一件商品的供应商来自几个十几个国家成为常态。岁月静好的几十年里，分工不断深化，产品质量不断提高，成本则不断下降，摩尔定律让这个非常高科技的消费品变得很便宜：一部包含了几十万科技人员智慧结晶、几百万产业工人汗水的智能手机，价格也就一个月工资。
图源：hifleet
然而这套体系并非无懈可击。由于分工非常精细，在很多环节出现了集中度极高的企业，市场占比经常超过70%甚至更高。人们津津乐道的荷兰阿斯麦尔的光刻机，市场占有率超过80%，高端型号甚至是100%。其实这样的产业生态在芯片行业并不罕见，在设计、晶圆、靶材、光刻胶、特种气体等环节，两三家企业垄断大部分市场很平常。而这种普遍存在的垄断、半垄断状态意味着一旦其中某个企业出了问题，那么很快会传导到上下游所有的生产环节：需要它产品的企业不能开工，给它供货的企业不能发货，即便有同类产品可以替代，整个生产节奏也必须重新调整。
图源：知乎整理
这个所谓“出了问题”包含了许多可能性。比如天灾：2011年日本大地震，除了核电站，同样位于福岛的瑞萨电子公司的厂房也受到了巨大破坏，由于这家公司在汽车芯片领域占比很高，上下游企业受到很大影响。而就在今年3月19日，这家公司的厂房又着火了，有23台重要设备损坏，恢复全部产能可能需要三到四个月的时间。2020年全球新冠大流行无疑是更大规模的天灾，所有的行业都受到巨大影响，芯片行业当然无法置身事外，这个因素也是芯片缺货成为公共话题的直接原因。疫情的影响非常深远，企业开工不足仅仅是其中之一。
瑞萨电子公司失火后的厂房。图源：techxplore
物流系统也出黑天鹅。3月24日，一艘二十万吨级的超级货轮在苏伊士运河搁浅了，这个突发事件让世界上最繁忙的航道之一彻底堵塞了六天。在这焦虑的六天里，因为不确定什么时候恢复通航，很多轮船甚至不惜绕过整个非洲来赶路，多花八天时间。丰田公司“零库存”的理念让许多企业都来学习，仓库里没有“安全存量”。这个信心来自于物流体系的高效可靠，虽然这次堵塞是个意外，但是不要忘记，出了红海就是亚丁湾，那里的海盗刚下岗没几天，什么时候再就业没人知道。
苏伊士运河两端都堵了。图源：谷歌
除了天灾，人为因素则是更加现实的风险。日本和韩国同为发达工业化国家，对贸易政策的态度比较一致，产业上也多有互补，就是这样的近邻，2019年也闹出过“制裁事件”：日本对韩限制出口氟聚酰亚胺、光刻胶和高纯度氟化氢，这三种化学原料日本企业的占有率是90%、87%、60%。少了这三样，三星集团许多工厂立马就得停工。而美国对中兴、华为的打压则更加直接：所有包含美国技术的产品不许售与这两家公司。为了能继续发展，中兴公司接受了巨额罚款和强力监管，华为公司则忍痛卖掉了子品牌荣耀手机，以维持华为手机的生存。
除此之外，一些公司自身的经营风险，国际金融市场的波动等都有可能成为芯片供应链不稳定的因素，而这些因素是难以提前预测的。
02
技术面之需求侧
其实从这十年来销量最大的电子产品——手机的出货量来看，总体上是稳步下降的。苹果公司引领的智能手机爆发期已经过去，消费者手中的玩具已经换了好几轮，各种应用生态也基本饱和，手机商一直没想出更好的理由来让消费者买新的，但是新冠疫情改变了一切。
各个国家应对新冠的措施差别很大，但是总体上限制出行、限制聚集是主流方式。数以亿计的人们被要求尽量待在家里，这极大地刺激了消费类电子产品的需求——除了盯着大小屏幕，还有什么更好的消磨时间的办法吗？更不用说一天也不能耽误的孩子的学习，网课成为主要替代方式，平板和笔记本电脑则成了刚需。
有些新产品发布时机正好撞上疫情，也不知是福是祸。索尼公司新一代主机PS5在这期间上市，火爆的市场很快清空了PS5的库存，买不到的玩家排队声讨索尼耍猴。索尼甩锅富士康，富士康则称上游零件不够，我也木得办法。
NVIDIA则发布了新一代30系列显卡，性能提升不少，售价也水涨船高。玩家数着钱包里的碎银子还没想好买不买，那边比特币冲上了五万美元一个，这个令人匪夷所思的价格直接让游戏玩家遭到降维打击——高价比特币让显卡成了金融资产，矿机老板疯狂收购所有的显卡，不管新旧不管型号不问价格，因为买到就是赚到。由此带来的巨量需求强力挤压了普通电子产品的供货份额：人家出的价高要的量大，你说芯片厂会卖给谁？
最失意的则是全球各大汽车厂商。同电子产品热销的逻辑一样，他们预测由于疫情管控措施的影响，人们都在家玩手机，不会出行旅游，没人买车，因此把下好的订单都取消了，产能相应释放给了其他产业。事实证明押错宝的后果是很严重的：疫苗的快速普及接种，管控措施的快速取消，憋坏了的人们要出门去玩了，汽车需求暴增。可是现在的汽车不比从前，没有足够的芯片，很多子系统根本没法用。眼看要错过市场机会的汽车厂商坐不住了，德国联邦经济部长致信台积电，希望他们快点扩大产能，涨价也行……
 高端大气的汽车厂也得放下身段了
接连不断的缺货、断供，让很多厂家有了危机意识，开始大量囤积必要的元器件，以前可能只存一个月的量，现在都是按照三个月、六个月的标准囤货，这些额外的订单更加剧了整个行业的供应紧张状态。
03
基本面之供给侧
如果说短期因素不会持续太久，那么从中长期来看，芯片供应会较快的恢复供需平衡吗？恐怕也很难说。从供给侧的角度来看，阻碍新的产能加入供应链的因素是很多的。
原因之一是门槛太高。芯片行业是典型的资金、技术双密集的产业，虽然现在各国央行印钞印到了2100年，但是动辄十亿、几十亿美元的投资也不是随便就能搞定的。更重要的是技术。目前芯片行业内的各路玩家，每一个都是经过了几十年持续不断的投入和积累，才有了自身足够的技术能力在业内立足。三星集团三代人不论盈亏都坚持往半导体行业投钱，韩国政府也鼎力支持；中国台湾的电子代工更是经历了三四十年的发展，从给人焊电容开始到台积电站上行业巅峰，包含其中的是无数人的披荆斩棘，筚路蓝缕。后来者想要入局，就需要付出更多的努力，忍受更久的亏损，毕竟先行者也没有躺在那里等着你追赶。
新来的玩家要面对的不仅是先行者的强大实力，也要面对整个行业更新换代的挑战——第一代硅材料的技术潜力即将耗尽，但是仍然占据大部分市场份额，第二、三代新材料显示出更好的发展前景，而二代、三代半导体目前的市场占比合计不到一成，第三代更是只有百分之一。但是在热门的5G通信、功率半导体等领域，第三代材料氮化镓、碳化硅的性能优势非常明显，逐渐取代单质硅已经是大势所趋。
投资成熟的硅芯片，有现成的设备和人才，两三年即可形成产能，但是许多国家都在规划芯片自产，几年后整个市场很有可能处于非常过剩的状态，导致整个行业崩塌。直接投资第三代可能有弯道超车的机会，但是同样需要持续不断的资金投入和人才积累，更需要相关领域的科研进步来支持产业发展，也并非朝夕之功。
同时，芯片产业链的脆弱性在疫情期间暴露无遗，所有的企业都必须重新思考这种国际分工的合理性和可持续性。如果说黑天鹅是偶发的，不可预测的，地缘政治冲突导致国际贸易秩序重塑则是肉眼可见的灰犀牛。所有参与分工的企业都必须思考自己的未来，规避可能的政策风险。如果不想被“断供”，或者被“限售”，那么生产基地放在哪里，和谁成为长期合作伙伴，这都不再是简单的经济效益的问题。
04
基本面之需求侧
如果供应量不会很快放大，那么扛过这段周期性因素叠加的时期，芯片需求会大幅度回落吗？答案恐怕也是否定的。

如果细数最近二十年最热门的科技和消费热点，会发现其中大半与计算、通信有关：互联网，移动互联网；WIFI通信，5G通信，卫星通信，月球探测，火星探测；超级计算机，量子计算机，云计算系统；AI人工智能，自动驾驶，电动汽车，无人机，无人船，机器狗；手机，智能手机，平板电脑，笔记本电脑；智能手环，智能音箱……所有这一切都离不开芯片行业的创新和发展，而且总量极大。每年手机、平板电脑出货量都以亿为单位计算；亚马逊、阿里巴巴、微软、谷歌等公司建立的云计算中心，都使用海水或者湖水来进行冷却散热——里面的计算和存储设备实在是太多了。
图源：阿里云

为了应对气候变化，减少温室气体排放，化石燃料正在变得“政治不正确”，全世界都在努力寻求清洁能源的替代方案。一方面，以光电、风电为代表的绿色能源规模在不断扩大，另一方面，在化石燃料占主导地位的交通运输业中，电力驱动系统也正在稳步发展，这都离不开功率半导体的大规模应用。
 英飞凌公司的MOSFET，使用碳化硅制作。图源：Infineon
第三代碳化硅材料拥有很高的优势，用于变频、变相、变压、逆变、整流、增幅、开关等场合，能承受高电压，大电流，更快速且效率更高，能源转换效率可达95%以上。在光电、风电以及配套的智能电网领域，相关芯片的需求会持续放大。而如果对现有的输配电领域的相关设备进行芯片化改造，存量市场之大简直无法估量。
目前的主流交通工具汽车、卡车、轮船、火车和飞机等，动力系统都是燃烧石油制品，对现有系统进行升级改造，让这些工具的效率更高，排放更少，各种芯片的大量使用必不可少。而纯电力驱动的技术也在不断发展，碳化硅材料可以承受1000v以上的高电压，因此其可以驱动的电机功率也在不断提高，除了电动汽车，电动轮船和电动飞机都开始出现。如果再加上自动驾驶，需要雷达、传感器、摄像头、主控芯片，通讯模块等一系列配套系统，全部都得用芯片来支撑。市场研究机构IC Insights估计，半导体出货量在2021年有望达到1.13万亿颗，年增13%，创造新的历史最高出货记录。
UPS订购的无人送货机。图源：UPS / Beta Technology
总之，在这场芯片短缺的背后，很可能预示着一个新时代的到来：
  • 计算和存储系统更小，性能更好，传感器灵敏度更高，从而能够采集更多的环境信息，通过人工智能完成更复杂的任务，实现设备智能化；
  • 通讯模块效率更高，数据通量更大，便于远程操控设备，许多高温、高寒、缺氧等危险环境使用的设备可以更多的实现无人化；
  • 电池容量更大、电力使用效率更高，所有的设备都能提供更强的动力，更长的续航时间，取代更多的内燃机实现纯电力化。
三者结合，整个世界可以改造的设备无计其数。这已经不再是一两种爆款产品热销的问题，而是对人类现有生产生活工具的一次颠覆性的革新机遇。熊彼得认为破坏性的创新是经济发展最重要的动力之一，而完成智能化、联网化、电力化的设备在各个方面都将对旧式工具产生碾压式的优势，作为这类新设备的底层基础零器件，半导体芯片的需求量必将持续放大，整个半导体产业毫无疑问将是未来数十年最重要的战略性产业。
参考文献
1.https://finance.technews.tw/2021/03/27/third-generation-semiconductor-material-business-in-taiwan/
2.https://techxplore.com/news/2021-03-semiconductor-shortage-wont.html
3.https://zhuanlan.zhihu.com/p/153342896
4.https://xueqiu.com/9327232572/165751858
5.https://weibo.com/ttarticle/p/show?id=2310474624069646483525
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