美國官方披露：這些芯片最缺

來源：本文由半導(dǎo)體行業(yè)觀察編譯自美國商務(wù)部文件。

美國商務(wù)部長雷蒙多日前發(fā)文表示：
在過去的一年里，美國人開始認(rèn)識到半導(dǎo)體在我們?nèi)粘Ｉ钪兴缪莸闹匾巧?。COVID大流行造成了包括半導(dǎo)體在內(nèi)的許多行業(yè)供不應(yīng)求。
盡管私營部門在整理供應(yīng)鏈方面仍有工作要做，但我們已經(jīng)看到了一些關(guān)于半導(dǎo)體的令人鼓舞的公告：

• 上周，英特爾宣布計劃建造世界上最大的半導(dǎo)體工廠，投資 200 億美元，創(chuàng)造 10,000 多個工作崗位。
• 我很高興能在白宮與拜登總統(tǒng)和俄亥俄州州長德溫一起宣布這項投資，并與英特爾首席執(zhí)行官帕特·蓋爾辛格一起宣布這項投資。
• 福特和 Global Foundries 宣布建立合作伙伴關(guān)系，以確定合作創(chuàng)新未來芯片的方法。這一點至關(guān)重要，因為電動汽車需要多達(dá) 2,000 個半導(dǎo)體——比配備內(nèi)燃機的汽車要多得多。
• 通用汽車最近宣布與 7 家不同的半導(dǎo)體生產(chǎn)商建立類似的合作伙伴關(guān)系。

這些公告表明，芯片消費者和生產(chǎn)商正在齊心協(xié)力解決他們的供應(yīng)鏈問題。這對汽車工人和美國消費者來說是個好消息。我們很高興這些公司一直在尋找創(chuàng)造性的解決方案，因為私營部門最適合解決瓶頸問題。但半導(dǎo)體供應(yīng)鏈仍然脆弱，國會必須迅速采取行動，盡快通過總統(tǒng)提議的 520 億美元芯片資金。
雖然我們預(yù)計不會因為Omicron而導(dǎo)致供應(yīng)鏈長期中斷，但任何中斷都會產(chǎn)生連鎖反應(yīng)。
2021 年，汽車價格推動了所有通脹的三分之一，主要是因為我們沒有足夠的芯片。去年汽車制造商的汽車產(chǎn)量比預(yù)期少了近 800 萬輛，一些分析師認(rèn)為這導(dǎo)致超過 2100 億美元的收入損失。
解決這場危機是經(jīng)濟和國家安全的當(dāng)務(wù)之急。
去年，商務(wù)部發(fā)布了一份自愿信息請求，以幫助我們識別全球芯片供應(yīng)鏈中的瓶頸。
今天，我們正在確定一些關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)：

• 超過 150 家公司做出了回應(yīng)，其中包括幾乎所有的主要半導(dǎo)體生產(chǎn)商和主要汽車制造商。我們非常感謝他們的參與。
• 對芯片的需求非常高，比 2019 年的需求高出 20%。業(yè)界預(yù)計未來六個月需求將超過供應(yīng)。
• 絕大多數(shù)晶圓廠的利用率都在 90% 以上，這意味著我們需要讓更多晶圓廠投入運營。
• 芯片庫存中位數(shù)已從 2019 年的 40 天降至不到 5 天。這些庫存在關(guān)鍵行業(yè)甚至更小。這意味著，如果COVID爆發(fā)、自然災(zāi)害或政治動蕩僅在幾周內(nèi)擾亂外國半導(dǎo)體工廠，它就有可能關(guān)閉美國的制造工廠，使美國工人及其家人處于危險之中。

我們了解到，瓶頸集中在幾種特定類型的半導(dǎo)體輸入和應(yīng)用中：

• 汽車、醫(yī)療設(shè)備和其他產(chǎn)品中使用的傳統(tǒng)邏輯芯片面臨著最嚴(yán)重的短缺。
• 用于電源管理、圖像傳感器、射頻和其他應(yīng)用的模擬芯片需求量非常大，而且供不應(yīng)求。
• 基板的供應(yīng)，以及與芯片一起用于組裝電子設(shè)備的二極管、電容器和其他組件，都面臨著重大挑戰(zhàn)。
• 一些公司提到通過代理出售的半導(dǎo)體價格異常高昂。商務(wù)部正在調(diào)查這個問題。
• 我們還聽說了晶圓產(chǎn)能，它沒有任何明顯的短期解決方案。

這就是為什么國內(nèi)半導(dǎo)體資金極為緊迫。眾議院正準(zhǔn)備推出他們的美國創(chuàng)新與競爭法案 (USICA)，其中包括 520 億美元的國內(nèi)半導(dǎo)體資金，以幫助我們制定長期解決方案。參議院已經(jīng)通過了該法案的版本，得到了兩黨的大力支持。
我每天都與兩邊的成員進行接觸，以完成這項工作。
我們等待的每一天都是我們落后的一天。但如果我們通過這項法案并解決這個問題，我們可以創(chuàng)造良好的就業(yè)機會，重建美國制造業(yè)，并在未來幾十年加強我們在國內(nèi)的供應(yīng)鏈。
01半導(dǎo)體供應(yīng)鏈信息索取結(jié)果
過去一年，拜登政府與私營部門合作，了解和解決全球半導(dǎo)體短缺問題。這些計算機芯片是越來越多產(chǎn)品的重要組成部分，從您的手機和汽車到醫(yī)療設(shè)備等其他關(guān)鍵商品。

半導(dǎo)體短缺被描述為是由一系列“完美風(fēng)暴”造成的。在 2020 年之前，獲得生產(chǎn)投入已經(jīng)存在困難，包括用于制造舊品種芯片的半導(dǎo)體制造設(shè)備，以及用于電子組裝的組件，如二極管、電容器和基板。隨著行業(yè)轉(zhuǎn)向更多半導(dǎo)體密集型產(chǎn)品（例如電動汽車、5G），對芯片的需求也出現(xiàn)了潛在增長。大流行通過急劇增加對需要各種半導(dǎo)體的產(chǎn)品的需求而加劇了這些趨勢。同時，供應(yīng)因工廠火災(zāi)、冬季風(fēng)暴、能源短缺和與 COVID-19 相關(guān)的停工等一系列黑天鵝事件而中斷。
私營部門最有能力應(yīng)對當(dāng)前短缺帶來的近期挑戰(zhàn)，方法是增加產(chǎn)量、進行供應(yīng)鏈管理以最大限度地減少中斷，以及通過產(chǎn)品設(shè)計來優(yōu)化半導(dǎo)體的使用。然而，鑒于半導(dǎo)體對美國經(jīng)濟安全的重要性，拜登政府正在盡其所能促進解決方案并克服在尾部風(fēng)險時刻出現(xiàn)的高度協(xié)調(diào)挑戰(zhàn)。
自去年春天以來，政府舉辦了半導(dǎo)體行業(yè)會議以促進合作，成立了供應(yīng)鏈中斷工作組以促進整個政府解決問題的方法，并啟動了早期警報系統(tǒng)以監(jiān)控半導(dǎo)體行業(yè)的生產(chǎn)中斷。
政府與行業(yè)參與者合作，以提高供應(yīng)鏈透明度并建立長期合作伙伴關(guān)系。這些措施有助于緩解導(dǎo)致汽車制造商等行業(yè)停產(chǎn)和讓工人休假的緊迫危機。
但半導(dǎo)體供應(yīng)鏈仍然脆弱。需求繼續(xù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過供應(yīng)。
9 月，商務(wù)部發(fā)起了關(guān)于半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的信息請求（Request for Information或“RFI”），為復(fù)雜的全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈提供了新的見解。該部門收到了 150 多份回復(fù)，其中包括來自幾乎所有主要半導(dǎo)體生產(chǎn)商和多個消費行業(yè)公司的回復(fù)。
當(dāng)中一些主要發(fā)現(xiàn)包括：

• 買家強調(diào)的芯片需求中位數(shù)在 2021 年比 2019 年高出 17%，而且買家沒有看到他們收到的供應(yīng)量相應(yīng)增加。這是嚴(yán)重的供需錯配。
• 買家強調(diào)的半導(dǎo)體產(chǎn)品庫存中位數(shù)已從 2019 年的 40 天下降到 2021 年的不到 5 天（見圖 2）。這些庫存在關(guān)鍵行業(yè)甚至更小。
• RFI 使我們能夠查明供需不匹配最嚴(yán)重的特定節(jié)點，我們將努力向前推進與行業(yè)合作，以解決這些節(jié)點的瓶頸。
• 全面的主要瓶頸似乎是晶圓產(chǎn)能，這需要一個長期的解決方案。

在接下來的幾周內(nèi)，我們將利用這些新信息讓行業(yè)參與解決節(jié)點特定問題。我們還將調(diào)查有關(guān)這些節(jié)點異常高價格的說法。

RFI 結(jié)果清楚地表明：美國需要生產(chǎn)更多的半導(dǎo)體。國會必須為國內(nèi)半導(dǎo)體生產(chǎn)提供資金，例如美國創(chuàng)新和競爭法，以解決我們的長期供應(yīng)挑戰(zhàn)。
02自2021年初以來的進展
利用率：自 2020 年半導(dǎo)體短缺開始以來，半導(dǎo)體公司顯著提高了現(xiàn)有產(chǎn)能的利用率。具體來說，從 2020 年第二季度到 2021 年，半導(dǎo)體工廠的利用率超過 90%，這對于需要定期維護和大量能源的生產(chǎn)過程來說是非常高的（見圖 1）。

投資：半導(dǎo)體公司比以往任何時候都更快地投入更多資金來擴大產(chǎn)能。半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會在其 2021 年報告中預(yù)測，2021 年半導(dǎo)體行業(yè)資本支出 (capex) 將接近 1500 億美元，2022 年將超過 1500 億美元。相比之下，在 2021 年之前，該行業(yè)的年度資本支出從未超過 1150 億美元. 這些數(shù)字反映了最近的公告，例如關(guān)于在俄亥俄州建立新的英特爾半導(dǎo)體工廠的公告以及來自 Global Foundries 的新聞，其中包括在紐約建立新工廠的計劃。重要的是要注意這些投資需要時間才能轉(zhuǎn)化為增加的產(chǎn)量。此前宣布的部分投資預(yù)計最早將于 2022 年下半年上線。
新的供應(yīng)鏈合作伙伴關(guān)系：半導(dǎo)體生產(chǎn)商正以前所未有的創(chuàng)新方式與半導(dǎo)體客戶合作。在白宮領(lǐng)導(dǎo)的行業(yè)會議之后，福特和 Global Foundries 最近宣布建立合作伙伴關(guān)系，以確定他們可以合作的方式，以創(chuàng)新未來的芯片并滿足未來對汽車的需求。去年 11 月，通用汽車宣布與七家不同的半導(dǎo)體生產(chǎn)商建立類似的合作伙伴關(guān)系。這些公告表明，芯片消費者和生產(chǎn)商正齊心協(xié)力為供應(yīng)鏈問題尋找創(chuàng)造性的解決方案。
COVID-19 監(jiān)測：與 COVID-19 相關(guān)的半導(dǎo)體生產(chǎn)中斷在 2021 年普遍存在。這就是為什么美國政府針對與 COVID-19 相關(guān)的全球微電子制造停工設(shè)立了早期警報系統(tǒng)。該系統(tǒng)建立在三個支柱之上：早期發(fā)現(xiàn)、增強參與和透明度。商務(wù)部、國務(wù)院和疾病控制與預(yù)防中心 (CDC) 繼續(xù)密切合作，主動監(jiān)控通過該系統(tǒng)標(biāo)記的關(guān)鍵制造設(shè)施，并與盟友和合作伙伴合作實施有助于限制病毒傳播的安全協(xié)議并盡量減少對員工和全球供應(yīng)鏈的干擾。最后，疫苗接種是最大程度地減少與大流行相關(guān)的干擾的最佳方式，這就是政府領(lǐng)導(dǎo)為全世界接種疫苗的原因，承諾分享12億劑安全、有效的疫苗。迄今為止，美國已向 112 個國家運送了超過 3.85 億劑疫苗。
03我們從RFI中學(xué)到了什么
RFI 證實芯片的供需存在嚴(yán)重且持續(xù)的不匹配，受訪者認(rèn)為該問題在未來六個月內(nèi)不會消失。對 RFI 做出回應(yīng)的買家強調(diào)，2021 年對芯片的需求中位數(shù)比 2019 年高出 17%，而買家沒有看到他們收到的供應(yīng)量相應(yīng)增加。
確定的主要瓶頸是需要額外的晶圓廠產(chǎn)能。此外，公司將材料和組裝、測試和封裝能力確定為瓶頸。
對于采購面臨最大挑戰(zhàn)的半導(dǎo)體產(chǎn)品，響應(yīng) RFI 的消費者的庫存中位數(shù)已從 2019 年的 40 天下降到 2021 年的不到 5 天（見圖 2）。這些庫存在關(guān)鍵行業(yè)甚至更小。這意味著海外的中斷可能會使一家半導(dǎo)體工廠關(guān)閉 2-3 周，如果該工廠只有 3-5 天的庫存，則有可能使美國的制造工廠癱瘓并讓工人休假。 受訪者還分享了他們對 2019 年至 2021 年半導(dǎo)體短缺的定性觀點以及他們對 2022 年初短缺的預(yù)期。兩個最大的主題是半導(dǎo)體需求高于最初的預(yù)測，以及外部因素，尤其是 COVID-19 -相關(guān)的停產(chǎn)，造成重大問題。
04瞄準(zhǔn)最具顛覆性的芯片
除了上述總體趨勢外，我們了解到 RFI 受訪者的瓶頸主要集中在少數(shù)特定類型的半導(dǎo)體輸入和應(yīng)用，包括傳統(tǒng)邏輯芯片（用于醫(yī)療設(shè)備、汽車和其他產(chǎn)品）、模擬芯片（用于電源管理、圖像傳感器、射頻和其他應(yīng)用）和光電芯片（用于傳感器和開關(guān)）。
重要的是要注意半導(dǎo)體并非都是平等的。有許多不同類型的半導(dǎo)體。一些利用剛剛發(fā)現(xiàn)的技術(shù)，另一些利用我們多年來擁有的技術(shù)。半導(dǎo)體“節(jié)點”標(biāo)識了半導(dǎo)體的特定設(shè)計以及創(chuàng)建它所需的制造工藝。汽車等終端產(chǎn)品需要幾個不同的特定半導(dǎo)體節(jié)點。這意味著不將半導(dǎo)體視為具有一個通用供應(yīng)鏈的一種產(chǎn)品，而是將其視為許多不同產(chǎn)品的集合，每個產(chǎn)品都有自己的供應(yīng)鏈，這些產(chǎn)品或多或少地存在嚴(yán)重的供需失配，這很有幫助。此外，不同的終端產(chǎn)品具有不同的約束條件（例如，芯片設(shè)計的約束條件、更長的產(chǎn)品生命周期）。
我們確定的存在嚴(yán)重半導(dǎo)體供需不匹配的特定類型產(chǎn)品被關(guān)鍵行業(yè)使用，包括醫(yī)療設(shè)備、寬帶和汽車。他們包括：

• 主要由傳統(tǒng)邏輯芯片制成的微控制器，例如 40、90、150、180 和 250 nm 節(jié)點。
• 模擬芯片包括，例如，40、130、160、180 和 800 nm 節(jié)點；和
• 包括例如 65、110 和 180 nm 節(jié)點的光電子芯片。

05為什么透明度很重要以及RFI的作用
盡管自 2021 年初以來取得了進展，但半導(dǎo)體短缺仍然存在。這部分是由于半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的復(fù)雜性（見圖 3）。生產(chǎn)者并不總是有明確的需求意識，芯片消費者并不總是知道他們需要的芯片來自哪里。這些障礙使開發(fā)解決方案變得更加困難。
這就是美國政府將整個行業(yè)聚集在一起并鼓勵提高整個供應(yīng)鏈透明度的原因。作為該努力的最新舉措，商務(wù)部于 9 月啟動了半導(dǎo)體 RFI，要求生產(chǎn)商和消費者提供信息，并廣泛開展工作以確保行業(yè)對 RFI 做出回應(yīng)。
  對 RFI 的回復(fù)應(yīng)在 11 月到期，我們收到了 150 多份回復(fù)，其中包括來自幾乎所有主要半導(dǎo)體生產(chǎn)商和多個消費行業(yè)公司的回復(fù)。我們收到的信息的數(shù)量和質(zhì)量都很高，圖 4 提供了有關(guān)受訪者的更多詳細(xì)信息。06向前進
在接下來的幾周內(nèi)，我們將利用這些新信息讓行業(yè)參與解決節(jié)點特定問題，我們將繼續(xù)使用早期警報系統(tǒng)來監(jiān)控與大流行相關(guān)的供應(yīng)鏈中斷并采取行動。
此外，我們正在與未對 RFI 做出回應(yīng)的公司以及那些回應(yīng)不如同行全面的公司進行接觸，以確保我們最準(zhǔn)確地了解導(dǎo)致供應(yīng)鏈瓶頸的原因。我們相信我們會得到我們需要的信息。我們將繼續(xù)使用我們掌握的工具來提高供應(yīng)鏈的透明度，并確保公司不會利用短缺。
最后但并非最不重要的一點是，我們將繼續(xù)支持總統(tǒng)提出的 520 億美元以提高美國《創(chuàng)新與競爭法》中包含的國內(nèi)半導(dǎo)體生產(chǎn)。這種半導(dǎo)體短缺是供需嚴(yán)重不匹配的結(jié)果，大流行進一步加劇了這種情況。RFI 中確定的第一個問題是晶圓廠產(chǎn)能不足，而這正是總統(tǒng)提案旨在加速的問題。