三大原因导致169行业缺芯，机器人行业哪里用到了芯片？未来还会缺吗？

芯片，是控制机器人系统的一个部分。

就工业机器人来说，一台工业机器人上，需要搭载包括MCU（微控制器芯片）、DSP（数字信号处理芯片）等芯片。工业机器人单支机器手臂中，内建的控制器平均约有八成为MCU芯片。

MCU即微控制单元芯片，又称单片机，目前市场上以8位和32位的MCU为主。在原先，MCU并没有那么紧缺。国内很多做MCU的厂商做的都是中低端产品，主要面向家电IoT、消费电子等品类，利润低，而且一直打价格战。也正是因为利润低，很多芯片代工厂都不愿意做MCU，它们会把产能优先安排给利润高的例如手机、移动通信等设备的芯片。国际上做MCU的厂大多是IDM，例如英飞凌、意法半导体、恩智浦、德州仪器等。

▍市场天花板抬升

当前，国内许多机器人厂商都爆出缺芯片的情况，中国的芯片产能真的跟不上机器人等智能制造企业对于芯片的实际需求吗？我们先看几组数据。

根据BCG和SIA的数据，2020年，中国芯片市场规模为1434亿美元，同比增长9%，占全球36.24%，是全球最大的芯片市场。其中，中国本土需求市场的最终消费占了全球芯片产品的24%，与美国市场相当。如果再加上中国购买的芯片制造成产品，然后再出口到全球的市场规模则是11%。

有如此大的市场规模，为什么中国市场还会缺芯片？笔者认为，这主要和三方面的因素有关系。

一方面是产业升级所带来的需求陡增，芯片缺货的原因是全球新兴产业需要大量芯片。目前，中国对芯片需求的增速也是全球之首。

近两年来，新能源汽车、VR装备、工业机器人等市场规模不断扩大，随着物联网、自动驾驶的普及，蓝牙、WI-FI等芯片的出货量也在快速增长，这些下游厂商需要大量高规格芯片。比亚迪、埃斯顿和小米等芯片头部买家，由于收入在过去三年中大幅增长，导致需求量大增。这种过去不存在的趋势下，使得芯片需求旺盛。

在工业物联网这个整体化的大概念下，类似机器人等物联网中的设备和端口开始大量用到芯片。随着物联网发展，导致每个物联网设备和端口都至少需要用到一个甚至多个MCU，才能更好实现整体化数字化的运营管理。因此，作为智能工厂中重要的控制和传输部件，包括工业机器人在内的许多设备的芯片需求陡增并开始朝着多元化方向发展。如今，各行业的主芯片、配套芯片都出现了缺货，部分下游控制器厂商选择只给自己的主要客户供货。

作为全球最大的芯片市场，中国大陆2020年本土的芯片制造厂总共只生产了价值83亿美元的芯片，占中国市场自身需求的5.9%，只占全球市场份额的2.1%，数据非常尴尬。而且中国大陆庞大产出下的绝大部分芯片仍然是由台积电，三星，海力士，联电，英特尔等厂家制造。

在这种爆发性的市场需求下，大量的芯片缺口出现，新兴的消费需求在拉扯本身就紧张的供需关系，加上考虑到通胀，价格上涨成为市场自动调节的最终呈现。一直在市场上打价格战的微控制器芯片MCU由此成为了此次缺货的主角，据行内人士透露，目前部分芯片的价格已经翻了10倍，甚至有的还拿不到货。

▍疫情下的新供需关系

其次，疫情的影响依然较为明显，从去年下半年以来，受国际环境和疫情等因素影响，全球芯片供应问题愈演愈烈。如果没有突如其来的疫情以及难以预测的国际政治形势，产业升级所带来的需求还不至于使得缺芯的情况如此严重。

疫情下全球主要经济体无人办公、无人工厂的状况，以及后疫情时代相关需求的延续，芯片需求爆发式增长，供不应求情况明显。全球消费电子行业和工业制造行业需求的提升，也是中国各行业目前芯片短缺的原因。

东南亚新冠疫情的失控，许多低端制造业都从印度等地挪回了中国大陆，这些工厂的迁移同样面临中国劳动力短缺、用工昂贵的问题，机器替代人的需求越来越紧迫。但需求压迫下，许多供应链下游工厂订单量稳步提升，很多工厂希望能够一劳永逸，减少劳动力束缚，于是上了更加智能化的工厂设备，这导致制造行业工业机器人以及相关设备的整体需求增大。

同时，工业机器人等设备上要用到的芯片类型随之增多。按类型来说，机器人芯片包括感知、决策、传递、记忆、运动几大类功能。原先的工业机器人芯片大多用于本体控制，但如今，有的厂家也希望机器人不仅需要做到可编程、拟人化、通用性，同时，而且还需要具有记忆能力、语言理解能力、图像识别能力、推理判断能力等人工智能，这就使得机器人需要搭载各种有获取外部环境信息能力的传感器。

这种状况促使了各类芯片在机器人上更大面积得到应用，各类芯片需求随之增加，也导致其中一些芯片，订单是产能的4倍，价格从几个月前的100多元涨到了目前的1000多元，交期也从原本的十几周拖到了二三十周以后。

需求提升下，市场供应量却有所下滑。由于国际政治环境的不稳定因素和疫情的影响，海外芯片代工厂的开工率不高，一些海外芯片订单转到了中国大陆。只是国外产品在利用率和产品质量上要求更高，在中国大陆只有少数几家芯片代工厂能够承接。因此，当一线大厂承接了海外订单，产能满载之后，一些中低端产品的订单也会推后，或者让渡给小规模的芯片代工厂。

▍恐慌性囤货恐成罪魁祸首

更深层次来看，造成芯片短缺最主要的原因还是芯片制造公司在去年疫情中的“误判”，可以看做是厂商希望整体提高行业附加值的手段，导致全球芯片产业链结构处于不稳定的状态。

在疫情下，许多芯片制造企业宣布减少芯片供应，让各个芯片设计公司开始竞价争夺产能，缺货、涨价的趋势如野火般蔓延，这个原先陷入价格战的行业开始走上坡路。

价格直接的影响就在于大量的人为囤货，而囤货也加剧了缺货。

缺芯影响下，不少国外进口元器件的价格也大幅上涨、交期拉长。许多企业原本正常的库存周期是3个月，但这次很多企业都以年为单位进行囤货。同时由于不少代理商是按照去年的计划报给厂商进行备货，导致备货不足，但芯片的需求增长很快，抢购和囤货导致芯片厂商几乎是零库存，而且企业付款非常及时，甚至会预付款，销量非常快，而这部分产能又在他们囤货和放货的过程中出现了大量波动。许多有稳定客户源的企业，大多选择不再承接中小企业的订单，集中保障大客户订单量。

这对长期依赖进口元器件的终端企业来说充满挑战，不仅面临采购成本上涨，甚至还可能因为拿不到货而不得不停止生产的危机。以意法半导体（ST）物料为例，从去年８月以来，ＳＴＭ３２Ｆ４０７＊＊＊＊、ＳＴＭ３２Ｆ１０３＊＊＊＊等热门物料价格大幅上涨，涨价幅度高达10-50倍。无独有偶，德州仪器（TI）、恩智浦NXP、ADI、AVX的物料与ST有相似的结构行情。这些企业预估，这波缺芯潮至少还会持续一年，会让价格稳定在一个合理数值。

因为从产业链分工看，芯片行业分为芯片设计、芯片制造和芯片封装测试。此轮缺货、涨价的根源，便是芯片制造环节的产能不足。目前全球芯片的需求比产能高约１０％～３０％，要填补这个缺口，制造商需要３～４个月提升产能。测试芯片封装到系统应用，可能需要近半年的周期，产品再到消费者手中，可能需要一年时间。

这种缺货造成了一定的社会恐慌，根据高盛一项最新研究报告，全球有多达169个行业在一定程度上受到芯片短缺影响，从钢铁产品、混凝土生产到空调制造，甚至包括肥皂制造业。缺芯的状况可能持续到2022年，部分类别芯片的短缺可能持续到2023年。随着芯片短缺持续时间的延长，受芯片短缺影响的行业可能还会进一步增多。

▍影响仍将持续

机器人等智能制造的需求主要在MCU的芯片，其制程以8寸晶圆为主，因此此次芯片缺货主要集中在8寸晶圆。8寸晶圆的代工厂在国外并不多，大多是一些IDM厂商，例如英飞凌、TI、意法半导体等。在中国台湾，虽然台积电（NYSE:TSM）、日月光这些芯片代工大厂也会做一些8寸晶圆的代工，但订单没有那么灵活，主要是几个固定的大客户。

另外，台积电的产能中，先进制程占了大约一半，很难再有多余的产能出来。从台积电2021年一季度各制程营收占比就可看出，28纳米以上（含28纳米）的成熟制程占其营收的37%。在中国大陆，主要的8寸晶圆产能集中在中芯国际和华虹半导体。在缺芯之下，中芯国际在2021年一季度的销售额为11.03亿美元，同比增加22.0%。

但其实也不用那么担忧芯片，因为相比7nm和5nm这种先进工艺制程的芯片，智能制造大多数设备28nm芯片才是主流。新兴需求所需要的工艺制程无需太高，都在28纳米工艺制程以上，很多需求甚至65纳米、90纳米、130纳米的工艺制程就可以。8寸晶圆厂所对应的生产工艺制程为90纳米及以上，基本满足需要。8寸晶圆所生产的产品，中国大陆基本可以做到全产业链可控，而28nm芯片全产业链国产化，目前就基本可以满足绝大部分国内的芯片需求。

▍结语

目前，芯片短缺、交货期延长的局面并没有实质性缓解，大范围的缺货，对整个供应链都是挑战，供应链的本能反应是不能坐以待毙，需要扩产，但事实却是一些芯片代工厂的产能已有松动迹象。例如有消息称，一家国际大厂已经计划恢复承接四季度的订单，这背后就是芯片供应链积极自我调节的结果。但这样的调节能力受限于多种因素，产生的作用也将面临天花板。如果因为缺芯导致最终大范围扩产，也可能导致企业更多的不确定性，风险管控和满足产能两者取得平衡非常重要。

价格与产能的拉扯，在需求回归到正常值之后，最后会落到哪里，这仍然还是一个未知数。

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