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全球芯片短缺|2021，全球“缺芯”( 二 )


和先进制程相比，近年来，成熟制程的扩产节奏缓慢 。2014年以来，成熟制程总产能的年化增速只有3.8% 。其中比较有代表性的现象是，导入过猛的28nm赶上了全球半导体市场大衰退，产能利用率快速走低，此后各家厂商都不愿再度扩产 。而8英寸的相关制程本身带有“即将淘汰”的属性，因为硅片尺寸的趋势是越大越好，尺寸越大，平均成本越低 。2001年推出后，行业重心基本在12英寸之上，同期8英寸工厂关停，设备也不再生产，产能规模停滞并陷入衰退 。
全球芯片短缺|2021，全球“缺芯”
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成熟制程新增供给有限，但下游应用市场却在近几年迎来快速发展 。首先是消费电子的综合升级，虽然总出货量增长乏力，但随着智能手机往多摄、5G、屏幕升级、快充等方向升级，所使用的图像传感芯片、射频芯片、显示驱动芯片、电源管理芯片等均以成熟制程为主，周边配套例如5G基站、无线耳机、充电器等也是如此 。以5G手机为例，一方面，其渗透率逐年提升，预计今明两年的出货量增速高于50%；另一方面，相比4G，5G手机需要2倍的电源管理芯片和功率放大器，2.5倍的滤波器，单机所含成熟制程芯片数量也有所上升 。
其次是物联网，智能家居、智能视听、可穿戴等丰富的下游应用驱动市场高速发展 。综合多家机构的预测，过去五年，物联网连接总数的年化复合增速为23.5%，未来五年则为13.2% 。具体看，芯片种类可分为计算、通信、传感三类，较大比例均采用晶圆代工模式，其中既有IDM企业将产品外包代工，例如MCU和MPU芯片，也包括原本就采取设计-代工分工模式的通信和传感芯片，这些芯片对性能要求不是很高，制程范围主要为28nm-0.15μm的成熟制程，且较多使用8英寸生产 。
全球芯片短缺|2021，全球“缺芯”
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最后是汽车芯片，新能源汽车以及智能汽车的渗透率逐年提高，而单车“含硅量”（芯片价值量占比）预计将在2030年提高至45%，致使汽车芯片的重要性提高 。这一过程中带来了很多增量芯片需求，包括功率半导体、SoC、MCU、传感器等，整体仍以IDM模式为主，代工比例约为20%-30%，但分产品看，SoC、MCU、传感器等的代工比例较高，性能要求比消费电子和物联网略低，制程在40nm及以上 。
与极致性能相比，这些应用需求总量大，更追求性价比，因此仍然选择成熟制程，而不转向先进制程 。28nm之后芯片设计成本增幅明显扩大，设计厂商负担更重；同时，建造晶圆厂的成本也迅速增加，例如前文提到的200亿美元/座的3nm晶圆厂，这部分成本也会转嫁到设计商头上 。因此，成熟制程处于良好的性价比平衡点 。此外，大部分成熟制程工厂已建立多年，折旧基本完成，进一步降低生产成本；同时，部分不单纯以性能衡量，主要应用于复杂场景的特种工艺，例如IGBT、DMOS、BiCMOS、BCD等，也集中于历史悠久的成熟制程平台之上 。
全球芯片短缺|2021，全球“缺芯”
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综上所述，成熟制程供给端近年来长期以缓慢节奏扩产，但需求端的5G、物联网、汽车等下游新兴市场却强势增长，性价比因素导致这些需求选择使用成熟制程，而不转向先进制程，最终导致供求不匹配，这是本轮芯片短缺的根本原因 。虽然先进制程供求关系宽松，但是，由于终端产品里各品种芯片缺一不可，iPhone离不开电源管理芯片，特斯拉也少不了USB芯片，部分成熟制程芯片供不应求，导致全行业呈现出严重的芯片短缺情况 。

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