在短短几个月内,全球半导体器件的短缺狂潮席卷全球,它不仅阻碍了汽车行业的发展,并威胁到了硅谷的营收。

 

思科首席执行官查克·罗宾斯本周表示,该公司正在经历近十年来最强劲的需求增长,但在芯片短缺的影响下,来自供应链的挑战正在破坏本应该出色的季度表现。思科现在预计供应链挑战将持续到2021年年底。

 

受到影响的绝不只是思科一家公司。本月早些时候,Arista 网络公司将产品交付周期延长了一年,原因也是由于芯片短缺。

 

主要的代工厂商纷纷做出回应,迅速扩大芯片制造能力,同时,一群美国参议员提议提供 520 亿美元的资金来帮助提振美国本土的芯片生产,但是,有一个需要回答的问题是:这种短缺的局面将会持续多久?

 

对于这个问题的简短答案是芯片短缺将持续数年,但仔细观察就会发现,这个问题并没有想象中那么简单。


供需问题


咨询公司 Capgemini 的执行副总裁 Darshan Naik 解释说,半导体短缺何时结束取决于几个因素:供应、需求以及您想要制造的产品。

 

从表面上看,芯片短缺似乎是典型的供需不匹配。但在这种情况下,真正制造芯片的代工厂没有足够的能力来满足不断增长的需求。

 

因此,三大半导体制造商台积电 、三星电子和英特尔都宣布了新的代工业务扩张计划。

 

台积电计划在未来几年投资超过1000亿美元来建设其代工产能。今年早些时候,英特尔开放了自己的晶圆厂开展代工业务,它同时承诺为亚利桑那州的两个芯片工厂和新墨西哥州的新晶圆厂投入235亿美元。


这些投资最终将提高整体的半导体产能,但是,在未来一段时间内,产能依然无法迅速增加。 “这不像你打开一个开关就灯亮了一样,建立一个新工厂并开始制造芯片需要相当长的一段时间。”Naik说。

 

台积电于2020年春季宣布的耗资120亿美元的亚利桑那芯片工厂最早要到2024年才能上线。更重要的是,台积电、三星和英特尔宣布的所有芯片工厂似乎都将是面向先进工艺的代工厂,生产从7纳米到3纳米不等的芯片。

 

Naik 解释道,对于制造服务器、智能手机或笔记本电脑等高科技电子产品的公司来说,这是一个好消息,因为这些产品中使用的正是先进工艺的芯片,但对于许多依赖较旧、更便宜的工艺节点芯片的公司来说,新晶圆厂并不能起到什么作用。

 

这就是使得现下的半导体短缺问题变得更加复杂的地方,因为它不仅与代工产能有关,还关乎合适的代工能力。


成熟节点问题


Naik 说,并非所有东西都需要先进工艺。他补充说,在很大程度上,“挑战在于低利润率的低端工艺,这正是汽车行业和其他一些行业领域所使用的工艺。”

 

根据梅森分析公司最近的一份报告,世界上使用的大多数芯片都是使用28纳米或40纳米工艺制造的。

 

代工业务本质上也是资本密集型和低利润率。 Naik 表示,虽然领先的芯片往往是需求量大、产量高的业务,这有助于抵消利润微薄的影响,但较旧的工艺节点并非如此,这就是为什么在汽车制造商被迫关闭工厂的同时,您仍然可以购买到iPhone或电脑的原因。

 

根据 Supplyframe 首席营销官 Richard Barnett 的说法,这在过去并不是问题,因为虽然汽车制造商不一定会大量订购这些芯片,但这些订单的连续性一致性相当高。

 

但是,新冠大流行改变了这种局面。在大流行期间,许多汽车制造商开始减少乘用车的生产。他在早些时候的一次采访中说:“汽车制造商预计购买需求会下降 50%,他们认为这种局面可能会至少延续到今年的第二季度或第三季度。”

 

但是当经济开始复苏并且汽车制造商开始再次提高产量时,他们遇到了问题。汽车制造商所依赖的半导体产能已不复存在,这些产能已经被其它竞争行业所吞噬了。

 

“在 20 纳米以下的工艺 [范围] 中,需求远远超过了供应。”Naik 奈克说。

 

他补充说,对汽车制造商来说更糟糕的是,随着汽车和卡车越来越多地集成信息娱乐或自动驾驶功能,所需的硅片数量也在增加。“从成本的角度来看,这相当于汽车中的电子产品从12到15美元上升至500到600美元。这简直是巨大的产能增长。”

 

梅森分析公司研究主管Caroline Gabriel表示,中国蓬勃发展的半导体行业可能有助于满足部分需求。

 

中国代工厂中芯国际 (SMIC) 目前正在增加 28 纳米产品的产能。


“中国的主要代工厂-中芯国际和华虹半导体-预计今年将在28纳米工艺技术上实现自给自足,”她写道。“这些工作现在已经在大规模实施,而且,中国准备在今年启用其第一台国产 28纳米光刻机。” 

 

不幸的是,对于希望利用中国不断增长的半导体产能的美国公司来说,两国之间的贸易战和日益严重的国家安全问题可能会限制它们在中国半导体产能上的准入。


需求方需要做出更大的承诺


Naik 解释说,汽车制造商对及时制造的依赖,即采购足够的零部件来制造汽车,也加剧了短缺。他补充说,这使得汽车制造商更难确保代工产能,特别是对于发动机控制单元等使用的低利润、小批量芯片来说,产能更加难以保证了。 

 

他说,像苹果这样依赖较长交货时间,且多年以来一直给出购买承诺的公司并未受到短缺的影响。 “[汽车制造商]不习惯这种预先购买产能的想法。”

 

Naik 表示,虽然代工厂运营商多年来一直无法实时提供额外的增加产能,但是,汽车制造商可以通过预先做出更大的承诺来缓解一些供应挑战。他说,这是近期内唯一的选择,如果汽车制造商增加承诺,代工厂可能会提供必要的产能。

 

作者:Tobias Mann 

编译:与非网