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标题: 芯片荒问题为何如此难解?
来源: 华尔街日报/日期: 2021-04-20

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格芯位于纽约州马耳他的生产设施,图片摄于上周五。格芯是全球最大的芯片代工商之一。

全球主要的半导体供应商正在努力解决持续已久的芯片荒问题,芯片短缺已阻碍了从家电到个人电脑和汽车等方方面面的生产。

芯片制造商正想方设法增加供应,比如改变生产流程、向竞争对手开放闲置产能、审核客户订单以防止囤积,还有调换生产线等举措。坏消息是,没有快速解决之道,半导体行业的高管表示,短缺情况很可能将持续到明年。

制造商不仅要应对需求激增的局面,还受到一系列干扰供应的不寻常事件的影响,与此同时,中美之间持续的政治摩擦以及对短缺情况长期存在的担忧已促使一些制造商囤积芯片。

目前的短缺范围包括非高端芯片,业内几家最大企业纷纷减少非高端芯片的产能,转而生产利润更高的尖端芯片。在芯片业,建立新的产能通常需要花数年时间。

芯片短缺问题可能会拖慢某些使用芯片的行业在疫情后复苏的步伐,这些行业原本希望抓住消费者支出增加的机会。芯片荒也加剧了通胀忧虑,因为芯片成本升高可能会激发整个经济的价格上涨。

全球最大的芯片代工商之一、总部位于加州圣克拉拉的格芯(Globalfoundries Inc.)正在竭力完成订单,为此派遣工程师设法从其位于美国、新加坡和德国的工厂挤出哪怕是最小的额外产能。该公司采取的多种解决方案包括:推迟某些维护安排,加快芯片在流水生产线上的移动速度,哪怕只提速一点点。

格芯首席执行官考尔菲尔德(Thomas Caulfield)表示:“我们正全力设法做得更多,造得更多。”

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格芯位于纽约州马耳他的生产设施内的半导体薄片

上周二,美国总统拜登(Joe Biden)与汽车和科技业高管会面时,呼吁两党合力加强美国半导体产业。作为2.3万亿美元基础设施计划的一部分,他已划拨500亿美元用于提高美国的半导体产量。但预计这些支出难以产生很大影响:根据行业组织半导体产业协会(Semiconductor Industry Association)的数据,美国芯片要实现自给自足,需要在十年内投入超过1.4万亿美元的投资和政府激励措施。

高管们表示,芯片制造商只能在现有工厂中增加产能。由于制造半导体在设备和空间方面的要求既多又复杂,建设一座新的制造工厂可能需要数年时间。

主要芯片制造商此前在5G和服务器等所需的利润更高的先进芯片上押下战略性重注。但随着新冠疫情导致全球经济陷入史上少有的衰退,令供应链和消费者的支出模式受到冲击,芯片厂商的这种策略遇到了问题,他们无力满足对一些不那么复杂的老式半导体的高需求,这些半导体广泛用于汽车、计算机显示器、扬声器和家电等产品,疫情期间人们大量购买这些产品。

美中贸易紧张局势加剧了供应难题,特别是在过去一年。美国已实施政策逐渐限制向一些中国买家出售美国设计或制造的芯片。华为技术有限公司(Huawei Technologies Co.)副董事长徐直军(Eric Xu)上周表示,对制裁的担忧促使中国科技公司囤积芯片,并为最坏的情况做准备。华为在其通讯设备和消费类电子产品中使用一系列芯片,并且已大举储备零部件以抵御美国的出口限制。

徐直军表示,目前中国产业链备货已变为一个月、三个月甚至六个月,搅乱了整个系统。中国海关数据显示,去年中国半导体进口增长15%,3月份达到创纪录的359亿美元。

日本工厂火灾、美国南部严寒天气等事件导致生产线关停,扰乱芯片生产。而主要芯片制造中心台湾正遭遇干旱,由于芯片生产过程需要大量用水,这一局面或导致芯片产量进一步降低。

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格芯正在派遣工程师加快芯片在流水生产线上的移动速度,哪怕只提速一点点。

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使用芯片产品的制造商正在加紧生产,寄希望于疫情后的经济复苏。芯片需求激增不仅推高了价格,还令本已达到历史之最的交货时间进一步延长。丰田汽车公司(Toyota Motor Corp., 7203.TO, TM)和通用汽车公司(General Motors Co., GM)等汽车制造商被迫在一些工厂停产或减产。

一些买家表示,正面临交货时间延长半年甚至更长时间的局面。瑞士空气质量监测设备制造商Kaiterra的首席执行官贝茨(Liam Bates)说:“你周一问的时候交货期是12周。你周三再问的时候就会是27周。”

Kaiterra在中国南方生产设备。该公司正加强应急计划,以使供应链“未来无忧”。现在,专注于制造新产品的工程师们分配出大量时间重新设计现有产品,使之支持不同芯片,以防所需芯片无法到货的情况。最近,Kaiterra决定针对一些零件储备一年的库存。

半导体是许多行业的命脉,按进出口规模计算是全球第四大贸易产品,仅次于原油、成品油和汽车。

多年来,全球大型芯片制造商纷纷投资于产能,以满足对下一代半导体的需求,并将侧重点从生产较基础芯片转移到其他领域。

但汽车和家用电子设备中都有很多比较初级的零件,包括调节设备电流的基础型电源管理芯片,和运行一系列功能的主力芯片微控制器。

“所有电子设备上都有微控制器,”格芯的考尔菲尔德说。“这方面普遍面临供应短缺。”

即使是先进的电子产品也需要一些基本的芯片才能运行,事实上为了运行更复杂的技术,所使用的芯片越来越多。研究机构Omdia的分析师Hui He称,一款典型的5G智能手机可能配备多达八个电源管理芯片,而一部4G手机只有两到三个此类芯片。

根据研究机构Gartner Inc.的数据,去年的芯片制造设备开支中,有27%用于该行业最先进芯片的生产设备,这些芯片通常用于智能手机、高端个人电脑和数据中心。而用于生产更为商品化芯片的设备所占支出比例不到上述比例的一半,约为11%。

全球最大的芯片代工商台湾积体电路制造股份有限公司(Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., 2330.TW, 简称台积电)在1月份告诉投资者,公司正与客户合作,升级他们正在使用的一些芯片,以便能够在其产能更大、更先进的生产线上制造。上周四,高管们告诉投资者,由于疫情和地缘政治紧张局势,客户一直在提高库存水平。

将现有的生产线从生产一种类型的芯片切换到另一种类型的芯片并不容易,因为不同类型的芯片需要不同的设备来生产,虽然会有一些重迭。

Fusion Worldwide亚太区销售副总裁Marcus Chen表示,从来没有过这么多类型和品牌的芯片同时出现短缺的情况。Fusion Worldwide是全球众多分销商之一,他们以中间商身份向买家供应电子元件。

通常,建造和装备一座半导体制造厂(即所谓的“晶圆厂”)至少需要两年时间,成本可能数以十亿美元计。工厂可安装的最先进机器的成本可能超过1亿美元,而且非常庞大,需要多达三架747飞机才能运送。

晶圆厂建成之后,芯片生产周期通常需要三个月,最先进的芯片则需要更长时间。

半导体制造商必须决定是否要押上数以十亿计美元资金,赌这种需求激增是会持续下去,还是会在新工厂纷纷建成投产时逐渐减少。许多公司不愿改变长期支出计划,因为这种需求激增也许是暂时的。

但大型半导体公司还是纷纷划拨巨资来提升整体产能。台积电本月稍早公布了业内史上最大规模投资,未来三年安排1,000亿美元用于提升产能。但该公司近期支出的大部分将用于制造最先进的芯片。在美国,英特尔公司(Intel Co., INTC)上月承诺为亚利桑那州的两个厂区投资200亿美元,并暗示今年将有进一步的投资承诺。韩国三星电子(Samsung Electronics Co., 005930.SE)已预留1,160亿美元作为2030年前的投资,以实现芯片生产的多样化。

在中国,国家主席习近平多年来一直将芯片等先进技术方面的自给自足作为国家优先事项。但实现这个目标仍困难重重。在中国推动芯片供应自主的努力中,一家主要芯片企业发生数以十亿计美元的债务违约。其他一些业者则因美国对先进芯片制造技术的出口限制而受阻。

中国最大芯片制造商中芯国际集成电路制造有限公司(Semiconductor Manufacturing International Co., 0981.HK, 简称:中芯国际)上月与政府合作伙伴承诺投资23.5亿美元,建设一家专注于较老式芯片制造工艺的新工厂。该公司预计新工厂将于明年投产。但中芯国际联合首席执行官赵海军2月份对投资者表示,迟迟不能拿到新的芯片制造设备是提高产量的一个障碍。

销售二手芯片制造设备的SurplusGlobal Inc.的首席执行官Bruce Kim表示,芯片制造商发现半导体生产设备的交付时间是以前的两倍甚至四倍。

格芯的考尔菲尔德说,该公司计划今年投资14亿美元扩大现有设施的产能,明年可能会将投资增加一倍。他说,一些客户已承诺提供投资资金确保未来的产能,这类资金占该公司今年资本支出的30%。在疫情暴发前,客户并不会提供此类投资资金。

考尔菲尔德说:“很多客户说,‘我不会让这样的事再次发生,我的业务太重要了’。”

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格芯位于纽约州马耳他的生产设施内的工人。芯片在全球范围内的短缺已阻碍了从家电到个人电脑和汽车等方方面面的生产。

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英特尔首席执行官基辛格(Pat Gelsinger)表示,该公司将把部分产能用于生产汽车零部件制造商所需的特别短缺的芯片。基辛格在接受采访时表示,供应可能在六到九个月后开始改善。

总部位于以色列的晶圆代工企业Tower Semiconductor Ltd.的首席战略官叶里斯托夫(Guy Eristoff)表示,通过对生产线进行分类,以便快速生产高优先级的芯片,个别时候芯片生产甚至可以提升至通常水平的3.5倍。一些设备可以运行更长时间才进行预防性的维护,不过这可能会降低设备的产出率。

叶里斯托夫说,总的来说,这些措施意味着一些芯片的生产周期可以从通常的120天缩短到30至40天。不过,这样做会增加其他芯片的整体生产时间。这些调整最多只能使一个晶圆厂的产能提高5%,而且最多只能维持六个月。

“可以尝试各种各样小的调整,”叶里斯托夫说,“不过,如果不购买更多的设备,就难以持续使产能较目前水平大幅提高。”

鉴于陷入恐慌的买家纷纷增加订单量或向多家公司下订单,供应商担心这种需求激增势头或许无法持续。全球主要芯片制造商、总部位于加州圣何塞的博通(Broadcom Inc., AVGO)正试图确保涌入的订单反映实际需求。博通最近提醒投资者,该公司不允许客户取消芯片订单,以防止一些买家因担心短缺而作出购买承诺。

博通首席执行官陈福阳(Hock Tan)告诉投资者,客户为了及早拿到货而加快预订步伐、试图建立缓冲,从而造成供需不平衡。目前,预订量已相当于该公司2021年全年产能的近90%。

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格芯的半导体薄片

在买家中,汽车制造商对芯片荒感触极深,因为汽车需要的半导体比以往任何时候都要多。据咨询机构德勤(Deloitte)提供的信息,2017年,汽车所用电子产品在其总成本中的占比达到40%以上,较2007年升高一倍。

预计电子产品的使用量将随成本一同上升。德国汽车芯片制造商英飞凌科技公司(Infineon Technologies AG, IFX.XE)预计,到2030年,自动驾驶汽车的芯片成本将大幅增加,目前2级(Level 2)半自动驾驶汽车的芯片成本约为170美元,届时将增至约1,200美元。

总部位于加拿大的智能灯具制造商Nanoleaf主要在中国南方城市东莞生产产品,该公司表示,过去下了芯片订单,大约两到四个月过后就能收到货。如今,供应商正要求Nanoleaf为其希望在2022年1月或5月收货的芯片下订单。

Nanoleaf首席运营官Christian Yan称:“眼下,钱几乎都不是问题。重要的是你能拿到什么。”Yan表示,他不知道该公司今年下半年能拿到多少微芯片。他说:“你必须为自己辩护。”

对Tower Semiconductor而言,满足客户需求已经变成一种微妙的平衡术,需要考量客户的利润率、订单量、忠诚度以及业务潜力等因素。

“这是非常难以作出的决定,”叶里斯托夫表示,“有人的生意可能受损。”

(本文内容除特别注明外均取自各新闻媒体,并不代表本网立场!)
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