如何增加半导体供应链弹性？

根据波士顿咨询集团 (BCG) 和半导体行业协会 (SIA) 2021 年 4 月的一份报告，“半导体是仅次于原油、成品油和汽车的全球第四大交易产品。”半导体供应链的重要性不容小觑，因为芯片在几乎所有现代技术中都有应用，包括医疗设备和电信设备，并支撑着许多维持社会运转的基础设施。 

因此，各国政府现在正在广泛讨论如何增加半导体供应链弹性——即保证供应，不会因自然灾害或人为障碍而中断。   

生产流程复杂

确保半导体供应链安全的挑战是巨大的，因为半导体拥有所有行业中最复杂的生产流程之一。BCG 和 SIA 在其报告说明中描述了整个半导体链条的规模：“它包含 30 多种类型的半导体产品，每种都针对电子系统中的特定功能进行了优化。然后，半导体制造又通常需要多达 300 种不同原材料的投入，包括原始晶圆、商品化学试剂、特种化学品和散装气体等，另外还需要由50 多种高度工程化的精密设备处理。”   

供应链分布广泛但易受冲击

半导体的供应链分布也很广泛。为了说明芯片整个流程的全供应链组成，全球半导体联盟和埃森哲的 2020 年报告对它的分布进行了概括：首先是从密歇根州运来原料硅——再从德克萨斯州运来化学品——然后运到中国台湾制造晶圆。这些晶圆再从中国台湾运往马来西亚进行测试和封装，然后从那里运往德国慕尼黑进行模块组装。完成后，再到中国进行原始设备制造 (OEM) 组装。  

BCG和SIA在其报告中解释说：“对深厚的技术知识和规模的需求导致了全球供应链的高度专业化，其中各地区根据其制造优势扮演不同的角色。他们补充说，供应链中不同国家的高度依赖意味着，半导体需要依靠在世界各地运输不同的设备和产品，以优化生产。”报告指出，独立、自给自足的本地供应链的替代方案将导致芯片价格整体上涨 35-65%，并使得最终用户的电子设备成本更高。  

该报告还指出，供应链中存在 50 多个制造中心，其中一个地区占据全球市场份额的 65% 以上，“尽管与这些制造中心相关的风险水平各不相同。”它进一步强调了印度太平洋地区在供应链中的中心地位，并强调了为什么像美国这样的国家如此关心本土制造。因为大约四分之三的制造能力和很大一部分关键材料供应商都位于东亚。  

此外，报告还发现，世界上最先进的半导体产自中国台湾，占制造能力的 92% 左右，而韩国则占其余 8%。两者都构成“可能因自然灾害、基础设施关闭或国际冲突导致制造中心故障，并可能导致芯片供应严重中断。”  

报告称，美国继续主导着电子设计自动化和核心 IP (74%) 以及逻辑芯片 (67%)。在“模拟芯片和其他电子（包括传感器和光电）”类别中，美国以 37% 保持小幅优势，东亚以 33% 紧随其后。在内存方面，东亚占 70% 的主导地位，其次是美国，占 29%。在设备方面，美国以 41% 的设备领先地位，其次是东亚，占 36%。东亚在其余三个类别中领先——材料（57%）、晶圆制造（56%）和组装、封装和测试（43%），其中中国大陆占据了最后一个类别的 38% 。  

供应链中大量的投入使事情复杂化。领先的电子设计自动化和智能系统设计提供商 Cadence 的 Brian Sung 指出，虽然 IC 设计公司的投入相对较少，但像纬创资通或富士康这样的系统公司必须维持数万个组件的库存。  

在每个阶段，从最初的设计到将芯片交付给制造商再到安装最终产品，供应链中都存在风险。最近一些其他问题也导致芯片制造中断，包括劳动力短缺、新冠疫情。  

其他问题包括金融危机以及乌克兰问题都导致的供应链出现问题。例如，芯片行业使用的稀有气体氪和氙、氯氟烃和氦气大多是从乌克兰和俄罗斯采购的。   

零库存策略的不可预见性 

众所周知，规划不周，导致了最近的汽车芯片危机，这是半导体行业面临的另一个问题。“在新冠疫情开始时，汽车行业对将要销售多少辆汽车的可见性很低，”SEMI全球首席营销官兼SEMI中国台湾总裁Terry Tsao说。误判导致车企放弃了芯片订单。“他们不了解半导体行业的生产，”他解释说。“他们不明白，一旦你放弃生产，它就会被另一个行业所取代。为了让汽车制造商的生产恢复正常，花了更长的时间。”  

Cadence的Sung还指出，汽车公司传统上使用的即时、零库存策略将需要替换为更具可持续发展的战略。他指出，特斯拉通常手头有3-6个月的库存，这为他们提供了芯片短缺期间的缓冲。   

低利润率产品缺乏扩张动力

虽然人们的共识是，芯片短缺和运输问题将在今年下半年缓解，但整个半导体供应链都充斥着鲜为人知的漏洞，这些漏洞可能随时导致问题出现。SEMI在4月6日向美国商务部提供的关于半导体供应链风险的文章中强调了一些问题，包括缺乏生产石英制品和溅射靶材等材料和组件所需的合格机械师。该文章还指出，低利润率导致高纯度湿化学品的生产缺乏扩张，成熟节点生产工具的市场也一直保持紧张。  

此外，由于囤积、存储和输送气体和材料所需的许多类型的阀门、容器和组件现在的等待时间长达40周。森林火灾甚至会污染洁净室。中国控制着约80%的钨矿产量，而全球45-50%的钯供应来自俄罗斯。  

政策法规

政府法规（例如对化学品的环境控制）可能会导致供应链各环节放缓。一个问题是，虽然美国、日本和中国等其他主要国家对制造商进口少量化学品采取了研发豁免，但中国台湾地区的法规要求注册程序平均需要三到四个月才能完成。如果第一次试运行不顺利，公司可能需要重新进行整个注册过程。   

人才短缺

另一个问题是人才短缺，该行业迫切需要能够进行半导体研发和设计的合格人才——不仅在芯片制造本身，在整个供应链的每一个环节都出现了人才短缺的重大挑战。  

5 月，台积电 (TSMC) 宣布计划招聘 8000 多名员工；6 月，美国内存芯片制造商美光已经是中国台湾最大的外国雇主，拥有约 10000 名员工，还宣布计划再增加 2000 名员工。不仅仅是代工厂在招聘，供应链上的许多公司也在招聘。全球最大的IC封装和测试服务提供商ASE Technology去年9月宣布计划为其高雄生产基地雇用2000多名员工。  

中国台湾的默克公司在半导体供应链中也扮演着重要角色，参与了七个关键的前端和后端单元操作——图案化、沉积、平面化、蚀刻、清洁、掺杂和封装——他们于去年12月宣布的一项新台币170亿元（5.68亿美元）的扩建计划，其中包括增加400名新员工。可见，整个行业对人才的需求是巨大的。  

政府已经意识到行业的人才需求，并与中国台湾各地大学的行业重量级人物合作，成立了四所专门学院。这样的措施虽然有帮助，但可能还不够，因为预计中国台湾的出生率下降将导致未来几年大学入学率急剧下降。鉴于熟练和合格专业人士的短缺遍及全球，针对来自海外的学生到中国台湾本地培训也需要成为优先事项。

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