从新冠疫情暴发到现在，芯片短缺始终困扰着电子产品供应链。疫情引发行业动荡已近两年，作为多种科技产品的心脏，芯片依然严重短缺；游戏机、网络设备、医疗器械、汽车等行业的制造商们仍饱受缺芯的摧残。
人们最初认为这个问题会自行解决——要么是厂商加大力度满足需求，要么是需求自然降温，但现在“缺芯”问题依然十分严重。
芯片问题非但没有得到缓解，反而越发难以控制。封城、全民居家隔离都已经成为过去时，芯片短缺却还是摆在眼前的大问题。
由于造不出足够多的汽车，一些汽车厂商销量骤减、被迫停产。11月17日，大众汽车就因供应链问题暂停在德国生产电动汽车。美联社9月报道，受缺芯影响，通用、福特多家北美装配厂一度停产；特斯拉CEO埃隆·马斯克曾在员工内部邮件中提醒，特斯拉交付数量取决于全球芯片短缺状况，而短缺仍然很严重。
今年10月，苹果将财务业绩不佳的原因归咎于芯片短缺，还有报道称iPhone 13因芯片短缺而将减产1000万部；英特尔也警告称，供不应求的局面可能持续到2023年。
游戏硬件行业同样也不好过，任天堂本月也宣布，受芯片紧缺等因素影响，不得不下调销售预期。任天堂预计当前财年的总销量为2400万台，这与此前设定的2550万台的销售目标相比低了约6%。
简而言之，半导体供应链已经以根深蒂固、难以解决的新方式延伸开来。需求的增长速度超过了芯片企业的能力范围，尤其是使用广泛的基础元件，更是会因为巨大的需求波动带来几大的投资风险。
半导体行业分析公司IC Insights市场研究副总裁布莱恩·马塔斯（Brian Matas）表示：“全球经济因为疫情陷入停滞如此之久，供应链居然还没恢复。”
芯片行业明明就处在技术进步的最前沿，可为什么还总是短缺，连买一台PS5都会秒没呢？
芯片短缺之所以持续不断，主要就是因为供不应求——芯片需求依然在激增，但要建设新的工厂并非一直一夕之事。此外，历史上的那些暴涨暴跌的周期变化也令一些投资者望而却步。
需求涨得快 建新厂没那么快
2020年，当新冠疫情的经济影响逐步显现时，芯片行业已经开始预计需求的增长。根据半导体行业协会的数据，全球芯片销售额在2019年下滑12%。但在2019年12月，该组织预计全球芯片行业将在2020和2021年分别增长5.9%和6.3%。
最新数据显示，2020年8月至2021年8月间的全球芯片销售额增长了29.7%。需求受益于云计算和5G等技术的推动，而汽车和家电等各类产品也都在加大芯片的使用量。
哈佛商学院教授、前英特尔董事大卫·约菲（David Yoffie）表示，居家办公、居家娱乐和电子商务使得许多高科技产品的需求暴涨，这出乎许多人的意料。
芯片厂商大约到一年前才意识到这种需求的持续力度，但转向并非一朝一夕之事。新建芯片工厂需要耗费数十亿美元，还要花费好几年时间。约菲指出：“大约需要两年时间才能建起一座新工厂。而且工厂规模越来越大，成本越来越高，也越来越复杂。”
索尼和台积电近日宣布，将投资70亿美元在日本建设一座能够生产旧元件的芯片工厂，但要到2024年底才能投产。英特尔也在投资建设几座技术先进的新工厂，但也得2024年才会上线
约菲指出，只有荷兰ASML公司（全球最大的半导体设备制造商之一）能够供应生产尖端芯片所需的极紫外光刻机，售价高达1.2亿美元。但ASML无法加快供应速度，满足暴增的需求。
设备和材料短缺
生产半导体所需的许多物品也很短缺。制作印刷电路板的基片，也就是固定芯片的表面，一直以来都很难采购。
这些电流板是芯片之间相互通讯的关键。康奈尔大学纳米科学与技术研究中心运营总监罗恩·奥尔森（Ron Olson）还指出，与制造过程相关的某些复杂物品，例如个人防护用品和天然气管，现在也出现延迟交货。
建设新工厂和扩大现有工厂的产能，也对半导体生产设备供应链构成压力。“我们往往会关注芯片工厂，但芯片工厂需要一整套东西才能成为芯片工厂，这些东西现在也出问题了。”康奈尔大学材料工程教授克里斯·奥博（Chris Ober）说，“如果大家都想生产芯片，那就会抢购同样的设备。”
高度专业化的半导体设备生产商数量有限，交货周期很长。此外，在工厂安装和测试这些设备的可靠性同样要耗费很多时间。
“买设备要花半年到一年，然后还要进行各种工艺开发和设备鉴定。”奥尔森说，“这都要花时间。”
劳动力短缺
要满足日益增长的芯片需求，除了得建更多芯片厂之外，还得招更多的人。半导体贸易组织IPC 9月末发布报告称，将近4/5的制造商难以招到合适的工人，欧洲和北美的问题尤其严峻。
要处理芯片生产过程中使用的有毒化学物质，员工得接受专门的培训，这就给增加用工量带来了又一个瓶颈。企业现在都在靠更高的薪资、更灵活的工作时间还有培训和教育机会来吸引新员工。
美国《俄勒冈人报》报道称，英特尔甚至在在电视和广播上投放了“求助”（help wanted）广告，专门招募勤工俭学的大学生。
资源向尖端芯片倾斜，老式芯片“难产”
资源不足的进一步影响在这时就体现出来了——并非所有芯片都“生而平等”。
电源控制芯片、微控芯片和传感器等简单半导体元件成为主要的短缺来源。这些设备的复杂度远不及智能手机和游戏机使用的CPU和GPU，使用的制造工艺也不算复杂。但它们的应用范围极其广泛，从微波炉到医疗设备，再到玩具，几乎所有产品都会用到这种电子元件。
电子元件平台Sourceability副总裁约什·普希（Josh Pucci）表示，许多产品中使用的电源控制芯片曾经只要1美元，但如今却暴涨到150美元。IC Insights表示，这类元件的交付周期已经从4-8周延长到24-52周。老式芯片生产设备如今难以找到，而这些产品的短缺推升此类设备需求。
市场研究公司Gartner预计，2021年第二季度的全球芯片工厂产能利用率达到95.6%，而2019年第二季度仅为76.5%。Gartner分析师高拉夫·古普塔（Gaurav Gupta）表示，这表明工厂已经满负荷运行，因为有些生产线需要停机维护。
芯片代工企业GlobalFoundries的CEO汤姆·考菲尔德（Tom Caulfield）今年10月表示，他的公司产能已经预订到2023年。Analog Devices的部分产品面临极高的需求，该公司CFO今年8月对投资者表示，订单已经排到本月开始的下一财年。
芯片厂商面临的部分挑战在于，有些客户可能出现“加倍预订”的情况，即为了防止供应不足故意超量采购，从而导致未来的需求趋势难以预测。“加倍预订导致的现货短缺令情况更加糟糕。”哈佛商学院教授威利·施（Willy Shih）说。
今年6月，马斯克也曾在推特中戏称“由于担心不够用，每家公司都超量订购，这种情况就像厕纸短缺一样，只是规模巨大。”
分析师认为，能够生产这些芯片的企业可能不愿投资建新厂，因为这类芯片利润微薄，半导体行业的周期属性又很强，经常出现需求暴涨暴跌的情况。他们担心未来的芯片供过于求会压低产品价格。
“回顾一下半导体行业的历史，会发现利润和价格暴涨之后，都会出现一个严重的下滑周期。”哈佛商学院的约菲说，“我们根本不知道当前的需求增长能否延续。”
虽然有许多新的芯片产能，但多数都会用来满足尖端产品。Gartner今年1月发布的报告预计，芯片制造商今年将投资1460亿新建产能，较2019年增长50%，但其中只有很少一部分用于较常见的老式芯片。
从理论上讲，增加尖端芯片产能可以让更多工厂有空闲来生产老式芯片，但在供不应求时不会出现这种情况。Sourceability的普希表示，虽然企业最近开始针对老式芯片投资建设产能，但必须让客户承诺两年的订单，才考虑动工。
从中国台湾缺水和美国得州极端天气对生产的影响来看，这些元件及其供应链面临的压力显而易见。“几周的库存，可以说是没有任何空间来消化这些影响。”普希说。
“疫情似乎已经过去了‘肆虐’的阶段。”宾夕法尼亚大学沃顿商学院教授盖德·艾伦（Gad Allon）说，“但受到疫情影响的芯片行业，仍在水深火热之中。
”芯片要缺到什么时候？
ASML首席执行官彼得•温尼克（Peter Wennink）最近解释道：“去年因为疫情，客户们都很谨慎。但回过头来看，他们似乎谨慎过度，把需求压得太小。现在需求猛增，我们肯定要花费一段时间才能实现产能爬坡。”在他看来，需要等到2022年才能满足如今的产出需求。
英特尔CEO帕特•基辛格（Pat Gelsinger）表示，新冠疫情期间的在线活动激增引发了“半导体的爆发式增长周期”。他补充道：“虽然行业已经采取一些措施解决近期的紧张局面，但整个生态系统还需要两年时间才能解决芯片、基片和元件短缺问题。”
台积电董事长刘德音对其满足需求的能力持乐观态度。去年他曾表示：“我们目前认为……我们可以在（2020年）6月底之前满足客户的最低要求。”
但如他所说，这并不意味着短缺会很快消失。“会有延迟。尤其是汽车芯片，这个行业的供应链又长又复杂。供应时间需要七八个月。”他补充道。
半导体需求显然会继续增长，温尼克说：“我们坚信目前的产能无法支撑增长。因此，我们需要通过缩短生产周期、增加人手、机器和建筑面积来加快生产速度，从而扩大产能。”
“根本趋势在于数字化转型，” 温尼克总结道，“这还需要许多年才能实现。”
本文来自微信公众号“新浪科技”（ID:techsina），编译：书聿
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