芯片荒为什么无解？
撰文 / 马晓蕾
编辑 / 刘宝华
设计 / 赵昊然
来源 / Wall Street Journal，作者：Eun-Young Jeong, Dan Strumpf
芯片制造商绞尽脑汁想出了一系列的办法来缓解“芯”荒问题，包括改变制造流程来增加供应、向竞争对手开放剩余产能、审核客户订单以防止囤积和调换生产线等。即便如此，传来的消息依旧令人沮丧，据行业高管称，没有快速的解决办法，短缺很可能会持续到2022年。
芯片短缺问题似乎陷入了一个僵局：一时半会儿不会有行之有效的解决方案，所有人都只能等。
芯片制造商的高管们表示，他们只能从现有工厂增加增量提升产能。由于制造半导体所需设备和空间的规模和复杂性，建设一个新的制造工厂可能需要数年时间。
对于某些使用芯片的行业来说，这可能会影响到它们疫情后的复苏，这些行业本来还指望能够利用起疫后的消费反弹。同时，这也会引发了通货膨胀的隐忧，因为芯片成本居高会刺激整个市场的价格。
芯片商顾此失彼
格罗方德公司位于纽约州马耳他的工厂的半导体晶圆 ▼
由于芯片巨头追求高利润的尖端芯片而早已被战略性忽视的基础芯片也出现在此次缺口中。
大型芯片制造商都在5G和服务器所需的芯片上做了战略押注，因为这些尖端芯片利润更高。当新冠疫情使全球经济陷入最严重的衰退时，这种方法出现了bug，冲击了供应链和消费者的消费模式。
这使得芯片制造商没有能力应对汽车、计算机显示器、扬声器和家电等产品中广泛使用的老式、不那么复杂的半导体的高需求，这些产品在疫情期间被囤积起来。
半导体是许多行业的命脉，按进出口额计算，半导体是世界上第四大贸易产品，仅次于原油、成品油和汽车。
多年来，世界上最大的芯片制造商为满足下一代半导体需求投入产能，并将重点从生产基础芯片上移开。
但是，汽车和家用电子产品中都有很多比较初级的元件。其中包括电源管理芯片（一种调节设备中电力流动的基本芯片）和微控制器（运行一系列功能的主力）。
“没有哪个电子设备不需要微控制器。”格罗方德的嘉菲尔德（Thomas Caulfield）说，“这一部分是普遍都缺的。”
即使是高端的电子产品也需要一些基础芯片来操作，事实上，越是复杂的技术需要的基础芯片量越大。据研究公司Omdia的分析师何慧（Hui He）称，一款5G智能手机可以容纳多达8个电源管理芯片，而4G手机只有2到3个。
根据研究公司Gartner的数据，2020年，27%的芯片制造设备支出用在行业最尖端芯片的制造生产设备，这些芯片通常用于智能手机、高端PC和数据中心。而用在生产基础芯片的设备还不到前者一半，约为11%。
全球最大的代工芯片制造商台积电（Taiwan Semiconductor Manufacturing Co.）在1月份告诉投资者，公司正在与客户合作，对他们正在使用中的一些芯片进行了升级，以便可以在更先进的生产线上制造，因为这些生产线的产能更大。
4月15日，该公司高管告诉投资者，由于疫情和地缘政治紧张局势，客户一直在囤积较高的库存。将现有的生产线从制造一种类型的芯片切换到另一种类型的芯片并不容易，因为不同类型的芯片需要不同的设备来制造，尽管可以有部分重叠。
天灾人祸，雪上加霜
大火在这家隶属于瑞萨的子公司的工厂里留下了大量烧焦的设备 ▼
除了需求激增之外，生产商还受到了一系列社会事件的阻碍，这些事件导致供应中断。中美政治摩擦不断，以及对长期短缺的担忧，也促使一些生产商囤积芯片。
美中贸易紧张局势加剧了供应紧张，特别是在过去一年，华盛顿的政策逐渐限制向一些中国买家出售美国设计或制造的芯片。华为技术有限公司副董事长徐直军表示，对制裁的担忧促使中国的科技公司储备芯片，并为最坏的情况做好准备。
“现在中国企业囤积了1个月、3个月，甚至6个月，他们已经打乱了整个系统。”徐直军说。中国海关数据显示，2020年中国的半导体进口量飙升了15%，2021年3月份达到创纪录的359亿美元。
芯片生产受到日本工厂火灾和美国南部极寒天气等事件的干扰，导致生产线关闭。主要芯片制造中心台湾的干旱有可能进一步降低该行业的产量，因为在芯片制造过程中，对水的需求量是很大的。
使用芯片的产品制造商正在加紧生产，以期待疫情后的经济复苏。芯片需求的激增推高了价格，并延长了本来就已经很漫长的等待时间。包括丰田和通用在内的汽车制造商已被迫闲置或减少部分工厂的产量。
不少买家表示，他们面临半年或更长时间的延误。“你周一去问，他们告诉你交货期是12周。然后你周三再问，就成了27周了。”总部位于瑞士的空气质量跟踪设备制造商Kaiterra的首席执行官利亚姆·贝茨（Liam Bates）说。
该公司正在加强应急计划，以使它的供应链永不过时。原本只专注于制造新产品的工程师们现在也会分配大量时间来重新设计现有产品，以便在不同的芯片上运行，避免出现某一种芯片始终供不上货的情况。最近，该公司决定为一些零部件储备1年的库存。
解决方案杯水车薪
全球芯片分销商之一Fusion Worldwide ▼
半导体生产商正在努力提高产量，但小幅增长不太可能解决目前从汽车、家电到PC等各种产品生产的短缺问题。
总部位于加州圣克拉拉（Santa Clara）的格罗方德公司（GlobalFoundries）是全球最大的代工芯片制造商之一。为了完成大量的订单，该公司正在调动所有工程师想方设法从它美国、新加坡和德国的工厂挤出一点额外产量，哪怕是微不足道的。
解决方案包括推迟某些维护工作，并稍微加快一下晶圆在生产线上的“移动”速度。该公司首席执行官汤姆∙嘉菲尔德（Thomas Caulfield）说， “我们正在努力研究如何做得更多、造得更多。”
4月13日，美国总统乔·拜登（Joe Biden）在与汽车和科技高管会面时呼吁两党推动加强美国半导体产业。他已拨出500亿美元，作为2.3万亿美元基础设施计划的一部分，以促进美国的半导体生产。
预计这笔支出不会推动得很远。根据行业组织半导体工业协会的数据，要想让美国的芯片达到自给自足的水平，需要在十年内投入超过1.4万亿美元的投资和政府激励措施。
Fusion Worldwide亚太区销售副总裁马库斯·陈（Marcus Chen）表示，从来没有哪一次芯片短缺会同时影响到这么多类型和品牌的芯片。Fusion Worldwide是全球众多分销商之一，他们作为中间商向买家供应电子元件。
通常，建造和装备一个晶圆厂至少需要2年时间，其成本可能高达数十亿美元。工厂里最先进的机器造价可以高达1亿美元，而且规模很大，需要3架747飞机才能运送。
一旦晶圆厂建成，一块芯片通常需要3个月的时间来制造，最尖端的芯片则需要更长的时间。
所以，如果要新建工厂，对于半导体制造商来说，就相当于一场押注数十亿美元的豪赌，赌这种激增是否会持续下去，也可能在新工厂投产时需求开始逐渐减少了。许多人不愿意改变长期的支出计划，因为眼前的需求激增可能只是昙花一现。
不过，全球最大的半导体公司仍在拨出巨额资金来提升整体产能。台积电4月份公布了业界有史以来最大的投资，在未来3年内拨出1000亿美元来提升产能。不过，该公司近期的大部分支出将用于打造最尖端的芯片。
在美国，英特尔公司3月份承诺为亚利桑那州（Arizona）的2个厂区投资200亿美元，并表示2021年还有进一步的投资承诺。韩国三星电子公司已指定在2030年前投资1160亿美元，以实现芯片生产的多元化。
生产芯片的设备也短缺
3月份，中国最大的芯片制造商中芯国际获深圳政府资助23.5亿美元，建设一家专注于基础芯片制造工艺的新工厂。该公司预计新工厂将于2022年开始投入生产。但该公司CEO赵海军在2月份对投资者说，迟迟未能获得新的芯片制造设备是提高产量的一个障碍。
销售二手芯片制造设备的SurplusGlobal首席执行官布鲁斯·金（Bruce Kim）表示，制造半导体所需机械设备的交货时间增加了1倍甚至4倍。
在格罗方德，嘉菲尔德说，该公司计划2021年投资14亿美元扩大现有设施的产能，2022年可能会将这一数字提高一倍。他说，一些客户已经承诺投资资金以确保未来的产能，占公司今年资本支出的30%。在疫情之前，这个数字是零。
“你看到很多客户说，‘我不会让这种情况再次发生，我的业务太重要了。”嘉菲尔德说。
在英特尔，首席执行官帕特·基辛格（Pat Gelsinger）表示，该公司将把部分产能用于生产汽车零部件制造商所需的特别短缺的芯片。基辛格在接受采访时表示，供应可能在6到9个月内开始改善。
总部设在以色列的晶圆代工企业Tower Semiconductor的首席战略官盖伊·埃里斯托夫（Guy Eristoff）表示，芯片生产可以加速。埃里斯托夫表示，通过对生产线进行分类，使高优先级芯片快速生产。在极少数情况下，芯片生产可以加快到通常速度的3.5倍。
埃里斯托夫说，总的来说，这些措施意味着个别芯片可以在30到40天内生产出来，而不是通常的120天。但这样做会增加其他芯片的整体生产时间。这些调整最多只能使一个晶圆厂的产能提高5%，而且最多只能维持6个月。
“小办法很多。”埃里斯托夫说，“但如果不购买更多的设备，你不可能以持续的方式比现在的产量多出那么多。”
订单激增可能只是假繁荣
供应商对突然激增的订单量警惕性还是很高的，他们认为需求的激增可能不会持续，惊慌失措的买家会盲目加单或向多家公司下订单。
加州圣何塞（San Jose）的博通公司（Broadcom）是全球领先的芯片公司之一，该公司要求所有的订单就是实际的需求量。它最近提醒投资者，它不允许客户取消芯片订单，阻止一些买家因担心短缺而慌忙下单。
“客户加速预订提前交货，造成供需不平衡。”首席执行官陈福阳（Hock Tan）告诉投资者。该公司今年的预订量快达到饱和状态了，已接近90%。
汽车制造商是受到短缺打击最大的买家之一，因为汽车需要比以往更多的半导体。根据咨询公司德勤的数据，2017年电子产品占汽车总成本的40%以上，比2007年翻了一番。
它们的使用量预计将随着成本的增加而增长。德国汽车芯片制造商英飞凌科技公司（Infineon Technologies AG）表示，预计到2030年，自动驾驶汽车中的芯片成本将从目前“2级”汽车或部分自动驾驶汽车所需的约170美元跃升至约1200美元。
加拿大的智能照明制造商Nanoleaf的主要生产基地在中国东莞，该公司表示，过去该公司从下单到收货的周期为2到4个月。现在，对于计划在2022年1月或5月收货的订单，供应商要求Nanoleaf现在就下单。
“现在钱几乎都不是问题。关键是你能得到什么。”Nanoleaf的首席运营官闫思成（Christian Yan）说，他不知道公司在2021年下半年能拿到多少芯片。
对于以色列Tower Semiconductor来说，满足客户的需求已经成了一种微妙的平衡关系，需要考虑客户的利润率、订单量、忠诚度和业务潜力等因素。
“这是一个非常困难的决定。”埃里斯托夫说，“有些人的生意可能会受到伤害。”