這僅僅是2021年全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈短缺帶來的一系列后果的冰山一角。新冠病毒肺炎(COVID-19)疫情、惡劣天氣以及其他因素給這些設(shè)備的全球供應(yīng)鏈帶來了前所未有的壓力，而這些設(shè)備的短缺已經(jīng)造成了不小的經(jīng)濟(jì)損失。2021年，僅汽車制造商的損失就高達(dá)2100億美元。專家預(yù)測，在一年或更長時(shí)間之內(nèi)，這些設(shè)備將供不應(yīng)求。美國北卡羅來納州立大學(xué)的運(yùn)營與供應(yīng)鏈管理專業(yè)教授Robert Handfield表示：“你不能僅靠踩油門就指望供應(yīng)鏈恢復(fù)正常?！背硕唐诘耐．a(chǎn)之外，這場危機(jī)可能會(huì)對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)造成長期影響，至少一些微芯片的產(chǎn)地會(huì)發(fā)生變化，甚至?xí)淖児こ處熢O(shè)計(jì)產(chǎn)品(需內(nèi)置微芯片)的方式。

　　每年，超過6400億枚微芯片為全球智能手機(jī)、電腦以及其他電子產(chǎn)品提供中央控制組件，制造商已經(jīng)將它們整合到其他各種產(chǎn)品中，包括電動(dòng)牙刷、電飯煲和電動(dòng)吸奶器。一輛汽車可容納超過1000枚芯片，這些芯片具有控制汽車的電動(dòng)車窗、點(diǎn)火系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)和氣囊等功能。

　　半導(dǎo)體供應(yīng)鏈?zhǔn)侨蚧牡湫头独４蠖鄶?shù)用于制造微芯片的硅來自北卡羅來納州的一個(gè)采石場，那里有世界上最純凈的石英礦床。然后由集中在日本和亞洲其他國家的工廠將粉末形態(tài)的硅制成薄的硅晶圓。之后，由那些設(shè)備昂貴且超級(jí)潔凈的工廠或晶圓工廠(fab)將微芯片的電路刻印在硅晶圓上(圖1)。在過去，美國負(fù)責(zé)完成上述流程的大部分工作，1990年美國制造了全球37%的芯片?，F(xiàn)如今，其份額已經(jīng)縮減至12%，亞洲晶圓工廠占據(jù)主導(dǎo)地位。僅臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司(簡稱臺(tái)積電，TSMC)自己就生產(chǎn)了全球一半以上的定制芯片(圖2)，而諸如蘋果公司等非常依賴臺(tái)積電制造的芯片。

　　在準(zhǔn)備安裝前，需要對(duì)微芯片進(jìn)行測試，之后從晶圓上將其切割下來再封裝，這些步驟通常由越南和馬來西亞的工廠來完成。封裝完成之后，這些經(jīng)歷了“環(huán)球旅行”的芯片才會(huì)被運(yùn)到工廠中(這些工廠通常位于中國)，工廠將這些芯片用于各種產(chǎn)品。智利、土耳其和荷蘭等其他國家提供生產(chǎn)半導(dǎo)體所必需的原材料和機(jī)械設(shè)備。

　　哈佛商學(xué)院(美國馬薩諸塞州波士頓)工商管理專業(yè)教授Willy Shih表示，半導(dǎo)體供應(yīng)鏈看似錯(cuò)綜復(fù)雜，但其復(fù)雜性在經(jīng)濟(jì)上意義重大。他說，制造過程中的每一步都是如此復(fù)雜和苛刻，“你需要更加專業(yè)”。因此，在最近的供應(yīng)鏈危機(jī)到來之前，“我們有一個(gè)分層清晰的供應(yīng)鏈，這從成本的角度來看是非常有效的?！?/p>

　　然而，近期發(fā)生的災(zāi)難暴露了芯片供應(yīng)鏈的脆弱性。2011年襲擊日本的大地震使得日本主要芯片供應(yīng)商的工廠關(guān)閉，導(dǎo)致全球汽車生產(chǎn)速度減緩。

　　暴發(fā)于2019年年末的新冠病毒肺炎疫情嚴(yán)重影響了供需關(guān)系，引發(fā)了更大的危機(jī)。因?yàn)橛腥绱硕嗟娜舜诩依?，所以人們?duì)筆記本電腦、智能手機(jī)、家用電器和游戲機(jī)等含芯片產(chǎn)品的需求激增。而且由于新的晶圓工廠的建造需耗資數(shù)十億美元，芯片制造商“在產(chǎn)能方面處于落后地位，他們不會(huì)事先投資以擴(kuò)大額外產(chǎn)能?！泵绹a拉丘茲大學(xué)供應(yīng)鏈管理學(xué)教授Patrick Penfield如是說。因此，生產(chǎn)無法跟上不斷增長的需求。2021年的其他突發(fā)事件也加劇了供應(yīng)鏈危機(jī)，包括2011年日本大地震后關(guān)閉的上述工廠又發(fā)生火災(zāi)，以及得克薩斯州暴發(fā)二月寒潮。新冠病毒肺炎疫情暴發(fā)迫使越南和馬來西亞切割和封裝微芯片的一些工廠關(guān)閉，這進(jìn)一步加深了芯片短缺危機(jī)。

　　由于在新冠病毒肺炎疫情早期，驟降的銷量使各汽車制造商大幅度減產(chǎn)，并取消了不少半導(dǎo)體訂單，因此汽車制造商在2021年陷入困境。Willy Shih表示，當(dāng)他們后來決定應(yīng)消費(fèi)者需求回升而提高產(chǎn)量時(shí)，才發(fā)現(xiàn)其他生產(chǎn)高需求產(chǎn)品的公司，如健身器材和電器公司，已經(jīng)在芯片廠下了訂單。

　　半導(dǎo)體市場競爭非常激烈，2021年10月的訂單等待時(shí)長破紀(jì)錄地達(dá)到了將近22周，相比之下，2019年年底訂單的等待時(shí)長為12周左右。然而，制造商設(shè)法從現(xiàn)有工廠分割更多產(chǎn)量，到2021年年中，芯片出貨量達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的水平。隨著供應(yīng)量增加，至少某些類型半導(dǎo)體的需求可能會(huì)下降。Willy Shih表示，在疫情早期，消費(fèi)者搶購的很多產(chǎn)品，如筆記本電腦屬于耐用產(chǎn)品，其未來銷量可能會(huì)下降。盡管如此，Willy Shih、Penfield和Handfield教授認(rèn)為，芯片短缺將一直持續(xù)到2022年或2023年年末。

　　更多晶圓工廠的建立將成為芯片危機(jī)的遺留問題之一，臺(tái)積電、英特爾和美光等公司宣布，計(jì)劃投資數(shù)十億美元擴(kuò)大產(chǎn)能。但是芯片短缺也可能從根本上改變半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的結(jié)構(gòu)。德國亞琛工業(yè)大學(xué)媒體流程學(xué)教授Thomas Rose表示，制造和使用微芯片的公司將重新評(píng)估微芯片的來源。他認(rèn)為，削減成本一直是首要任務(wù)，但現(xiàn)在“他們必須考慮供應(yīng)鏈可靠性的附加值”，以及客戶是否會(huì)為增加的可靠性支付更多費(fèi)用。

　　為了維持芯片供應(yīng)，歐盟、美國、日本、中國以及其他國家正在尋求提高國內(nèi)產(chǎn)能的解決方案。雖然這些國家在新冠病毒肺炎疫情暴發(fā)之前就已開始尋找解決方案，但最近的芯片短缺危機(jī)使得解決方案的尋求更加緊迫?？紤]到微芯片對(duì)國家經(jīng)濟(jì)和國防的重要性，Penfield說：“如果你不在你自己國家制造芯片的話那就太愚蠢了。”

　　然而，歐盟或個(gè)別國家能否縮短供應(yīng)鏈還有待觀察。解決芯片短缺問題的難點(diǎn)之一是必要的巨額投資。2021年美國政府提出了一項(xiàng)計(jì)劃，擬花費(fèi)520億美元促進(jìn)其國內(nèi)芯片的生產(chǎn)。而臺(tái)積電計(jì)劃在未來三年內(nèi)花費(fèi)這一數(shù)額的近兩倍。

　　另一難點(diǎn)則是行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者臺(tái)積電及緊接其后的韓國三星電子公司在技術(shù)上領(lǐng)先，僅有他們兩家公司能夠制造5 nm芯片，而該芯片對(duì)最新一代的iPhone等產(chǎn)品至關(guān)重要?？偛课挥诿绹永Ｄ醽喼菔タ死挠⑻貭柟驹鞘澜缟献畲蟮陌雽?dǎo)體制造商，其直到2022年才開始生產(chǎn)被推遲了很久的同類產(chǎn)品。

　　Handfield表示：“認(rèn)為美國或其他國家在不久的將來能夠在芯片制造領(lǐng)域自給自足的觀點(diǎn)是‘癡人說夢’。你不能只建立起一個(gè)半導(dǎo)體供應(yīng)鏈，而且建立一個(gè)半導(dǎo)體供應(yīng)鏈需要至少十年的時(shí)間?！钡遣扇∫恍┐胧?，使供給免受沖擊是可行的。大多數(shù)產(chǎn)品需要的是標(biāo)準(zhǔn)的微芯片，而不是尖端的5 nm微芯片，甚至iPhone也依賴標(biāo)準(zhǔn)芯片，處理一些諸如顯示屏控制和功耗管理等任務(wù)。個(gè)別國家也可增加這些較小功率的半導(dǎo)體產(chǎn)量。Handfield建議，規(guī)模更小、成本更低的晶圓工廠可能會(huì)滿足各國對(duì)芯片的需求，而這些芯片對(duì)國防和其他關(guān)鍵經(jīng)濟(jì)部門至關(guān)重要。在芯片行業(yè)具有領(lǐng)先地位的國家也可以遷移一些芯片制造設(shè)備。臺(tái)積電計(jì)劃在美國亞利桑那州鳳凰城建造一家5 nm芯片工廠，該計(jì)劃已開始實(shí)施。

　　增加設(shè)計(jì)靈活性也有助于加強(qiáng)半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的彈性。與智能手機(jī)等設(shè)備中的芯片相比，汽車中的芯片必須達(dá)到更高的可靠性和耐用性標(biāo)準(zhǔn)，而且具有不可替代性。但是對(duì)于大部分產(chǎn)品而言，Willy Shih認(rèn)為，制造商可以選擇“提升軟件的功能性，采用更多可替代、可更換的通用零部件?！?/p>