【潮向海外】全球半導(dǎo)體短缺告急;全球半導(dǎo)體是如何耗盡的?

隨著疫情爆發(fā),世界市場對手機(jī)、筆記本電腦和其他在家辦公設(shè)備的需求以及互聯(lián)網(wǎng)使用的增加,給晶圓廠帶來了壓力,要求它們增加為這些產(chǎn)品提供的芯片數(shù)量。
  1.全球半導(dǎo)體短缺告急:全球芯片供應(yīng)中僅一小部分產(chǎn)自美國,且數(shù)量逐步減少
 
  31.11
 
  美國總統(tǒng)喬-拜登的頒布行政命令要求對關(guān)鍵產(chǎn)品的供應(yīng)鏈進(jìn)行審查,這讓美國半導(dǎo)體制造能力幾十年來首次下降成為全球焦點。半導(dǎo)體是電腦、電話、汽車和家電中使用的算法記憶芯片,根據(jù)半導(dǎo)體工業(yè)聯(lián)盟統(tǒng)計的數(shù)據(jù),美國目前在全球半導(dǎo)體制造中的份額只有12%,遠(yuǎn)低于1990年的37%。
 
  美國工業(yè)(包括汽車和國防工業(yè))所使用的88%的半導(dǎo)體芯片是在美國以外的地方制造的,然而,有三個關(guān)鍵點使得美國作為全球電子行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者功不可沒:產(chǎn)能較低,全球需求量大,聯(lián)邦投資力度有限。
 
  產(chǎn)能較低
 
  美國芯片公司越來越依賴國際合作伙伴來制造他們設(shè)計的芯片,這反映了美國產(chǎn)能下降。美國半導(dǎo)體公司占據(jù)了全球芯片銷售市場的47%,但只有12%是在美國制造的。要滿足人們對更快、更智能的電子產(chǎn)品的期望需要芯片設(shè)計創(chuàng)新,而這又依賴于最先進(jìn)的制造技術(shù)。
 
  半導(dǎo)體制造的進(jìn)步體現(xiàn)于每平方毫米晶體管的數(shù)量增加,而晶體管是芯片中最小的電子元件。最先進(jìn)的半導(dǎo)體制造技術(shù)和設(shè)施,也就是所謂的晶圓廠,被標(biāo)記為5納米,或百萬分之一毫米。數(shù)字指的是工藝而不是任何特定的芯片功能。一般來說,納米等級越小,每平方毫米的晶體管數(shù)量越多,不過這是個復(fù)雜的情況,有很多變量。最高的晶體管密度約為每平方毫米1億個。
 
  臺灣和韓國三星正在開發(fā)3納米晶圓廠,而美國還沒有7納米晶圓廠。英特爾已經(jīng)宣布,其7納米晶圓廠要到2022年底或2023年初才能投產(chǎn)。這使得美國沒有辦法制造最先進(jìn)的芯片。
 
  全球需求量大
 
  隨著疫情爆發(fā),世界市場對手機(jī)、筆記本電腦和其他在家辦公設(shè)備的需求以及互聯(lián)網(wǎng)使用的增加,給晶圓廠帶來了壓力,要求它們增加為這些產(chǎn)品提供的芯片數(shù)量。
 
  全球汽車行業(yè)預(yù)計,疫情期間汽車需求將下降,因此減少了用于汽車安全、控制、排放和駕駛員信息系統(tǒng)的半導(dǎo)體芯片訂單。目前汽車工業(yè)已經(jīng)重新開始生產(chǎn),但現(xiàn)在面臨著半導(dǎo)體芯片的短缺。最近,美國八位州給拜登試壓,"務(wù)必敦促晶圓和半導(dǎo)體公司擴(kuò)大生產(chǎn)能力,并/或暫時將現(xiàn)有生產(chǎn)的適度部分重新分配給自動級晶圓生產(chǎn)。"。這種"適度"的重新分配就會引起其他產(chǎn)業(yè)的芯片短缺。例如,臺灣半導(dǎo)體巨頭臺積電(TSMC)報告說,從下訂單到交貨的交貨期為六個月,而生產(chǎn)一顆芯片估計需要3個月。
 
  聯(lián)邦投資力度有限
 
  臺灣、韓國、新加坡和中國政府每年都在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)上投資數(shù)百億美元。
 
  這些投資不僅包括設(shè)備本身,還包括為向下一代晶圓廠轉(zhuǎn)移所必需的研發(fā)和工具開發(fā)。
 
  在美國,這樣的激勵措施仍然很少。臺積電計劃今年僅在晶圓廠就投資250-280億美元,并承諾在亞利桑那州投資120億美元建晶圓廠。從這個角度來看,位于亞利桑那州的臺積電晶圓廠預(yù)計將開始每月加工2萬片晶圓,相比之下,臺積電在臺灣和中國大陸的現(xiàn)有工廠每月加工100萬片晶圓。拜登關(guān)于供應(yīng)鏈的行政命令是決定改善美國半導(dǎo)體行業(yè)前景所需投資的重要一步。
 
  2.全球半導(dǎo)體是如何耗盡的?
 
  全球半導(dǎo)體短缺,并且它變得越來越嚴(yán)重。美國目前正在根據(jù)總統(tǒng)拜登(Joe Biden)簽署的具有里程碑意義的行政命令,審查其技術(shù)供應(yīng)??偨y(tǒng)還承諾提供370億美元(260億英鎊)用于支付重建和保障美國半導(dǎo)體供應(yīng)的短期費用,半導(dǎo)體是微芯片的基本組成部分,因此從計算機(jī)到智能手機(jī)到可再生能源和軍事硬件等一切產(chǎn)品都離不開它。
 
  在當(dāng)今微型芯片已成為大多數(shù)汽車的核心時代,汽車行業(yè)受芯片短缺的影響最為嚴(yán)重。福特預(yù)計產(chǎn)量將下降20%,特斯拉關(guān)閉其3型裝配線兩周,在英國,本田也被迫暫時關(guān)閉其工廠。即使是經(jīng)驗非常豐富的科技公司,如Nvidia和微軟,也在努力分別提供穩(wěn)定的顯卡和Xbox產(chǎn)品的庫存??磥?,無論是大公司還是小公司,無論是科技公司還是非科技公司,都無法避免2021年半導(dǎo)體短缺危機(jī)帶來的廣泛影響。
 
  產(chǎn)業(yè)壓力大
 
  雖然人們很容易將這種情況歸咎于COVID-19的大流行,但事實上,全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈早在一段時間內(nèi)就已經(jīng)出現(xiàn)了這種情況。全球多達(dá)70%的半導(dǎo)體僅由臺灣半導(dǎo)體(TSMC)和三星兩家公司生產(chǎn)。
 
  進(jìn)入半導(dǎo)體制造業(yè)的門檻高得離譜。建立一家半導(dǎo)體代工廠需要一個陡峭的發(fā)展曲線,需要提前投資100億至120億美元,然后至少需要三年時間才能投入生產(chǎn)。
 
  即便如此,也不能保證一家新代工公司的芯片產(chǎn)量能與現(xiàn)有代工公司相媲美。芯片迅速過時,價格壓力是科技行業(yè)的一個主要問題,因此盈利能力面臨很多風(fēng)險。由于經(jīng)濟(jì)形勢如此嚴(yán)峻,只有少數(shù)大型企業(yè)投資于制造能力,然后將這些成本和風(fēng)險分散到數(shù)十萬客戶身上。全球科技公司歷來都非常樂意將制造業(yè)的重任環(huán)節(jié)交給臺積電和三星。而反過來,這就造成了供應(yīng)鏈“紙牌屋效應(yīng)”的局面。
 
  需求量大
 
  由于許多人開始在家工作,并尋求更多的室內(nèi)娛樂來源,疫情推動了對筆記本電腦和游戲機(jī)等家用電子產(chǎn)品的意外高需求。
 
  鑒于汽車銷量在經(jīng)濟(jì)低迷時往往導(dǎo)致下滑,汽車公司此前一直預(yù)計需求會下降。然而,事實證明這是一個錯誤的假設(shè),因為到2020年底,新車銷量開始迅速反彈。汽車公司試圖重新預(yù)訂之前取消的半導(dǎo)體訂單,卻發(fā)現(xiàn)取而代之的是家用電子產(chǎn)品制造商。
 
  與此同時,特朗普總統(tǒng)與中國的貿(mào)易戰(zhàn)導(dǎo)致了新的規(guī)則,使中國企業(yè)更難從臺積電和三星采購半導(dǎo)體。由于中國自己的半導(dǎo)體技術(shù)不如行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè),華為等中國科技巨頭在2020年新限制措施出臺前就儲備了半導(dǎo)體芯片,用大量訂單吸納了任何剩余產(chǎn)能。
 
  但最終壓垮這頭駱駝的最后一根稻草是2021年初比特幣價格的大幅上漲。這增加了傳統(tǒng)上用于挖掘數(shù)字貨幣的圖形處理系統(tǒng)的供應(yīng)需求,進(jìn)一步加劇了半導(dǎo)體供應(yīng)問題。所有這些已經(jīng)足以導(dǎo)致臺積電和三星的產(chǎn)能耗盡,并顯著增加了交付訂單的時間,導(dǎo)致了我們今天看到芯片短缺危機(jī)。
 
  得益于供應(yīng)短缺,臺積電和三星的股價在過去12個月分別上漲了190%和61%。盡管拜登總統(tǒng)盡了最大的努力,但由于存在種種行業(yè)壁壘,這種情況在未來三年內(nèi)不太可能得到改善。消費類電子產(chǎn)品價格飆升,要歸功于黃牛黨,他們經(jīng)常以建議零售價購買顯卡和游戲機(jī),并在eBay等網(wǎng)站上以更高的價格出售??萍贾圃焐毯土闶凵虥Q定提高價格,以適應(yīng)零部件的高需求和低供應(yīng),預(yù)計很快就會看到更昂貴的電子產(chǎn)品投放市場。
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