美國官方披露：這些芯片最缺

來源：本文由半導體行業(yè)觀察編譯自美國商務部文件。

美國商務部長雷蒙多日前發(fā)文表示：
在過去的一年里，美國人開始認識到半導體在我們?nèi)粘Ｉ钪兴缪莸闹匾巧OVID大流行造成了包括半導體在內(nèi)的許多行業(yè)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(jīng)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(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系，以確定合作創(chuàng)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(nèi)燃機的汽車要多得多。
• 通用汽車最近宣布與 7 家不同的半導體生產(chǎn)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(chǎn)商正在齊心協(xié)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(chuàng)造性的解決方案，因為私營部門最適合解決瓶頸問題。但半導體供應鏈仍然脆弱，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。
雖然我們預計不會因為Omicron而導致供應鏈長期中斷，但任何中斷都會產(chǎn)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(chǎn)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(jīng)濟和國家安全的當務之急。
去年，商務部發(fā)布了一份自愿信息請求，以幫助我們識別全球芯片供應鏈中的瓶頸。
今天，我們正在確定一些關鍵發(fā)現(xiàn)：

• 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(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)界預計未來六個月需求將超過供應。
• 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。這些庫存在關鍵行業(yè)甚至更小。這意味著，如果COVID爆發(fā)、自然災害或政治動蕩僅在幾周內(nèi)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(yī)療設備和其他產(chǎn)品中使用的傳統(tǒng)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(zhàn)。
• 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(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)半導體資金極為緊迫。眾議院正準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)的供應鏈。
01半導體供應鏈信息索取結(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(chǎn)投入已經(jīng)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(yè)轉(zhuǎn)向更多半導體密集型產(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體的產(chǎn)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(zhàn)，方法是增加產(chǎn)量、進行供應鏈管理以最大限度地減少中斷，以及通過產(chǎn)品設計來優(yōu)化半導體的使用。然而，鑒于半導體對美國經(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，政府舉辦了半導體行業(yè)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(tǒng)以監(jiān)控半導體行業(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(yè)停產(chǎn)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(xù)遠遠超過供應。
9 月，商務部發(fā)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(chǎn)商和多個消費行業(yè)公司的回復。
當中一些主要發(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量相應增加。這是嚴重的供需錯配。
• 買家強調(diào)的半導體產(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）。這些庫存在關鍵行業(yè)甚至更小。
• RFI 使我們能夠查明供需不匹配最嚴重的特定節(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)更多的半導體。國會必須為國內(nèi)半導體生產(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挑戰(zhàn)。
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(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。半導體行業(yè)協(xié)會在其 2021 年報告中預測，2021 年半導體行業(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(zhuǎn)化為增加的產(chǎn)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(chǎn)商正以前所未有的創(chuàng)新方式與半導體客戶合作。在白宮領導的行業(yè)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(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體生產(chǎn)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(chǎn)商正齊心協(xié)力為供應鏈問題尋找創(chuàng)造性的解決方案。
COVID-19 監(jiān)測：與 COVID-19 相關的半導體生產(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 相關的全球微電子制造停工設立了早期警報系統(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。商務部、國務院和疾病控制與預防中心 (CDC) 繼續(xù)密切合作，主動監(jiān)控通過該系統(tǒng)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(xié)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(xù)的不匹配，受訪者認為該問題在未來六個月內(nèi)不會消失。對 RFI 做出回應的買家強調(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量相應增加。
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)的半導體產(chǎn)品，響應 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(chǎn)，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(shù)特定類型的半導體輸入和應用，包括傳統(tǒng)邏輯芯片（用于醫(yī)療設備、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(fā)現(xiàn)的技術，另一些利用我們多年來擁有的技術。半導體“節(jié)點”標識了半導體的特定設計以及創(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體節(jié)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(chǎn)品，而是將其視為許多不同產(chǎn)品的集合，每個產(chǎn)品都有自己的供應鏈，這些產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品被關鍵行業(yè)使用，包括醫(yī)療設備、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(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(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。
  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(chǎn)商和多個消費行業(yè)公司的回復。我們收到的信息的數(shù)量和質(zhì)量都很高，圖 4 提供了有關受訪者的更多詳細信息。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(xù)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(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)半導體生產(chǎn)。這種半導體短缺是供需嚴重不匹配的結(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。