2021年3月5日，受北极寒流影响，德克萨斯州要求奥斯汀的所有芯片制造商暂停生产，这一决策加剧了全球晶圆厂的供给紧张。早在2020年第三季度，晶圆厂的产能就已开始显得稀缺，其中8英寸晶圆的供给紧张状况尤为明显。那么，这一产能紧缺的现象究竟源于何处呢？
从技术角度看，12英寸晶圆比8英寸晶圆更为先进。8英寸晶圆的逐步淘汰与12英寸晶圆的崛起是历史发展的一部分。然而，市场并不总是追求技术的先进性，更多的是关注盈利，因此在一段时间内，8英寸晶圆依然具有市场价值。但这个市场非常脆弱，任何突发刺激都可能导致供应链混乱。例如，美国实施的禁令后，华为大量囤积芯片，原本只会造成短期供应紧张的局面，结果却引发了其他厂商的跟风囤货，假紧缺由此演变为真紧缺。
这个故事可以追溯到二十年前。
在2000年，半导体行业蓬勃发展，各大厂商纷纷提出建设12英寸晶圆厂的计划，尽管初期面临许多技术挑战，但大多数业内人士仍然相信12英寸晶圆会取代8英寸晶圆。如今，8英寸晶圆正是当前产能最紧缺的类型。
随着技术的成熟，2002年英特尔与IBM率先建成了12英寸生产线，12英寸晶圆开始在市场上崭露头角。
2004年，信越半导体公司计划在日本及美国投资至少2000亿日元，预计在几年内将12英寸硅晶圆的月产量翻倍，达到70万片。他们希望通过这一计划占据全球12英寸硅晶圆市场的半壁江山，而信越当时的市场份额约为30%。
随着时间推移，市场格局逐渐明朗。
数据来源：公开资料整理
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以2014年至2017年的数据为例，12英寸晶圆已占据市场主导地位，并且呈逐年增长趋势。6英寸晶圆的退出已成定局，2010至2016年间，超过20座6英寸晶圆厂关闭，而8英寸晶圆的市场也出现萎缩趋势。
关于晶圆的基本概念
晶圆是制造芯片的基础材料。在芯片制造的最初阶段，硅材料需被提纯为SGS（半导体级硅），然后切割成晶棒（硅锭），最后将晶棒切片得到晶圆。这些晶圆经过蚀刻、掺杂等工序后，最终成为我们日常使用的芯片。
简单来说，芯片就像房子，而晶圆则是盖房子的土地。没有土地就无法建房，同样，没有晶圆就无法生产芯片。
晶圆根据尺寸进行分类，尺寸越大则每片晶圆能生产越多的芯片。因此，行业正在逐步向12英寸晶圆转型。
晶圆尺寸的分类
在许多文章中，可能会提到12英寸晶圆主要用于高端先进制程，而8英寸及6英寸晶圆则用于低端成熟制程的芯片及半导体器件。需要说明的是，这种分类只是行业惯例。从技术角度来看，晶圆本质上是相同的，例如MOSFET和IGBT虽然通常使用8英寸或6英寸制造，但在技术上也可以使用12英寸晶圆。
当前晶圆产能紧缺的现状
按照之前的逻辑，12英寸晶圆将逐渐主导市场，这个故事似乎可以就此结束，但实际情况远比这复杂。
假设有三个工人，分别是普通的6英寸晶圆、优秀的8英寸晶圆和精良的12英寸晶圆。虽然12英寸晶圆的工作能力最强，但其薪资也最高。
随着公司实施末尾淘汰制，6英寸晶圆因工作能力最差而被淘汰，类似于逐渐关闭的6英寸晶圆厂。但公司业务量并未减少，因此6英寸晶圆的任务转移至8英寸晶圆，导致8英寸晶圆工作压力加大，这也就是我们所说的8英寸晶圆产能紧缺的原因。
那么，为什么不将任务分配给12英寸晶圆呢？既然效率高，问题应该容易解决。然而，虽然有一定的任务分配，但并没有充分满足需求。
以全球IDM大厂安森美为例，该公司在2019年收购了格芯的12英寸晶圆厂，并于2020年第三季度开始生产TRench MOSFET（沟槽式金属氧化物半导体场效应管）产品，预计到2021年将推出多种功率MOSFET和IGBT（绝缘栅双极型晶体管）产品。
然而，业界的IDM厂商数量有限，近年来无晶圆厂的无厂模式芯片公司日益增多，他们需要寻找晶圆代工厂来生产自己的设计芯片。如果选择晶圆厂，订单往往需要排期，而12英寸产线的晶圆厂通常不会优先分配产能给MOSFET或IGBT产品，因为这些产品的经济效益远不如CPU和GPU等高端产品。晶圆就如同土地，显然在同一块土地上建造高层建筑比建造小平房更为划算。
因此，随着6英寸晶圆的逐步退出市场，需求未能充分转向12英寸晶圆，8英寸晶圆的产能短缺只是个时间问题。然而，为什么在此时晶圆短缺呢？
2020年5月，美国对华为实施了芯片管制升级。对于时间紧迫的华为来说，他们做出了囤货的决定，并在禁令的缓冲期内下单了大量芯片。
对于无厂模式芯片公司来说，外包制造芯片并非可立即实现，通常需要几个月的时间。此外，许多公司倾向于缩短库存周期，产品生产后会迅速销售，因此在正常情况下不会大量储备芯片。
华为的大量下单虽然是单一公司的决策，但却如同蝴蝶效应，引发了更大规模的市场反应。
由于华为的订单导致其他厂商的芯片交付延迟，这对库存周期短的厂商意味着终端产品会出现缺货现象，包括显卡、手机以及新能源汽车的停产。当厂商意识到缺货风险时，他们也开始大量下单芯片，从而进一步加剧晶圆短缺。随之而来的是新一波厂商察觉到缺货风险，接连下单，形成恶性循环。
经济学家卡尼曼和特沃斯基在1979年提出了“前景理论”，该理论认为人们对损失的敏感度高于对收益。将这一理论应用于晶圆供应上，华为下单后，其他公司意识到未来晶圆价格可能上涨（后来确实涨了），因此，未来的涨价被视为一种成本损失，导致他们得出结论：现在下单芯片能够减少损失。即使下单过多，未来仍然可以使用。而且，结合近年来晶圆厂因火灾、停电等突发事件带来的不确定性，提前下单更多芯片显得尤为必要。
另一方面，由于疫情影响，许多人在家上网课或远程办公，消费电子需求显著上升，这也是终端厂商下单更多芯片的原因之一。
无解的问题也是无需解决的问题
从需求角度来看，8英寸晶圆芯片的应用广泛，短期内这种需求不会降低。此外，8英寸晶圆的设备和产线大多数已完成折旧，使用这些“二手”设备在财务报表上更具优势。
从供应角度看，许多8英寸设备已停产，很多厂商依赖收购二手设备来扩展产能。尽管二手设备性价比高，但这也意味着产能难以大幅提升。
综上所述，8英寸晶圆的产能紧缺问题看似无解。然而，实际上有一个隐藏的选项，即8英寸晶圆生产的芯片可以迁移至12英寸晶圆产线进行生产。使用12英寸晶圆生产同样的芯片可以显著提升产能。但为什么目前选择这种方式的厂商仍然较少呢？因为从“经济”角度来看，目前使用8英寸晶圆制造的芯片依然具有性价比。随着晶圆紧缺程度加剧和价格上涨，这种“性价比”将逐渐变得不再吸引。届时，厂商自然会转向12英寸产线。考虑到目前18英寸晶圆的研发停滞，未来晶圆市场可能会出现12英寸一统天下的局面。
至于18英寸晶圆的现状，那又是另一个故事。
