美國官方披露：這些芯片最缺

來源：本文由半導體行業觀察編譯自美國商務部文件。

美國商務部長雷蒙多日前發文表示：
在過去的一年里，美國人開始認識到半導體在我們日常生活中所扮演的重要角色。COVID大流行造成了包括半導體在內的許多行業供不應求。
盡管私營部門在整理供應鏈方面仍有工作要做，但我們已經看到了一些關于半導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體工廠，投資 200 億美元，創造 10,000 多個工作崗位。
• 我很高興能在白宮與拜登總統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系，以確定合作創新未來芯片的方法。這一點至關重要，因為電動汽車需要多達 2,000 個半導體——比配備內燃機的汽車要多得多。
• 通用汽車最近宣布與 7 家不同的半導體生產商建立類似的合作伙伴關系。

這些公告表明，芯片消費者和生產商正在齊心協力解決他們的供應鏈問題。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。但半導體供應鏈仍然脆弱，國會必須迅速采取行動，盡快通過總統提議的 520 億美元芯片資金。
雖然我們預計不會因為Omicron而導致供應鏈長期中斷，但任何中斷都會產生連鎖反應。
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量比預期少了近 800 萬輛，一些分析師認為這導致超過 2100 億美元的收入損失。
解決這場危機是經濟和國家安全的當務之急。
去年，商務部發布了一份自愿信息請求，以幫助我們識別全球芯片供應鏈中的瓶頸。
今天，我們正在確定一些關鍵發現：

• 超過 150 家公司做出了回應，其中包括幾乎所有的主要半導體生產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%。業界預計未來六個月需求將超過供應。
• 絕大多數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。
• 芯片庫存中位數已從 2019 年的 40 天降至不到 5 天。這些庫存在關鍵行業甚至更小。這意味著，如果COVID爆發、自然災害或政治動蕩僅在幾周內擾亂外國半導體工廠，它就有可能關閉美國的制造工廠，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體輸入和應用中：

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

這就是為什么國內半導體資金極為緊迫。眾議院正準備推出他們的美國創新與競爭法案 (USICA)，其中包括 520 億美元的國內半導體資金，以幫助我們制定長期解決方案。參議院已經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，我們可以創造良好的就業機會，重建美國制造業，并在未來幾十年加強我們在國內的供應鏈。
01半導體供應鏈信息索取結果
過去一年，拜登政府與私營部門合作，了解和解決全球半導體短缺問題。這些計算機芯片是越來越多產品的重要組成部分，從您的手機和汽車到醫療設備等其他關鍵商品。

半導體短缺被描述為是由一系列“完美風暴”造成的。在 2020 年之前，獲得生產投入已經存在困難，包括用于制造舊品種芯片的半導體制造設備，以及用于電子組裝的組件，如二極管、電容器和基板。隨著行業轉向更多半導體密集型產品（例如電動汽車、5G），對芯片的需求也出現了潛在增長。大流行通過急劇增加對需要各種半導體的產品的需求而加劇了這些趨勢。同時，供應因工廠火災、冬季風暴、能源短缺和與 COVID-19 相關的停工等一系列黑天鵝事件而中斷。
私營部門最有能力應對當前短缺帶來的近期挑戰，方法是增加產量、進行供應鏈管理以最大限度地減少中斷，以及通過產品設計來優化半導體的使用。然而，鑒于半導體對美國經濟安全的重要性，拜登政府正在盡其所能促進解決方案并克服在尾部風險時刻出現的高度協調挑戰。
自去年春天以來，政府舉辦了半導體行業會議以促進合作，成立了供應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以監控半導體行業的生產中斷。
政府與行業參與者合作，以提高供應鏈透明度并建立長期合作伙伴關系。這些措施有助于緩解導致汽車制造商等行業停產和讓工人休假的緊迫危機。
但半導體供應鏈仍然脆弱。需求繼續遠遠超過供應。
9 月，商務部發起了關于半導體供應鏈的信息請求（Request for Information或“RFI”），為復雜的全球半導體供應鏈提供了新的見解。該部門收到了 150 多份回復，其中包括來自幾乎所有主要半導體生產商和多個消費行業公司的回復。
當中一些主要發現包括：

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

在接下來的幾周內，我們將利用這些新信息讓行業參與解決節點特定問題。我們還將調查有關這些節點異常高價格的說法。

RFI 結果清楚地表明：美國需要生產更多的半導體。國會必須為國內半導體生產提供資金，例如美國創新和競爭法，以解決我們的長期供應挑戰。
02自2021年初以來的進展
利用率：自 2020 年半導體短缺開始以來，半導體公司顯著提高了現有產能的利用率。具體來說，從 2020 年第二季度到 2021 年，半導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過程來說是非常高的（見圖 1）。

投資：半導體公司比以往任何時候都更快地投入更多資金來擴大產能。半導體行業協會在其 2021 年報告中預測，2021 年半導體行業資本支出 (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，該行業的年度資本支出從未超過 1150 億美元. 這些數字反映了最近的公告，例如關于在俄亥俄州建立新的英特爾半導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化為增加的產量。此前宣布的部分投資預計最早將于 2022 年下半年上線。
新的供應鏈合作伙伴關系：半導體生產商正以前所未有的創新方式與半導體客戶合作。在白宮領導的行業會議之后，福特和 Global Foundries 最近宣布建立合作伙伴關系，以確定他們可以合作的方式，以創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體生產商建立類似的合作伙伴關系。這些公告表明，芯片消費者和生產商正齊心協力為供應鏈問題尋找創造性的解決方案。
COVID-19 監測：與 COVID-19 相關的半導體生產中斷在 2021 年普遍存在。這就是為什么美國政府針對與 COVID-19 相關的全球微電子制造停工設立了早期警報系統。該系統建立在三個支柱之上：早期發現、增強參與和透明度。商務部、國務院和疾病控制與預防中心 (CDC) 繼續密切合作，主動監控通過該系統標記的關鍵制造設施，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議并盡量減少對員工和全球供應鏈的干擾。最后，疫苗接種是最大程度地減少與大流行相關的干擾的最佳方式，這就是政府領導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中學到了什么
RFI 證實芯片的供需存在嚴重且持續的不匹配，受訪者認為該問題在未來六個月內不會消失。對 RFI 做出回應的買家強調，2021 年對芯片的需求中位數比 2019 年高出 17%，而買家沒有看到他們收到的供應量相應增加。
確定的主要瓶頸是需要額外的晶圓廠產能。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的半導體產品，響應 RFI 的消費者的庫存中位數已從 2019 年的 40 天下降到 2021 年的不到 5 天（見圖 2）。這些庫存在關鍵行業甚至更小。這意味著海外的中斷可能會使一家半導體工廠關閉 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 年半導體短缺的定性觀點以及他們對 2022 年初短缺的預期。兩個最大的主題是半導體需求高于最初的預測，以及外部因素，尤其是 COVID-19 -相關的停產，造成重大問題。
04瞄準最具顛覆性的芯片
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特定類型的半導體輸入和應用，包括傳統邏輯芯片（用于醫療設備、汽車和其他產品）、模擬芯片（用于電源管理、圖像傳感器、射頻和其他應用）和光電芯片（用于傳感器和開關）。
重要的是要注意半導體并非都是平等的。有許多不同類型的半導體。一些利用剛剛發現的技術，另一些利用我們多年來擁有的技術。半導體“節點”標識了半導體的特定設計以及創建它所需的制造工藝。汽車等終端產品需要幾個不同的特定半導體節點。這意味著不將半導體視為具有一個通用供應鏈的一種產品，而是將其視為許多不同產品的集合，每個產品都有自己的供應鏈，這些產品或多或少地存在嚴重的供需失配，這很有幫助。此外，不同的終端產品具有不同的約束條件（例如，芯片設計的約束條件、更長的產品生命周期）。
我們確定的存在嚴重半導體供需不匹配的特定類型產品被關鍵行業使用，包括醫療設備、寬帶和汽車。他們包括：

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

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，但半導體短缺仍然存在。這部分是由于半導體供應鏈的復雜性（見圖 3）。生產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。這些障礙使開發解決方案變得更加困難。
這就是美國政府將整個行業聚集在一起并鼓勵提高整個供應鏈透明度的原因。作為該努力的最新舉措，商務部于 9 月啟動了半導體 RFI，要求生產商和消費者提供信息，并廣泛開展工作以確保行業對 RFI 做出回應。
  對 RFI 的回復應在 11 月到期，我們收到了 150 多份回復，其中包括來自幾乎所有主要半導體生產商和多個消費行業公司的回復。我們收到的信息的數量和質量都很高，圖 4 提供了有關受訪者的更多詳細信息。06向前進
在接下來的幾周內，我們將利用這些新信息讓行業參與解決節點特定問題，我們將繼續使用早期警報系統來監控與大流行相關的供應鏈中斷并采取行動。
此外，我們正在與未對 RFI 做出回應的公司以及那些回應不如同行全面的公司進行接觸，以確保我們最準確地了解導致供應鏈瓶頸的原因。我們相信我們會得到我們需要的信息。我們將繼續使用我們掌握的工具來提高供應鏈的透明度，并確保公司不會利用短缺。
最后但并非最不重要的一點是，我們將繼續支持總統提出的 520 億美元以提高美國《創新與競爭法》中包含的國內半導體生產。這種半導體短缺是供需嚴重不匹配的結果，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能不足，而這正是總統提案旨在加速的問題。