关于全球芯片荒，你需要了解这几件事
The following article is from 杭派工程师 Author 太浪
受全球芯片供不应求的影响，全球消费者正面临电视、手机、汽车和游戏机等产品价格上涨或缺货的问题。
自去年以来，芯片短缺的情况就一直不断恶化。
一开始只是新冠病毒大爆发，工厂停产带来的供应暂时延迟。
随着新冠疫情的持续，人们的生活、工作习惯有了新的变化。人们居家时间更长，笔记本电脑、平板电脑、电视机、手机、游戏机、汽车等需求暴增，对芯片的需求也随之猛增。因此，尽管工厂恢复了生产，但产能依旧不足。
台积电的代工厂过去一年一直满负荷运转，但芯片仍供不应求，其产能先是被个人电子产品需求大幅飙升所消耗，最近又受到汽车行业需求复苏速度快于预期的影响。
博通的CEO Hock Tan今年3月表示，公司今年90%的芯片已经被预定。通常，芯片制造商有一季的产量会出现这样的情况。博通的业务横跨智慧手机零组件、网路设备关键元件、让家用Wi-Fi和机上盒能运作的半导体，因而是整个芯片行业的晴雨表。
自从11月份曝出苹果最新iPhone面临芯片短缺的问题以来，有关“警报”越来越多。从东京到底特律的汽车制造商都在削减产量。商店里越来越难找到索尼的PS游戏机。甚至是铝生产商未来的产量可能会下降。芯片短缺还延伸到网络领域，网络芯片的交付周期已经延长到50周，运营商的路由器订单被延后了60周（是以前的两倍多）。
这一切都表明，“芯片荒”正在全球范围内爆发，且影响到各行各业。
相关数据显示，今年2月份，从下订单到芯片交货的周期首次延长至平均15周。博通的交货周期延长至22.2周，高于2020年2月的12.2周。
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首先受到芯片短缺影响的是智能手机、消费电子产品。
苹果CEO库克在1月27日的财报电话会议上已宣布，Mac、iPad和iPhone 12 Pro都遭遇“供应受限”问题。
索尼上个月表示，由于芯片供应瓶颈，今年可能无法达成新款游戏机的销售目标。微软Xbox 表示，预计芯片供应问题至少持续到今年下半年。
造芯片的三星也缺芯片。三星的消费类产品线也受到了影响，原本打算今年下半年发布的新一代Galaxy Note，可能延迟到明年再发布，这是该公司最畅销的高端智能手机型号之一。
小米警告称，零部件短缺，可能会减缓未来几个季度的业绩增长。
去年因汽销量下降而削减芯片订单的汽车制造商，在今年春季市场反弹时试图重新下订单，却发现自己排在了求芯片队伍的尾部。
汽车生产商受到冲击的部分原因在于，库存计划不周全。汽车行业低估了消费需求，进而低估了疫情爆发时他们所需的芯片数量。
还有部分原因是，整个汽车行业购买芯片的花销是约370亿美元，丰田和大众等汽车巨头各自购买了逾40亿美元的芯片。但在苹果这些竞争对手面前，这点订单量显得微不足道。如果苹果每年花560亿美元来购买芯片，并且这个数字不断增长，芯片制造商会优先供应谁，这个问题的答案应该是显而易见的。
“芯片荒”使全球汽车制造商要么放缓了生产速度，要么临时关厂停产。受到牵连的汽车厂商包括本田、福特、大众、沃尔沃、丰田、日产、三菱、蔚来。
美国恶劣的天气、日本的火灾、台湾的干旱/缺水等一系列“天灾”，也接连侵袭了芯片行业。
日本最大的汽车芯片制造商之一瑞萨电子则遭遇地震和火灾两重冲击。2月份的一场地震导致瑞萨电子Hitachinaka工厂停产数日，库存减少。3月19日的火灾，致使其十几万台设备受影响。根据估算，由此造成的损失可能会超过每月1亿美元。预计需要三到四个月才能恢复全部生产。事故发生后，通用、丰田股价纷纷下跌6%以上。
为了帮助萨德电子恢复生产，日本经济产业省IT产业部门主管Kazumi Nishikawa表示，计划要求设备制造商支持瑞萨电子，并确保对该公司的订单给予优先考虑。
台湾虽然是个海岛，降水丰沛，但留不住水，来得多去得多，加上人口多等，水资源匮乏。2020年，是台湾56年来首次没有台风通过的一年，许多地区降雨为近年最低。水库蓄水量也创新低。2021年春季，由于降雨量偏低，台湾正遭遇严重的旱情。
对于半导体制造厂商来说，每天的用水量巨大，在芯片制造的过程当中，包括清洗化学物这样的步骤都需要大量用水。如果供水出现问题，恐影响生产。
台积电已向媒体证实，为了确保生产所需的供水，包括新竹、台中、台南各科学园区已开始部分启动水车供水。
近几周，其他零部件和材料的突然短缺也冲击了全球供应链。2月份，美国得克萨斯州遭遇寒流和大规模停电导致化工厂停产，中断了塑料生产，导致座椅泡沫和其他材料的短缺。
全球芯片短缺可能使汽车制造商今年损失610亿美元的销售额，可谓损失惨重。分析师估计，芯片供应可能要到第四季度才会稳定下来。
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缺芯，掀起了一波芯片制造工厂的建设热潮。
英特尔已计划斥资200 亿美元在亚利桑那州新建两座晶圆代工厂，加快重振。
台积电计划在未来三年投资1000亿美元来增加产能，并且支持高端制程技术的研发。这些产能是5G和高性能计算需求所需要的。台积电未来的新厂房会在全球选址。同时，台积电会在现有的晶圆厂中扩充高端制程和成熟制程两种技术的产能。由于业务扩张，人才不足，台积电计划在2021年招聘9000人。
三星计划到2030年投资约1160亿美元，进一步实现芯片生产的多元化。
格芯计划今年增加一倍的资本支出，扩大为汽车制造商的产品范围。
但远水救不了近火。新的芯片工厂建成后投入使用大概需要两年的时间，仍难以缓解芯片的供应短缺。英特尔的新工厂预计2024年投产。
因此，芯片制造商们正准备进行一年之中的第二次大提价，希望通过涨价来抵消上涨的成本。
4月1日，台积电宣布，将从2021年12月31日起，暂停晶圆价格的年度降价，时间将维持四个季度。以往，从苹果、高通等主力客户手中接到智能手机和个人电脑的芯片订单时，台积电会给予数个百分点的优惠。
同日，国产芯片代工龙头中芯国际发邮件告知客户，自4月1日起将全线涨价，已上线的订单维持原价格，已下单而未上线的订单，不论下单时间和付款比例，都将按新价格执行。
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过去十多年来，芯片制造商紧跟技术进步的成本（为追求先进制程所支出的成本）也呈指数级增长，使得先进的芯片生产工艺集中在了少数几个芯片生产商手中。
目前，大概三到四个晶圆厂/芯片代工厂——台积电、三星、格芯、联华电子承包了全球大多数芯片生产任务，其中约91%的芯片代工订单在亚洲完成，因为台积电、三星在这里。
无论从规模还是成熟度、覆盖范围方面而言，台积电都是无可争议的领导者，它每年几乎为所有你能想到的行业大客户生产数以百万计的晶圆。2020年，台积电12英寸晶圆的总出货量为1240万片，高于2019年的1010万片。这家来自台湾的公司，花了30多年时间来完善自己的芯片制造工艺，并在过去几年花费了数十亿美元来确保自己始终处于技术的最前沿。
台积电正在生产7nm的芯片，不久将能够交付5nm的芯片，他们还在研究3nm芯片。英特尔只能使用10nm工艺制造芯片，目前尚不清楚它们能多快升级到7nm工艺。三星的10nm芯片和8nm芯片则遇到了一些障碍。
这一事实也加剧了全球芯片短缺的问题。台积电在整个半导体供应链中扮演着关键角色。
根据彭博社供应链的估计，台积电25％的业务来自苹果，它还为其他芯片制造商或无晶圆厂的芯片设计公司制造芯片，例如博通、高通、英伟达、AMD、德州仪器，这些公司又为世界上最大的消费电子公司、通讯设备公司和汽车零部件公司供应产品。
“芯片荒”发生后，世界各国领导人都把芯片供应作为本国政府的头等大事。美国和欧洲的官员已经请求台湾官员伸出援手，恳求更多的芯片供应，以避免经济灾难。同时，加大自己国内的芯片制造产能，确保国家安全。
目前的芯片短缺已经影响到新冠疫情下的美国经济复苏，这一情况在部分汽车制造业占主导地位的州尤其严重。如果不努力促进制造业恢复，美国就会面临严重的供应链漏洞和安全问题，也将在全球竞争中处于下风。
半导体行业协会（SIA）的数据显示，虽然美国在芯片设计方面仍处于世界领先地位，但美国占全球半导体产能的份额已经从1990年的37%下降至2020年的12%。
3 月31 日，拜登于匹兹堡（拜登两年前开始竞选时去的第一个城市）演说时披露了一项2.25 万亿美元基础建设计划，包括提议国会拨出500 亿美元补贴美国半导体产业，加强本国的芯片制造和研发能力，以减轻对海外供应商的依赖。
拜登希望通过提高公司税的方式为美国版的新基建计划筹集资金，包括将企业税率从原本的21% 调高至28%，对企业留在海外的盈余加征税负。但据称共和党和民主党并未对资金来源达成一致。
近日，拜登政府还接待了十多家公司的CEO，探讨包括全球半导体短缺在内的问题。
中国的十四五规划将芯片纳入发展重点。
印度将向每家来该国设立制造部门的公司提供逾10亿美元现金，并谋求建立自己的智能手机组装行业，并加强电子供应链。印度向企业保证，政府会购买，也会命令民间市场企业购买本地生产的芯片。
但不论是晶圆厂还是芯片厂，从厂房扩建、设备采购、工艺调试，到真正生产晶圆、芯片，都需要漫长的时间。毕竟芯片对集成度和精度的要求极高，就算是同一批生产的设备，不同生产线造出的芯片都无法完全一样，做不到“只要买了设备、把设备装好，按下按钮，就能生产芯片。”
芯片短缺还将持续一段时间。而且目前没有迹象表明供应量正在增加或者需求量在减少。这最终会影响到广大消费者。汽车、手机的价格可能会提高，今年的iPhone不见得会比去年便宜。
参考：Bloomberg、WSJ。
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