彭博：芯片危机折射出的半导体产业瓶颈
最新更新时间：2021-04-05
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来源：内容来自半导体行业观察。
一场史无前例的疫情，扰乱了全球半导体供应链，从手机到汽车等产业似乎都突然喊着缺芯片，并让许多国家的官员开始意识到，确保 芯片供应是个「国安」等级问题。但这场 芯片危机同时也暴露了供应链存在的诸多瓶颈，想解决当前短缺问题恐怕难以一蹴可几。以下为《彭博》对 芯片危机始末的整理报导：
从约60年前被发明出来后， 芯片已从鲜少有人关心的电脑零件，演变为现代各形各色装置背后最关键也最昂贵的元件。COVID-19疫情期间，如智慧手机和PC等特定产业意外涌现的需求，刺激 芯片需求爆发，也导致了近来冲击供应链的全球 芯片空前短缺现象。
根据市场调研公司SIG SUSQUEHANNA提供的半导体通路商数据，今年2月 芯片平均交货期（lead time，从客户下单到出货的时间）已拉长至15周，超越2018年中的高峰，写下2017年初该公司开始收集相关资料来最高纪录。例如，美国半导体大厂博通（BROADCOM）----博通因业务触角遍及供应链而被视为产业景况风向球----2月交货期已升至22.2周，较2020年2月的12.2周大为延长。
SIG SUSQUEHANNA所搜集半导体通路商资料显示，今年1月 芯片平均交货期增加了6.5天、2月又再增6天，使交货期拉长至15周，为2017年初有资料来最高纪录；彭博/SIG SUSQUEHANNA
这波 芯片短缺潮已对通用汽车（GM）和福斯汽车（VW）全球生产造成影响，并促使从华府到北京等地官员转向危机管理状态，台积电（2330）和三星电子（SAMSUNG）也因此跃居各国政府和投资人眼前。全世界绝大部分最先进 芯片虽然都来自这2家亚洲半导体巨擘，但它们的产能依然不足以满足全部需求。这意味当前 芯片短缺困境可能会持续数季，或什至直到明年。
相关警告声正不断响起。从汽车零件供应商德国马牌（Continental）、面板制造商群创光电到生产车用MCU（微控制器）的日本瑞萨电子（RENESAS），近几周愈来愈多企业示警， 芯片元件不足对生产的影响恐比原先预料持续更久----有可能会持续到夏季结束后。
三星电子3月也在股东年会上警告全球半导体供需「严重失衡」，是至今公开示警 芯片短缺危机的行列中，规模最大的企业。同时，博通执行长陈福阳（Hock Tan）透露，该公司今年的 芯片产能已全被订光了，客户「愿意抢先预订在今年剩余时间内交货的产品。」
此外，常被拿来和特斯拉（TESLA）相比的中国电动车制造商蔚来汽车（NIO），在3月底成为最新1家因缺 芯片而减产的车商，也是中国第1家因此宣布减产的知名车商。
疫情重塑市场需求
伴随智慧手机普及和电脑运算能力提升，过去10年来各类 芯片元件----从基本MCU、记忆体 芯片到最复杂的高阶处理器----的整体需求持续增长。调研机构IDC资料显示，逐年稳定成长的全球半导体营收在2019年出现下滑，但紧接着疫情席卷全球带动家用电子装置需求激增，使2020年半导体营收又增长5.4%。
同时，随着原先所采零件以机械为主的汽车等装置愈来愈「智能化」，其中需要的 芯片也愈来愈多。根据Deloitte相关报告，涵盖从面板到车用系统等所有汽车电子零件，到2030年预估将占1台车生产成本的45%；这类电子零件内建的 芯片元件成本则预估将从2020年的475美元，到2030年增至600美元。
过去10年来整体 芯片需求稳定增长，上图为IDC所统计对各产业 芯片销售金额（不包括台积电或格芯等单纯从事晶圆代工业务企业的销售）；彭博/IDC
在需求面以外，若从供应链的另一端来看，过去这些年半导体制造商的产能一直亦步亦趋跟随销售成长。SEMI（国际半导体协会）资料显示，市场内只要有新产能上线，就会立即被买方吸收----这反映市场需求和可取得的生产资源大致相符。然而半导体的先进制造技术，却日渐集中到少数业者手中。
产业专家指出，这种不平衡在8吋（200mm）晶圆供应上格外明显；8吋晶圆主要用于制造中低阶 芯片产品，包括从汽车到消费电子等广泛产业所需，但目前供不应求的电源管理 芯片和面板IC在内。
由于疫情带来的不确定性，2020年 芯片订单剧烈波动，让半导体厂商难以配合需求来调整产能。这是导致近月汽车业频频传出减产及商店内PlayStation和Xbox总是缺货的原因。
汽车制造商之所以首当其冲，一大因素在于库存规划欠佳。在疫情爆发初期，汽车业低估了汽车消费需求，自然认为 芯片元件用量将随汽车产量减少，结果却出乎意料。如今汽车业因上游缺料而纷纷减产，并预期今年因而错失的营收将达610亿美元。不过，台积电高管在最近2次财报法说会上都提到，许多不同产业的客户为规避不确定性所酿风险，累积的库存已高于正常水准。
半导体制造与技术提升所消耗的成本，在近10年间呈倍数暴增，进一步加剧了供应链失衡问题----庞大的成本使 芯片生产成了口袋够深的业者才有办法踏足的领域。例如，台积电今年资本支出上看280亿美元，较2020年大增63%；三星电子则为追赶台积电，在2019年宣布对半导体事业的10年期1160亿美元投资计划。
半导体产业发展瓶颈
目前最复杂也最昂贵的 芯片，当属高通（Qualcomm）、辉达（nVIDIA）或苹果公司（Apple Inc.）等公司为手机和电脑等产品设计的逻辑 芯片。这些「无厂半导体」公司只负责设计，不从事生产，制造工作都交给了所谓的「晶圆代工」工厂。
这是半导体业如今另一个关键瓶颈。目前约3或4家晶圆代工业者，就占据全球绝大部分晶圆生产----以台积电、三星电子2大巨头为首，然后是落后一段距离的格芯（GLOBALFOUNDRIES）及联电（2303 ）。
据估计，全球达91% 芯片代工业务集中在亚洲地区，以台积电所在的台湾及三星电子所在的南韩为2股最大势力。
台湾和南韩显然是晶圆代工市场的2大势力，上图为2021Q1全球主要晶圆代工业者营收预估（2月所做预估）；彭博/TrendForce
华府新上任的拜登政府，已把半导体列为国安议题。美国若想重新取回 芯片自主能力，机会或许将落在英特尔（intel）近日才公布的200亿美元建厂计划上。英特尔以营收计为全球最大半导体公司，该公司除了 芯片设计，也从事自有 芯片制造，但盖新厂大幅扩张制造能力，可望协助英特尔跨足晶圆代工业务。
在规模、精密度及业务触角3方面，台积电都是当之无愧的晶圆代工界领袖，每年为几乎所有产业的大企业客户生产百万片晶圆。2020年，台积电出货总量达1240万片12吋晶圆约当量，比2019年的1010万片大为增加。台积电30余年来持续完善制造工艺、每年投入巨额资本支出，才确保能始终身处产业技术前沿。
根据《彭博》供应链资料估计，台积电达25%营收是来自Apple，为台积电最大直接客户。但台积电的重要性，在于该公司在整体半导体供应链中扮演的关键角色；台积电也为其他 芯片制造商或无厂半导体公司进行代工生产，客户包括博通、高通、英伟达达、安谋（AMD ）、德仪（TEXAS INSTRUMENTS）等等，而这些企业又是一些全球最大的消费电子、通讯设备和汽车零件业者的供应商。
供应链其他部分也可能出现瓶颈。例如，荷兰ASML的先进光刻机设备独步全球，垄断了相关设备市场；还有日本信越化学（Shin Etsu），在半导体制造所需化学材料中享有极高市占。此外，若没有电子设计自动化软体，也无法展开半导体制造，美国Cadence和新思科技（synopsys）是该领域的佼佼者。
美国和欧洲等地官员一方面拜托台湾当局协助解决全球 芯片短缺问题，一方面试图建立本国 芯片制造能力。然而美国投资银行BERNSTEIN指出，针对当前 芯片短缺危机，政府其实做不了什么。因为不管是建于何处，要兴建1座半导体制造设施并使其顺利运转，都须耗时多年。
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