隨著 COVID-19 大流行和復(fù)蘇期間需求激增，半導(dǎo)體行業(yè)經(jīng)歷了最長(zhǎng)的短缺之一，從 2020 年春季到 2021 年秋季。德勤預(yù)計(jì)它將至少持續(xù)到 2022 年。
個(gè)人電腦、智能手機(jī)、數(shù)據(jù)中心、游戲機(jī)、其他消費(fèi)品，尤其是汽車行業(yè)仍在感受到這種影響。從 2020 年到 2022 年，短缺的累積收入影響可能超過(guò) 5000 億美元。
下一次半導(dǎo)體短缺可能與這次一樣大或更大。該公司表示，鑒于芯片對(duì)多個(gè)行業(yè)的重要性日益增加，經(jīng)濟(jì)損失可能更大。因此，它研究了半導(dǎo)體制造商、分銷商、客戶（半導(dǎo)體供應(yīng)鏈）和政府可以做些什么來(lái)避免另一場(chǎng)潛在的災(zāi)難。這個(gè)問(wèn)題是如此之大，以至于單一公司，甚至一個(gè)行業(yè)，都無(wú)法單獨(dú)產(chǎn)生影響。
有些人可能認(rèn)為今天的短缺是一次偶發(fā)性事件。只要我們沒(méi)有百年一遇的全球大流行病、日本一家主要芯片廠的大火、德克薩斯州的冰凍以及一艘船被困在蘇伊士運(yùn)河中——所有這些都恰逢其時(shí)——下一次短缺就不會(huì)發(fā)生”可能沒(méi)有那么嚴(yán)重吧？
圖：幾十年來(lái)，芯片行業(yè)經(jīng)歷了6次下跌和短缺。
圖片來(lái)源：德勤
但德勤表示，在未來(lái)十年內(nèi)，幾乎可以肯定的是，全球經(jīng)濟(jì)衰退、重大天氣事件以及關(guān)鍵海港或海峽附近的破壞等事件的組合可能幾乎同時(shí)發(fā)生。目前存在的芯片制造行業(yè)和供應(yīng)鏈，本質(zhì)上很容易受到干擾，這使得短缺不可避免。
在過(guò)去的三十年里，我們已經(jīng)看到了六次與今天類似的持續(xù)時(shí)間或程度的短缺。有時(shí)短缺會(huì)發(fā)生或因科技泡沫或 2009 年經(jīng)濟(jì)衰退等外部沖擊而加劇。
增加芯片行業(yè)的產(chǎn)能一直是昂貴而笨重的。它發(fā)生在由技術(shù)和市場(chǎng)力量驅(qū)動(dòng)的波浪中，并且在決定建造晶圓廠（或半導(dǎo)體制造廠）和該晶圓廠生產(chǎn)其第一批產(chǎn)品（成品晶圓）之間有很長(zhǎng)的前置時(shí)間。因此，真正的問(wèn)題不是是否會(huì)再次出現(xiàn)短缺，而是何時(shí)以及嚴(yán)重程度如何？
打破牛鞭效應(yīng)
圖：芯片短缺的解決方案
當(dāng)供應(yīng)鏈中的溝通不暢導(dǎo)致供需不同步時(shí)，牛鞭就是銷售的蹺蹺板。
所有不同的參與者都需要做好各自的部分，共同努力，同時(shí)不要造成過(guò)剩。德勤表示，公司應(yīng)該根據(jù)它們?cè)诟鼜V泛的半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)和價(jià)值鏈中扮演的角色來(lái)選擇特定的行動(dòng)或行動(dòng)的組合。
整個(gè)芯片產(chǎn)業(yè)都致力于以前所未有的水平提升整體產(chǎn)能。從 2021 年到 2023 年，三大參與者的資本支出可能會(huì)超過(guò) 2000 億美元，到 2025 年可能達(dá)到 4000 億美元。
各國(guó)政府還承諾了數(shù)千億美元。德勤預(yù)計(jì)，到 2023 年底，全球每月開(kāi)工的 200 毫米晶圓（在芯片工廠加工并切成單個(gè)芯片）將從 2020 年的約 2000 萬(wàn)片增加到 3000 萬(wàn)片。
200 毫米和 300 毫米晶圓尺寸的產(chǎn)能都將增長(zhǎng)，兩者的增長(zhǎng)速度大致相同。需要明確的是，200mm 的增長(zhǎng)主要來(lái)自現(xiàn)有晶圓廠產(chǎn)能的增加，而不是全新工廠的建設(shè)，這將占 2020 年至 2022 年間近 120 億美元的資本設(shè)備支出。
圖：德勤對(duì)芯片的容量預(yù)測(cè)
從技術(shù)角度來(lái)看，主流制程節(jié)點(diǎn)和更先進(jìn)的工藝節(jié)點(diǎn)（10nm以下，主要是3nm、5nm和7nm）的產(chǎn)能將比更成熟的工藝節(jié)點(diǎn)增長(zhǎng)得更快. 值得注意的是，對(duì)晶圓尺寸和所有工藝節(jié)點(diǎn)的需求都在增長(zhǎng)，而不僅僅是最先進(jìn)的。
僅在三年內(nèi)將產(chǎn)能廣泛增加 50% 就足以彌補(bǔ)未來(lái)的短缺，對(duì)嗎？答案并不那么明顯。
芯片產(chǎn)業(yè)除了提升整體產(chǎn)能之外，還應(yīng)該打造本土產(chǎn)能。芯片制造在地理上是集群的，需要分布在更多的地區(qū)。2020年?yáng)|亞（包括日本和中國(guó)，接近60%）的集中度已經(jīng)引起了美國(guó)、歐洲和中國(guó)政府的關(guān)注，并且已經(jīng)開(kāi)始計(jì)劃在這些國(guó)家或地區(qū)建設(shè)新工廠，如以及以色列、新加坡和其他國(guó)家。
在芯片供應(yīng)的地理集中度上移動(dòng)針頭是困難的。全球有超過(guò) 400 家半導(dǎo)體制造工廠，并宣布計(jì)劃到 2022 年新增 24 座 300 毫米晶圓廠，但同期僅新增 10 座 200 毫米晶圓廠。
其中一些在韓國(guó)和中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)。在這些集群之外的新位置添加幾十個(gè)可能會(huì)有所幫助。德勤表示，新的地點(diǎn)只會(huì)導(dǎo)致東亞的集中度下降幾個(gè)點(diǎn)，這意味著到 2023 年它仍將生產(chǎn)一半以上的芯片。
該行業(yè)還應(yīng)該在戰(zhàn)略上變得精益——芯片買家、分銷商和零售商需要確定選擇哪種精益水平。有一種東西太瘦了。
需要打破需求端的牛鞭。原始設(shè)備制造商（系統(tǒng)公司）、分銷商/供應(yīng)商和客戶受到牛鞭效應(yīng)的影響，其中供應(yīng)鏈各層利益相關(guān)者之間延遲的溝通被對(duì)需求信號(hào)的判斷放大。這需要改變。
智能運(yùn)營(yíng)能力對(duì)半導(dǎo)體制造至關(guān)重要，半導(dǎo)體制造本質(zhì)上是復(fù)雜和敏感的，在很大程度上是自動(dòng)化的，并且由資本密集型工廠支持。促進(jìn)數(shù)字流程建模、運(yùn)營(yíng)監(jiān)控、與材料可用性同步的工廠運(yùn)營(yíng)以及響應(yīng)式工廠調(diào)度調(diào)整的功能使工廠運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)能夠以高資產(chǎn)利用率高效運(yùn)營(yíng)。
德勤表示，許多制造商在 2021 年春季開(kāi)始數(shù)字化轉(zhuǎn)型。需要持續(xù)創(chuàng)新才能更好地適應(yīng)未來(lái)供應(yīng)鏈驅(qū)動(dòng)的業(yè)務(wù)中斷。所有這些都需要密切溝通。
需求的增長(zhǎng)速度與計(jì)劃的容量增長(zhǎng)速度大致相同（或更快）。需求驅(qū)動(dòng)因素包括 5G、人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí) (AI/ML)、智能邊緣和物聯(lián)網(wǎng) (IoT)。其中一些是關(guān)于為已經(jīng)使用大量芯片的產(chǎn)品提供越來(lái)越強(qiáng)大的芯片，但有些是關(guān)于將芯片添加到以前沒(méi)有芯片的產(chǎn)品中。