全球芯片短缺，根源在哪里？
芯片短缺成為全球性問題。
全球車企紛紛停產(chǎn)，甚至連 PlayStation 游戲機(jī)都「一機(jī)難求」，這背后存在一個(gè)共同原因：芯片短缺。自去年 12 月起，汽車行業(yè)缺乏芯片面臨停產(chǎn)的問題就開始困擾無數(shù)車企。時(shí)至今日芯片短缺問題并未緩解，反而還有愈演愈烈之勢(shì)。AlixPartners 數(shù)據(jù)顯示，全球汽車行業(yè)可能因芯片短缺問題損失 610 億的銷售額。
為什么會(huì)出現(xiàn)這種情況呢?彭博社做了一篇分析文章。
首先是供需關(guān)系的變化。新冠大流行下，居家辦公或?qū)W習(xí)成為新趨勢(shì)，這導(dǎo)致對(duì)芯片的需求大幅上漲。居家辦公刺激了筆記本電腦、家用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和顯示器的銷量增長(zhǎng)，「上網(wǎng)課」促進(jìn)了 Chromebook 的銷量。甚至視頻服務(wù)的盛行還導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)攝像頭供不應(yīng)求;
新冠大流行帶來的不確定性導(dǎo)致訂單急劇波動(dòng)。臺(tái)積電高管在最近兩次財(cái)報(bào)電話會(huì)議上表示，客戶為了應(yīng)對(duì)不確定性的風(fēng)險(xiǎn)開始囤積芯片。汽車制造商在疫情爆發(fā)早期低估了市場(chǎng)的反彈速度，因而大幅減少芯片訂單量，去年下半年這些企業(yè)試圖增加訂單時(shí)已經(jīng)無法得到滿足，因?yàn)樾酒圃焐陶谂M足智能手機(jī)巨頭的訂單需求;
積存：PC 制造商在 2020 年初就開始警惕半導(dǎo)體供應(yīng)緊張問題。去年年中，主要智能手機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商華為開始囤積芯片，其他中國(guó)廠商也如法炮制。2020 年中國(guó)的芯片進(jìn)口額攀升至 3800 億美元，約占整體進(jìn)口額的 1/5。
「一超多強(qiáng)」的競(jìng)爭(zhēng)局面
當(dāng)前，在全球芯片市場(chǎng)占據(jù)重要地位的制造商主要有臺(tái)積電、三星和英特爾等，它們與其他一些較小規(guī)模的芯片制造商形成了全球市場(chǎng)的一超多強(qiáng)局面。
首先，臺(tái)積電在芯片產(chǎn)能方面處于行業(yè)領(lǐng)先地位，各大手機(jī)廠商都希望獲得臺(tái)積電的芯片。目前，臺(tái)積電在全球圓晶代工市場(chǎng)的份額比其后三個(gè)競(jìng)爭(zhēng)者加起來都要多。數(shù)據(jù)顯示，2020 年第 2 季度，臺(tái)積電占全球晶圓市場(chǎng)的 52%，遠(yuǎn)高于其他芯片制造商。
其次，三星因其在存儲(chǔ)芯片領(lǐng)域的統(tǒng)治地位而成為規(guī)模較大的芯片制造商。目前，三星正努力提升生產(chǎn)技術(shù)，使自己成為僅次于臺(tái)積電的次優(yōu)選擇，從而在芯片市場(chǎng)分得更多羹。高通、英偉達(dá)等公司在芯片選擇上已經(jīng)慢慢轉(zhuǎn)向三星，比如高通 2020 年 12 月發(fā)布的旗艦手機(jī)芯片驍龍 888 就是采用三星 5 納米工藝。
最后，英特爾也是強(qiáng)勢(shì)競(jìng)爭(zhēng)者，其收益高于其他任何芯片制造商，但市場(chǎng)重心在于計(jì)算機(jī)芯片。生產(chǎn)周期的延遲使得英特爾在競(jìng)爭(zhēng)中處于劣勢(shì)。
該文章認(rèn)為，臺(tái)積電與三星還面臨一些更小規(guī)模競(jìng)爭(zhēng)廠商的挑戰(zhàn)，如格羅方德、中芯國(guó)際以及臺(tái)聯(lián)電等。但是，這些競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手在制造工藝上至少落后臺(tái)積電兩至三代。
芯片戰(zhàn)爭(zhēng)中各方如何加力?
芯片制造商為了鞏固和加強(qiáng)自身在全球市場(chǎng)中的地位，紛紛采取了一系列措施。臺(tái)積電和三星這兩家亞洲芯片巨頭正加大投入鞏固它們的行業(yè)領(lǐng)先地位，其中臺(tái)積電 2021 年的預(yù)期資本支出將從 2020 年創(chuàng)紀(jì)錄的 170 億美元增加至 280 億美元，三星也制定了總支出約 1160 億美元的 10 年規(guī)劃，以追趕其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手臺(tái)積電。
該文章表示，在這場(chǎng)芯片戰(zhàn)爭(zhēng)中，中國(guó)也正努力迎頭趕上。中國(guó)未來幾年的目標(biāo)是減少對(duì)美國(guó)技術(shù)的依賴，尤其是在芯片上的依賴。我國(guó)已經(jīng)將芯片制造列入了國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展藍(lán)圖的最大優(yōu)先事項(xiàng)之一，但需要看到還有很長(zhǎng)的一段路要走。
此外，考慮到復(fù)雜芯片制造開發(fā)的困難，各國(guó)政府正紛紛向愿意在本國(guó)建造或擴(kuò)展先進(jìn)芯片設(shè)施的企業(yè)提供誘人的激勵(lì)措施。拜登政府正制定一項(xiàng)長(zhǎng)期芯片供應(yīng)計(jì)劃，并將在臺(tái)積電在亞利桑那州擬投資 120 億美元的工廠以及三星可能在得克薩斯州建立另一家芯片工廠的稅收優(yōu)惠中扮演重要角色。歐盟也正考慮在臺(tái)積電和三星的潛在協(xié)助下，在歐洲建立先進(jìn)的半導(dǎo)體工廠。此外，包括中國(guó)政府在內(nèi)的各國(guó)政府也正考慮出臺(tái)各種措施來助力本土企業(yè)。
芯片戰(zhàn)爭(zhēng)的難點(diǎn)以及受益者
芯片制造需要極高的精度，以及對(duì)市場(chǎng)快速變化的長(zhǎng)期預(yù)判。一些著名企業(yè)，如德州儀器(TI)、IBM、摩托羅拉，已經(jīng)放棄了芯片制造。目前大部分公司聚焦于芯片設(shè)計(jì)，只有三家公司——臺(tái)積電、三星和英特爾還在制造邏輯芯片。
芯片工廠的建造和裝備需要耗費(fèi)數(shù)十億美元，它們必須全速運(yùn)行(007)才能收回投資。然而，事實(shí)不止如此。每批次芯片的良率才是決定成敗的關(guān)鍵。芯片制造往往需要多年的知識(shí)積累和經(jīng)驗(yàn)，才能實(shí)現(xiàn) 90% 的良率。晶圓廠消耗掉大量水電，即使最微小的損害也使其難以承受。
那么在這場(chǎng)芯片戰(zhàn)爭(zhēng)中，誰是最終受益者呢?
在半導(dǎo)體行業(yè)中，即使最小的改進(jìn)也能帶來巨大的能量和成本節(jié)約。
隨著 5G 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，依賴大量數(shù)據(jù)的視頻和游戲流服務(wù)需求大幅增長(zhǎng)，隨著更多人在家辦公，對(duì)更新、更節(jié)能芯片的需求也在增長(zhǎng)。線寬(line-width)是衡量芯片復(fù)雜度的一種方式。目前高級(jí)芯片的線寬標(biāo)準(zhǔn)是 5 納米，而臺(tái)積電和三星正努力在 2022 年實(shí)現(xiàn) 3 納米制程芯片的大規(guī)模生產(chǎn)。
除了 5G 以外，人工智能的發(fā)展是推動(dòng)芯片制造商創(chuàng)新的另一大動(dòng)力：AI 依賴大規(guī)模數(shù)據(jù)處理。于是更高效或節(jié)能的芯片設(shè)計(jì)成為重要的考量因素。
參考鏈接：
https://www.bloomberg.com/news/articles/2021-02-17/the-world-is-short-of-computer-chips-here-s-why-quicktake
【本文是51CTO專欄機(jī)構(gòu)“機(jī)器之心”的原創(chuàng)譯文，微信公眾號(hào)“機(jī)器之心( id: almosthuman2014)”】
