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芯片缺货为何那么难克服?

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全球领先的半导体供应商正在努力克服长期以来的芯片短缺问题,因为该问题在最近半年正在严重影响着从家用电器到PC到汽车的各种生产。  

芯片制造商正试图通过改变制造工艺,向竞争对手开放备用产能,审核客户订单以防止囤积和交换生产线来争取更多的供应。坏消息是,目前还没有快速解决的方法,该行业的高管表示,短缺可能持续到明年。  

除了需求激增之外,生产商还受到一系列连串奇特事件的困扰,这些事件导致供应中断,而中美之间持续的政治摩擦和对长期短缺的担忧促使一些制造商储备了芯片。  

当前的短缺包括先进的芯片,而业界最大的厂商一直在寻求更高利润的尖端芯片。然而建设新的生产能力通常需要数年。  

对于某些使用那些希望利用不断增长的消费者支出的芯片的行业,这可能会减缓大流行后的复苏。由于更高的芯片成本会刺激整个经济体的价格,这也加剧了通货膨胀的担忧。  

为了满足订单需求,总部位于加利福尼亚州圣塔克拉拉的GlobalfoundriesInc.正在派遣工程师寻找方法,以从美国、新加坡和德国工厂中挤出最小的额外产能。据了解,他们的解决方案包括:延迟某些维护任务,并以一小部分的速度加快晶圆沿着生产线移动的速度。  

该公司首席执行官托马斯·考菲尔德(ThomasCaulfield)说:「我们正在努力研究如何做得更多,建造更多。」  

上周二,美国总统拜登在与汽车和技术主管举行的会议上呼吁两党推动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,他已预留500亿美元来促进美国的半导体生产。行业团体半导体行业协会(SemiconductorIndustryAssociation)的数据显示,支出的增长预计不会太快:要使美国实现芯片的自给自足,在十年内将需要超过1.4万亿美元的投资和政府的激励措施。  

高管们说,芯片制造商只能增加现有工厂的产能增量。由于制造半导体所需的设备和空间的规模和复杂性,建造新的制造工厂可能要花费数年时间。  

大型芯片制造商对5G和服务器等利润更高的先进芯片进行了战略性押注。当冠状病毒使全球经济陷入最严重的衰退之一,供应链和消费者支出格局不稳时,这种方法出现了小故障。这就使得芯片制造商没有足够的能力来应对在汽车,计算机显示器,扬声器和家用电器等产品中广泛使用的陈旧,不太复杂的半导体的高需求,这些产品在大流行期间一直徘徊。  

中美贸易紧张局势加剧了供应紧缩,尤其是在过去的一年中,华盛顿逐渐限制企业向某些中国买家出售美国设计或制造的芯片。华为技术公司副董事长徐直军表示,对制裁的担心促使中国的科技公司储备芯片并为最坏的情况做准备。这家中国公司在其电信产品和消费电子产品中使用了多种芯片,并且积极地库存组件,以防止受到美国出口限制。  

「现在(中国公司)的库存时间为一个月,三个月甚至六个月,它们破坏了整个系统,」徐先生说。中国海关数据显示,去年中国的半导体进口激增了15%,3月份达到创纪录的359亿美元。  

芯片生产受到事件的干扰,包括日本的工厂大火和美国南部的冰冻天气,临时关闭了生产线,这也造成了影响。在台湾,主要的芯片制造中心受到了干旱的威胁,这有可能进一步降低行业的产值,因为大量的水,在此过程中被使用。  

使用大芯片的产品制造商正在加大生产,以期在大流行后经济复苏。芯片需求的激增推高了价格,并延长了历史上漫长的等待时间。包括丰田汽车公司和通用汽车公司在内的汽车制造商被迫闲置或减少某些工厂的产量。  

一些买家说,他们面临半年或更长时间的延误。「您在星期一问,这是12周的交货时间。然后您在星期三问,这是27周的交货期。」总部位于瑞士的空气质量跟踪设备制造商Kaiterra的首席执行官LiamBates说。  

在中国南部生产的Kaiterra正在加强应急计划,以使其供应链「面向未来」。现在,专注于开发新产品的工程师会花大量时间来重新设计现有产品,以在不同芯片上运行,以防万一所需的产品还没到货。最近,该公司决定库存一些零件的一年库存。  

半导体是许多行业的命脉-排名世界的第四大贸易产品,仅次于原油,成品油和汽车。  

多年来,全球最大的芯片制造商投入了大量资金来满足下一代半导体的需求,并将重点从生产更基本的芯片上转移了出去。  

但是汽车和家用电子产品包含着许多更基本的组件。其中包括电源管理芯片,用于调节设备中电流流动的基本芯片以及微控制器(运行多种功能的主力军)。  

GlobalFoundries的考菲尔德说:「没有一个没有微控制器的电子设备。」「这普遍供不应求。」  

即使是高级电子产品,也需要一些基本芯片才能运行,实际上,越来越多的人使用它们来运行更复杂的技术。根据研究公司Omdia的分析师HuiHe的说法,一个典型的5G智能手机最多可以容纳八块电源管理芯片,而在4G手机中只有两到三块。  

根据研究公司GartnerInc.的数据,去年,在芯片制造设备上的所有支出中有27%用于制造业界最先进芯片的芯片,这些芯片通常用于智能手机,高端PC和数据中心。部分(约11%)用于设备来处理更多商品化的芯片。  

全球最大的合同芯片制造商台湾积体电路有限公司在1月份告诉投资者,它正在与客户合作升级他们正在使用的某些芯片,以便可以在其更多的,更先进的生产线上构建它们产能。高管们周四告诉投资者,由于大流行和地缘政治局势紧张,客户一直在库存更高水平的库存。  

将现有的生产线从制造一种芯片转变为另一种芯片并不容易,因为不同类型的芯片需要制造不同的设备,尽管可能会有一些重叠。  

FusionWorldwide亚太地区销售副总裁MarcusChen表示,从来没有一次短缺会同时影响到如此众多类型和品牌的芯片,FusionWorldwide是全球众多中间商中的一位,该公司副总裁为买家提供电子元器件。  

通常,至少要花费两年的时间来建造和装备称为「晶圆厂」的半导体制造厂,这可能需要数十亿美元。可以安装在工厂中的最先进的机器的价格可能高达1亿美元,而且如此之大,它们需要多达3架747才能交付。  

晶圆厂建成后,芯片制造通常需要三个月的时间,而最先进的芯片则需要更长的时间。  

半导体制造商必须决定是否要在新工厂建成投产之前持续或逐渐减少这种激增的赌注。许多人不愿根据可能是短暂的需求激增而改变长期支出计划。  

尽管如此,最大的半导体公司仍在拨出巨额资金以提高整体产能。台积电本月初公布了该行业有史以来最大的一笔投资,在未来三年中拨款1000亿美元以提高产能。然而,该公司大部分的短期支出将用于制造最先进的芯片。在美国,英特尔公司上个月承诺在亚利桑那州的两个基地投资200亿美元,并表示今年将进一步投资。韩国三星电子公司(SamsungElectronicsCo.)已计划在2030年之前投资1,160亿美元,以使芯片生产多样化。  

在中国,他们多年来一直将国家在芯片等先进技术方面的独立性作为国家优先事项。然而目标仍然遥不可及。美国出口管制限制了他们对先进芯片制造技术的使用,其他问题也受到阻碍。  

中国最大的芯片制造商半导体制造国际公司(SemiconductorManufacturingInternationalCorp.)上月承诺与政府合作伙伴投资23.5亿美元,建立一家专注于较旧芯片制造工艺的新工厂。该公司预计新工厂将于明年开始生产。但他们在二月份告诉投资者,推迟购买新的芯片制造设备是增加产量的障碍。  

出售二手芯片制造设备的SurplusGlobalInc.首席执行官布鲁斯·金(BruceKim)说,芯片制造商看到制造半导体所需的机器的交货时间翻了一番,甚至翻了两番。  

GlobalFoundries的Caulfield先生在表示,该公司计划今年投资14亿美元来扩大现有设施的产能,明年可能会将这一数字翻番。他说,他的一些客户已承诺投资资本以确保未来的产能,占公司今年资本支出的30%。在大流行之前,该数字为零。  

「您看到很多客户在说,'我不会再让这种事情发生了,我的业务太重要了,'」考菲尔德先生说。  

英特尔首席执行官帕特·基辛格(PatGelsinger)表示,该公司将使其部分生产能力可用于生产芯片,尤其是供不应求且汽车零部件制造商需要的芯片。盖辛格在接受采访时说,供应可能会在六到九个月内开始改善。  

总部位于以色列的晶圆制造厂TowerSemiconductorLtd.的首席战略官GuyEristoff表示,在极少数情况下,通过对生产线进行分类,可以使芯片生产的速度提高到平时的3.5倍,从而使高优先级的芯片能够快速通过。某些设备在进行预防性维护之前可以运行更长的时间,尽管这样做可能会降低产量。  

Eristoff说,这些措施总共意味着可以在通常的120天之内的30至40天之内生产出一些芯片。但是这样做会增加其他芯片的整体生产时间。这些调整最多只能将一家晶圆厂的产能提高5%,并且最多只能维持六个月。  

「您可以玩各种小事,」Eristoff先生说。「但是,如果不购买更多设备,就无法持续地运行比现在运行的设备更多的产能。」  

供应商警惕需求的激增可能不会持续,因为恐慌的买家会增加订单量或向多家公司下订单。全球领先的芯片公司之一,总部位于加利福尼亚州圣何塞的BroadcomInc.试图确保订单能反映实际需求。该公司最近提醒投资者,不允许客户取消芯片订单以阻止一些买家出于担心短缺而做出购买承诺。  

首席执行官HockTan告诉投资者:「我们看到客户加快了提早交货的预订,并试图建立缓冲并造成供需失衡。」该公司今年的预订量接近90%。  

汽车制造商是最受到芯片短缺影响的买家之一,因为汽车比以往任何时候都需要更多的半导体。根据咨询公司德勤(Deloitte)的数据,2017年,电子产品占汽车总成本的40%以上,是2007年的两倍。  

预计它们的使用会随着成本的增长而增长。德国汽车芯片制造商英飞凌科技公司(InfineonTechnologiesAG)表示,预计到2030年,自动驾驶汽车中的芯片成本将从目前「二级」汽车或部分自动驾驶汽车所需的约170美元跃升至约1200美元。  

Nanoleaf是一家总部位于加拿大的智能照明制造商,主要在中国南方的东莞生产其产品。该公司表示,其接收芯片的交货时间过去大约需要2到4个月。现在,供应商要求Nanoleaf下达预期于2022年1月或5月收到的订单。  

如今,金钱几乎甚至不是问题。Nanoleaf的首席运营官ChristianYan说。他说,他不知道他的公司在今年下半年能获得多少微芯片。他说:「你必须为之争取。」  

对于TowerSemiconductor,满足客户的需求已变成一种微妙的平衡行为,需要考虑诸如客户的利润率,订单量,忠诚度和业务潜力等因素。  

Eristoff说:「做出这个决定非常困难。」「某人的生意可能会受到伤害。」


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