龐大而脆弱的半導體供應鏈

 

生產為幾乎所有現代電子設備供電的組件所涉及的復雜輸入、輸出和流程序列面臨著許多風險，行業專家表示必須迅速解決這些風險。

 

美國商務部長最近在接受 CNBC 采訪時表示：“如果美國無法再獲得目前在中國臺灣制造的芯片的情況下，那將是一個可怕的情況，將是一場深刻而直接的衰退。”

 

根據波士頓咨詢集團 (BCG) 和半導體行業協會 (SIA) 2021 年 4 月的一份報告，“半導體是僅次于原油、成品油和汽車的全球第四大交易產品。”半導體供應鏈的重要性不容小覷，因為芯片在幾乎所有現代技術中都有應用，包括醫療設備和電信設備，并支撐著許多維持社會運轉的基礎設施。 因此，各國政府現在正在廣泛討論供應鏈彈性——即保證供應不會因自然災害或人為障礙而中斷。美國、日本、印度和幾個歐盟政府最近都與中國臺灣公司代表團會面，鼓勵他們在各自國家開展業務。

 

美國對中國半導體產業的迅速增長感到震驚，漂亮國為了進一步對抗中國，現在正試圖擴大禁令范圍，以涵蓋用于制造不太先進的芯片并由 ASML 以及日本公司尼康和佳能提供的深紫外 (DUV) 光刻系統。在美國國內方面，拜登通過CHIPS法案，該法案“建立投資和激勵措施，以支持美國的半導體制造、研發和供應鏈安全”，并授權 520 億美元的資金資助符合條件的制造商。

 

確保供應鏈安全的挑戰是巨大的，因為它擁有所有行業中最復雜的生產流程之一。半導體產品類別有 30 多種類型，每種都針對電子子系統中的特定功能進行了優化。然后，制造通常需要多達 300 種不同的投入，包括原始晶圓、商品化學品、特種化學品和散裝氣體。這些輸入由 50 多種高度工程化的精密設備處理

 

供應鏈也分布廣泛。為了說明芯片從頭到尾的旅程，全球半導體聯盟和埃森哲的 2020 年報告提供了25,000 英里跋涉的示例。首先是從密歇根州運來原料硅——以及從德克薩斯州運來化學品——到臺灣制造晶圓。這些晶圓從臺灣運往馬來西亞進行測試和組裝，然后從那里運往德國慕尼黑進行模塊組裝。完成后，芯片將前往中國進行原始設備制造 (OEM) 組裝，然后，出于本示例的目的，將前往加利福尼亞的客戶進行最后一次訪問。

 

 

對深厚的技術知識和規模的需求導致了高度專業化的全球供應鏈，其中各地區根據其比較優勢發揮不同的作用，供應鏈中不同國家的高度相互依賴意味著它們可以依靠自由貿易在世界各地運輸不同的設備和功能，以優化生產。獨立、“自給自足”的本地供應鏈的替代方案將導致芯片價格整體上漲 35-65%，并“最終導致最終用戶的電子設備成本更高”。

 

世界上最先進的半導體產自中國臺灣，占制造能力的 92% 左右，而韓國則占其余 8%。兩者都構成“可能因自然災害、基礎設施關閉或國際沖突而中斷的單點故障，并可能導致芯片供應嚴重中斷。”美國主導電子設計自動化和核心 IP (74%) 以及邏輯 (67%)。在“離散、模擬和其他（包括傳感器和光電）”類別中，美國占37%，東亞以 33% 緊隨其后。在內存方面，東亞占 70% 的主導地位，其次是美國占 29%。在制造方面，美國以41%的設備領先，其次是東亞占 36%。東亞在其余三個類別中領先——材料（57%）、晶圓制造（56%）和組裝、包裝和測試（43%）。

 

使事情復雜化的是供應鏈中大量的投入。雖然 IC 設計公司的投入相對較少，但像緯創資通或富士康這樣的系統公司必須維持數萬個組件的庫存。在每個階段，從最初的設計到將芯片交付給制造商再到安裝最終產品，供應鏈中都存在風險和瓶頸。最近一些引人注目的中斷包括勞動力短缺、大流行和地區封鎖狀態。

 

其他問題包括貿易爭端以及烏克蘭戰爭導致的競爭加劇。例如，芯片行業使用的稀有氣體氪和氙80%以上是從中國和烏克蘭采購的。烏克蘭從俄羅斯采購了許多稀有氣體，俄羅斯也是氯氟烴和氦氣的主要來源。

 

計劃不周是半導體行業面臨的另一個問題，這導致了最近的汽車芯片危機。電子公司和特斯拉手頭通常有 3-6 個月的庫存，這為他們在芯片短缺期間提供了緩沖。

 

其他問題

 

雖然共識是芯片短缺和出貨問題將在今年下半年緩解，但整個半導體供應鏈充滿了鮮為人知的漏洞，這些漏洞隨時可能導致問題。SEMI在4月6日向美國商務部提供的有關半導體供應鏈風險的評論中強調了一些例子，其中包括缺乏生產石英器皿和濺射靶等材料和組件所需的合格機械師。潤率低導致高純度濕化學品生產缺乏擴張，以及成熟節點 200 毫米生產工具的市場緊張。

 

此外，由于囤積，儲存和輸送氣體和材料所需的許多類型的閥門、容器和組件現在的等待時間長達 40 周。森林火災甚至會污染潔凈室。中國控制著約 80% 的鎢礦開采生產，其中 95% 的供應由一家中國公司控制，而全球 45-50% 的鈀供應來自俄羅斯。

 

政府法規（例如對化學品的環境控制）可能會導致供應鏈各環節放緩。臺灣對制造商進口少量化學品的法規要求注冊程序平均需要三到四個月才能完成. 如果第一次試運行不順利，公司可能需要重新進行整個注冊過程。

 

另一個基本投入是人才；該行業迫切需要能夠進行半導體研發和設計的合格人才——不僅在芯片本身，而且在供應鏈中使用的流程中。5 月，臺積電 (TSMC) 宣布計劃招聘 8,000 多名員工，而 6 月，美國內存芯片制造商美光已經是臺灣最大的外國雇主，擁有約 10,000 名員工，宣布計劃再增加 2,000 名員工。不僅是鑄造廠在招聘，供應鏈上的許多公司也在招聘。全球最大的 IC 封裝和測試服務提供商 ASE Technology 去年 9 月宣布計劃為其高雄生產基地招聘 2,000 多名員工。默克在12 月宣布了 170 億新臺幣 ( 5.68 億美元）的擴張計劃，包括增加 400 名新員工。整個行業對人才的需求是巨大的。