由于8英寸晶圆的供货紧张，引发了行业多米诺效应，使得封测、设计产能吃紧，因此值此岁末年初之际，数十家芯片公司集中宣布对部分产品进行价格调涨，缺货成该行业关键词。 芯片行业作为国民经济的基础性支撑产业，有着不可替代性，国家也陆续给予多项政策支持，那么芯片行业该如何解决矛盾并破局呢？
矛盾一：数据需求的指数式发展超过了线性发展的摩尔定律
目前，人类精密制造领域遇到硅基极限的挑战，因此摩尔定律已放缓，但随着云计算、大数据、物联网等技术产业的快速发展，人类每年产生的数据量却呈指数级增长，这两者的不匹配或将带来技术和产业变革。
过去以个人计算机及智能型手机为成长驱动力的芯片产业迎来了由人工智能（AI）、大数据（Big Data）、云端计算（Cloud Computing）相互融合而产生的成长新动能。
高效能运算（HPC）芯片在AI技术及处理复杂计算任务的场景中扮演者重要角色，而芯片业者作为HPC 芯片的支持者自然也很重要。HPC近年来发展迅速，根据Interest360Research（HPC 研究机构）对全球高性能计算市场的分析，2020-2024年间HPC将以CAGR为 7.1%的高复合增长率增长。
从需求端来看，在云端，服务器及数据中心需要对大量的原始数据进行运算处理，对于芯片等基础硬件的计算能力、计算速度、数据存储和带宽等都有较高要求，高性能计算能力的需求增长导致全球范围内的数据中心对于计算加速硬件的需求不断上升。在边缘侧，云端受到延时性和安全性的限制，不能满足对数据安全性和系统及时性要求较高的客户，使得大量数据存储向边缘端转移，并且与云端HPC芯片相比，边缘HPC芯片的使用场景更加丰富，单芯片售价也并不昂贵。
从供给端来看，HPC芯片未来将取代智能手机芯片，成为IC设计和圆晶制造厂商主要收入来源。以台积电为例，从营收状况来看，2020Q3智能手机业务增长12%，HPC营收增长25%，物联网业务营收增长24%。智能手机业务的反弹主要是由于新机发布周期的到来。台积电预测，除存储外的芯片行业整体将在2020年全年实现个位数的增长，晶圆代工行业整体增长率将会接近30%。
破局：制程创新，架构创新
制程创新：集成电路产业一直通过CMOS微缩以提高性能、效率和降低集成电路和系统的成本，从而实现新的应用，是推动过去几十年进步的“燃料”，但在先进制成中，CMOS微缩带来的进步已经变得有限，因此对于芯片改变的需求更加迫切。不过值得欣慰的是，材料、设备概念和图案的创新已经为当前的10nm以下技术扫清了到路。不仅如此，行业新的理念和技术方法仍将为摩尔定律注入新的血液，比如采用非经典结构，从结构的设计及布局来实现芯片面积的微缩，从而促使摩尔定律在“另类”层面得以实现，为集成电路产业继续赋力。
架构创新：当前HPC市场经过前期的市场沉积正处于快速增长阶段，2020年，计算型芯片架构走向落地元年，国内公司开始有产品得到应用。需求侧发展迅速、供给端提前布局，叠加国内产品落地，我们认为技术迭代将呈现指数型增长，单点突破开始。从S曲线模型来看，创新将驱动集成电路产业相关产品进入S型曲线的斜率增长最快部分。
矛盾二：成熟制成产品的碎片化需求量增加，产能供给受限
从8英寸晶圆产业链结构来看，上中下游都呈现出满载状态，因此有限的供给和旺盛的多元化需求大大提高了行业的价值链变化，使得市场开始重新审视8英寸晶圆线的投资与价值。
首先从上游供给侧来看，8英寸硅晶圆的供给量成长较为有限，SEMI并未观察到除中国以外的其他国家有200mm晶圆扩产的迹象，同时，生产设备也不易获取，因此不容易针对8英寸硅晶圆进行扩充产能。其次，从制造端来看，6英寸生产线上的部分产品会向 8 英寸转移，而受制于成本和性能的控制，8英寸生产线转移到12英寸生产线的动力不足。再者，物联网体系逐渐成熟铺开，带来了MCU的需求，电源芯片、指纹识别产品的增长，同时工业、汽车电子应用需求也大幅攀升，这些产品恰好对应200mm晶圆厂对应的领域，因此产品线的供需出现了逆转。全球8英寸晶圆线产能利用率逼近100%，相关应用所需芯片供不应求。最后，从下游芯片应用领域对硅片需求占比来看，模拟/分立器件能持续受益于当前高景气周期，产品绝大多数来自8英寸及6英寸生产线。
破局：成熟制品迭代缓慢，国内扩产显著，全球产能有望向国内转移
与8-12英寸晶圆产能紧张和扩产困难的现状相对应的是成熟制成产品具有相对迭代缓慢的特性。以英飞凌的IGBT产品为例，2018年，英飞凌推出了第7代IGBT产品，该产品的面积相较于IGBT4减少了25%，成本与功耗也有所降低，但是市场主流的产品依然是在2007年发布的IGBT4。
我国的成熟工艺代工以中芯国际和华虹为主，具备完善的成熟工艺节点制成的代工能力，可充分满足下游各类需求，未来将积极推进8英寸厂的投产与扩产。除中芯国际和华虹之外，粤芯、上海先进（积塔半导体）等国内现有成熟制程产线均有相应的产能扩产计划。
我国的IC设计与封测产业正处于高速发展阶段，有望带动晶圆产能转移。第一，从数据来看，根据中国半导体行业协会数据显示，2020年我国芯片设计企业共计2218家，相较于2019年增加了438家；2020年全行业销售额预计为3819.4亿元，相较于2019年增加了23.8%。2018年我国IC封测规模企业达96家，2018年行业市场规模达到2193.9亿元，2004-2018年的年复合增长率高达15%。第二，从我国芯片设计技术的提升来看，根据最新消息，在明年召开的ISSCC会议上，中国（包括香港和澳门）的录用论文超越日本及中国台湾，中国大陆的论文数量相较于2020年增长了40%；自2016年起，我国论文收录数量年均增长114%，第一作者单位数量年均增长78%，涵盖的技术领域增加至10个，受邀的技术评委专家也从4位升至10位，充分展现了我国在芯片设计领域科研投入取得的显著成果。第三，从高端芯片发展来看，国产通用CPU领域从“基本不可用”到“完全可用”；国产嵌入式CPU已实现与国外产品同台竞争，并且从专用为主发展到通用为主，年销售量达数亿颗； 芯片存储器领域实现零的突破，三维闪存和动态随机存储器进入量产；国产FPGA芯片全面进入通信和整机市场；国产EDA工具领域在数字电路流程上也形成了一系列重要的单点工具，未来可期。第四，封测行业作为芯片产业链中晶圆加工的下一环节，封测行业的地域转移趋势也与晶圆代工产能转移趋同。根据拓墣产业研究院和ICInsights统计，2020Q3，全球前十大封测企业中，中国台湾企业总市占率达到了54.9%，截至2019年12月，中国台湾地区晶圆产能位居世界第一。
复盘全球8英寸产能，可以看到，全球扩产的主要增量来自中国大陆地区。根据ICInsight数据显示，2017 年，中国大陆200mm晶圆产能落后于中国台湾、日本，与世界总产能之比约为13.1%；然而2017-2021年间，中国大陆产能增量占全球增量比为22.6%。
矛盾三：芯片供应链全球化受阻
复盘2019年，在芯片供应链被限制的背景下，国内半导体板块先跌后升，最典型的戴维斯双击品种是在设计领域，集中在芯片设计公司。当前芯片设计国产替代是国内芯片产业链十年难遇的大机遇，而大陆终端品牌厂商将加速培养大陆上游产业集群，特别是上游关键环节。
破局：供应链的国产替代
破局矛盾的关键在于实现产业链的国产替代。近期，芯片行业的整体高景气主要是由于产能紧张，涨价起点始于晶圆制造端，景气度持续延续两个季度下，逻辑上会传导至上游材料，下游晶圆制造开始寻求上游环节替代。顺周期下，我们预计明年将会迎来国产替代+下游晶圆厂扩产采购刚需的戴维斯双击机遇。
综上所述，芯片材料的供应能力和质量直接关系到我国集成电路产业链的形成和完善，实现集成电路产业链国产化摆脱对进口产品的严重依赖将是行业发展的必然趋势。预计材料板块将会迎来“国产替代+下游晶圆厂扩产采购” 的戴维斯双击机遇。
本文改写自天风证券《芯片行业格局变化之际的矛盾与破局》，作者吴先兴、潘暕
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