全球对芯片增强型产品的需求不断扩大,芯片用量急剧增长,但整个2022年他们都只能被迫等待,直到供应量赶上持续增长的需求,尤其对于本地制造的芯片。德勤全球预测,2022年期间许多类型的芯片仍将面临短缺,即紧缺状况将持续24个月才会得到缓解,与2008年至2009年的芯片短缺情况相似。1现在说说好消息。
虽然紧缺状况将持续到2022年,但不会像2020年秋或2021年那么严重,亦不会波及所有芯片。2021年中期,多种半导体供应出现紧缺,客户不得不等待20-52周的时间,生产被迫延迟甚至停止,收入损失达数百亿美元。德勤预测,到2022年底,芯片交货周期将接近10 -20周;到2023年初,行业将达到基本平衡。
问题的根本在于需求从根本上而言,芯片长期短缺的原因可归结为一大因素——在数字化转型的推动下,需求激增,并因疫情而加速扩大。消费电子设备并非推动需求增长的唯一因素,更不是主要因素。工业领域的所有机械产品正日益向数字化转变,同时各个垂直领域都愈发依赖数字化。举例而言:• 2020年和2021年,电子设备和数据中心对芯片的需求均直线上升。新冠疫情推动2021年初电脑销售额同比增长超过50%,2云计算数据中心的芯片采购量亦同时上升了30%。
3这两个领域的增长虽在2021年的后几个月稍有放缓,但预计2022年的需求将远超长期水平。• 汽车行业的芯片用量正在快速增长,并很可能将在可预见的未来持续增长。2010年平均每辆汽车所含微芯片价值为300美元。随着汽车数字化程度不断提升,这一数字在2022年可能会上升到500美元以上,全年规模总计将超过600亿美元。4虽有迹象表明汽车行业的芯片短缺情况在2021年夏季有所缓解,5但交货周期仍长于往日,且汽车制造商仍在持续减产。6• 医疗行业对芯片用量可能会增长。
监管机构正逐步批准血压计和可穿戴设备等联网式家庭医疗保健设备的使用,再加上虚拟问诊的增长,涉及用量可达数亿台设备。7• 未来几年,所有计算类别的人工智能专用芯片需求预计将以每年50%以上的速度增长,这些芯片大多需要最新、最先进的制造技术。8 受芯片短缺影响较大的行业中,汽车行业也许是最广为人知的。但并不仅仅只有汽车制造商和其他终端客户关心芯片的短缺问题,整个供应链都极为关注。大多数供应链的设计均旨在整合资源、提高成本效益,但也可能因此而变得极为脆弱。
各层级供应商之间可见度有限且缺乏实时沟通,会导致“长鞭效应”,即需求的微小变化会被放大,不断累积导致更大的需求波动。9 芯片制造商在竭尽全力应对需求增长。全球前三大半导体制造商宣布2021年累计年度资本支出超过600亿美元,并可能将在2022年投入更多资金。10其中部分用于增加现有芯片厂的产能,但也有部分用于建设新的工厂,如英特尔耗资逾200亿美元在亚利桑那州建设的两座新芯片厂。
11此外,2021年和2022年对芯片初创企业的创投资本投资总额将达到过去15年年均投资额的三倍以上。尽管这些企业大多专注于芯片设计而非制造,但都将希望占用本就紧俏的产能制造芯片。12为防止未来出现短缺,各个国家或地区的政府正在努力推动提高本地供应。截至2020年,半导体代工生产有81%位于中国台湾或韩国。13美国、14欧盟、15和中国大陆16都致力于提高本国或本地区的半导体制造能力,即“本土化”进程。本土化不仅是为避免出现短缺,亦是为加强国家和地区安全——美国拟议的价值520亿美元的《为半导体生产创造有效激励措施法案》(CHIPS for America Act)便是其《国防授权法》的一部分。
这些本土化举措均旨在降低芯片制造行业历来高度集中于极少数地区所带来的风险——过去是硅谷,近来则是中国台湾和韩国。在稳定时期,集中制造可提升效率、周转时间和盈利能力,但正如我们所见,集中制造亦会进一步加剧风险。按照当前趋势,如果多个地区决定通过建设自身制造能力来减缓这种风险,那么整个行业的产能利用率虽然可能会保持高度波动,但与过去几十年相比将呈下降趋势。长远而言,这可能意味短缺将会减少,但代价是效率降低。然而,本地化进程需要时间。提高芯片制造能力是一个缓慢的过程,并且无可厚非——尖端芯片被称为有史以来制造的最复杂的设备,全球最专业的芯片制造商也要耗费数十亿美元、数年时间并投入其所有专业知识才能使一个新工厂建成投产。18芯片制造的隐性关键部件也面临短缺,这使得问题进一步复杂化。
其一是封装基板,即封装芯片的微型介层。这一部件的短缺对芯片制造的限制已有时日,交货周期为一年甚至更长。19此外,要制造芯片,制造商不仅需要层板和晶圆,还需要其他多种设备,如光刻机和焊线机,分别用于在半晶圆上刻制纳米级图案和对封装芯片进行细线连接。这两种设备无论新品或二手均供不应求。
光刻机交货周期超过10个月,而以往供应充足的焊线机交货时间也超过6个月。20 “数字化转型建立在硅芯片的基础之上,并扩大了推动半导体创新的驱动力。半导体需求不再局限于一个或两个杀手级应用,而是关乎经济向数字化和自动化的全局性、结构性转变。”