全球芯片短缺背后的原因和危机

半导体商城 2021-04-09 21:35

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温室效应使得地球气候变化逐渐异常，最近能被我们普通人直接感知到的情况就是，从2020年末到2021年初，不论南北，我们每个人都亲身体会到了一场60年难得遇见的超级寒潮。当我们正在欢度春节的时候，一股强冷气团横扫美国中西部，使得美国遭遇了几十年来罕见的寒潮和大雪。

2月26日，席卷美国德州的恶劣暴风雪和长时间寒流，导致该州电力设施瘫痪，三星、Infineon及NXP Semiconductors等半导体厂商位于德州Austin的芯片工厂都已经全面停产。数十亿美元的芯片工厂停工一日，就可能会造成数百万美元的损失。更何况，还不止一家大工厂停工，使得去年就已经潜藏的芯片危机随时可能瞬间爆发。

芯片运用广泛，多个行业都在抢芯片

芯片对于当今时代太重要了，类似于一个人的心脏组成部分。一九五八年，微芯片问世的时候，主要用在核弹。今天的世界，全球每年生产数兆片芯片，用途五花八门，已经渗入到社会生产与生活的所有领域，航空航天、智能机器、军工制造、自动控制、医疗教育、基础设施建设和运行、交通运输、通信等都与芯片紧密相关，甚至农畜养殖都开始使用芯片。随着新型态的运算模式蓬勃发展，未来所有工业机械都会需要传感器，芯片的需求将进一步提升。

现在多个行业都在抢芯片。比如汽车行业，由于芯片供应紧缺，很多车企纷纷选择停产。不仅德国Volkswagen，日系三杰也相继因半导体供给不足而减产或调整生产。今年一月七日，Honda汽车宣布，由于用于车辆控制系统的半导体供应不足，下调「FIT」系列在内的小轿车四千辆产能；Toyota汽车次日宣布，由于半导体采购问题，下调美国工厂生产的皮卡「Tundra」系列的产能。

再看到手机行业，目前市场上最大的芯片供货商之一Qualcomm交期延长至三十周以上。CSR蓝牙音频芯片的交付周期更是达到了三十三周以上。华为、OPPO、小米等手机公司都在加大产品的备货量，而芯片成为了手机行业的稀缺产品。

疫情改变工作形态，促使芯片需求大增

造成芯片严重缺货的因素有很多，首先是疫情原因，在去年一整年的疫情影响下，欧洲、东南亚等地区的芯片供货商产能受到影响，芯片供应减少。同时全球各国均采用远程办公、远程上课的方式避免公众接触，这就导致了笔记本电脑、平板计算机需求量的显着提升。

此外，与在线办公、在线教学相关的产品均出现销量激增的现象，包括网络摄像头、鼠标、路由器、键盘、耳机、显示器等等。消费电子品以外，在线办公、在线教学、在线会议和直播类应用，导致对应公司服务器流量暴涨，因此也提振了服务器市场。而以上种种产品，都是高中端芯片的需求大户，因此，在因疫情影响各行各业需求萎靡的同时，芯片需求不降反升。

其次，上述说到的美国德州罕见暴风雪导致大面积停电，数个半导体制造厂纷纷暂停营运之事件，还有像前段时间日本遭遇七‧三级大地震，使得Toshiba、Fujitsu等半导体工厂受创。自然灾害的影响下令芯片供应更加紧张。

最后，美国政府对以华为为代表的中国科技企业的制裁和封禁，也是造成这段期间芯片吃紧的重要因素之一。例如二○一八年中国最大的芯片代工商中芯国际曾向全球光刻机巨头ASML下单了一台EUV光刻机，但由于美国Trump政府的阻扰，这台机器至今还未交付。目前中芯国际在7nm以及更先进的制程工艺上仍旧处于被限制的阶段，即使已经具备了足够的技术储备，但因为没有EUV光刻机，形成难以量产的困局。

从经济面影响扩大到社会和政治

从宏观来说，芯片制造已经不仅仅是经济行为，以经济的眼光看待芯片这个「组件」本身就是有偏颇的，应该从社会学和政治学的角度看待芯片，可以说芯片产业已经成为这几年最容易造成社会影响和政治争端的产业了。

近年来，美国制造芯片的能力开始落后，因此想尽办法确保中国跟着落后。从去年开始，美国持续加强对中国的禁运措施，双方冲突愈演愈烈，起初只针对华为颁布禁令，现在禁令范畴已经影响至少六十家公司，当中包含许多芯片厂，中芯国际和小米都被列入「黑名单」。禁令措施造成的影响逐渐发酵，二○二○年最后一季，台积电对中国客户的销售大减七二％。

作为响应，中国大陆也一直在奋力推动芯片产业自给自足。一九五○年代开始，中国就将芯片产业列入国家发展计划中，但时至今日依旧落后五到十年。在「中国制造二○二五」计划中，中国政府明确提出要大力发展第三代半导体产业。根据计划，二○二○年半导体核心基础零部件、关键基础材料应实现四○％的自主保障，二○二五年要达到七○％。去年中国政府提供超过一千亿美元的补助吸引超过五万家企业登记申请，中国顶尖大学也开始加强芯片相关的学程，中国制造的时代正在开展，芯片制造产业也不断地在向东亚地区集中。

六十年来，各厂商拼命抢下至尊地位，现在这场竞赛即将结束。依据摩尔定律，每十八个月到两年，计算机性能的成本就会减半，但这套定律逐渐失准。每一代的芯片在技术上都会比上一代更难制造，加上现在建厂成本大增，垫高了制造新芯片的成本。尖端芯片制造商从二○○○年的二十五家，到现在只剩下三家，Intel、三星和台积电。

三者中最著名的是Intel，但目前Intel深陷危机。未来可能不会再制造最先进的三奈米芯片，并且预计加大委外代工的占比。有能力抢Intel代工订单的公司只剩两家：南韩的三星与台湾的台积电。Apple、Amazon、Tesla等世界级企业都得仰赖这两家芯片厂了。

回望二十世纪，控制石油运送就掐住了世界的经济命脉，很快地这个关键致命点，就会转变成南韩与台湾几个科技园区中产出的硅晶圆了。

技术短缺、产线不足或盲目扩充都是危机

此外，规模经济的定律将使生产极度集中。唯二的制造商可能会开始利用议价能力。现在台湾已经负担了全球五分之一的芯片制造，如果只看尖端芯片的产能，台湾甚至占了约一半。而不管是台积电还是三星，都没法快速扩大芯片产线，因为芯片制造需要的每个工序、每个环节都得有全球仅有几个公司能生产的高端设备，得有具备超高技能水平的工程师参与生产，得有数十亿美元资金的投入，根本没办法短时间实现产能扩充，而各大芯片制造厂商显然是没办法提前预测到芯片需求的大量增加，毕竟无论是疫情还是华为，都是突发事件，反而是盲目扩张产线如果填不满可能会带来巨额亏损。

种种发展令人忧心，多重危险不容忽视。有些欧美鹰派试图靠补助推动半导体产业发展，但是这么做会冲击目前蓬勃发展的芯片设计产业，应该做的是由Apple这样的客户要求台积电和三星分散投资厂房。同时如果美国不再强调尖端制程，中国则持续投注资源，美国政府就会试图加强禁令以阻碍中国的发展，造成严重后果。最后撞上这段时间所有的芯片需求一起爆发的情况，压力又都是落在全球几个代工厂仅有的产在线生产，而这几大芯片代工厂，由于没有预期到芯片需求的激增，多少年来都没有怎么投入资金在工厂扩建上，这就造成目前芯片缺货现象愈演愈烈的根本原因。

芯片产业已经成为中美以及各个国家主体之间相互牵制的领域，彼此都有能力藉此扰乱对方的经济，甚至如上所述已经扩展到了社会学问题，通过芯片已经能够对彼此社会发展造成影响。芯片当初被设计出来时，只是想用在军事武器上进行远程打击，发展到了今天，芯片已经成为各个国家主体及其政府之间，政治经济博弈的一个重要角力点。但各主体决策层应该设法避免让它成为二十一世纪冷战的爆发点，以促进良性竞争的方式替代直接制裁断供的手段，或许更有利于全球社会的繁荣和稳定。

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