這僅僅是2021年全球半導體供應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備的全球供應鏈帶來了前所未有的壓力，而這些設備的短缺已經(jīng)造成了不小的經(jīng)濟損失。2021年，僅汽車制造商的損失就高達2100億美元。專家預測，在一年或更長時間之內(nèi)，這些設備將供不應求。美國北卡羅來納州立大學的運營與供應鏈管理專業(yè)教授Robert Handfield表示：“你不能僅靠踩油門就指望供應鏈恢復正常?！背硕唐诘耐．a(chǎn)之外，這場危機可能會對半導體行業(yè)造成長期影響，至少一些微芯片的產(chǎn)地會發(fā)生變化，甚至會改變工程師設計產(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、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，包括電動牙刷、電飯煲和電動吸奶器。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車窗、點火系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)、導航系統(tǒng)和氣囊等功能。

　　半導體供應鏈是全球化的典型范例。大多數(shù)用于制造微芯片的硅來自北卡羅來納州的一個采石場，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，由那些設備昂貴且超級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，美國負責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)主導地位。僅臺灣積體電路制造股份有限公司(簡稱臺積電，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積電制造的芯片。

　　在準備安裝前，需要對微芯片進行測試，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”的芯片才會被運到工廠中(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)半導體所必需的原材料和機械設備。

　　哈佛商學院(美國馬薩諸塞州波士頓)工商管理專業(yè)教授Willy Shih表示，半導體供應鏈看似錯綜復雜，但其復雜性在經(jīng)濟上意義重大。他說，制造過程中的每一步都是如此復雜和苛刻，“你需要更加專業(yè)”。因此，在最近的供應鏈危機到來之前，“我們有一個分層清晰的供應鏈，這從成本的角度來看是非常有效的。”

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

　　暴發(fā)于2019年年末的新冠病毒肺炎疫情嚴重影響了供需關系，引發(fā)了更大的危機。因為有如此多的人待在家里，所以人們對筆記本電腦、智能手機、家用電器和游戲機等含芯片產(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，他們不會事先投資以擴大額外產(chǎn)能?！泵绹a拉丘茲大學供應鏈管理學教授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)事件也加劇了供應鏈危機，包括2011年日本大地震后關閉的上述工廠又發(fā)生火災，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閉，這進一步加深了芯片短缺危機。

　　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)，并取消了不少半導體訂單，因此汽車制造商在2021年陷入困境。Willy Shih表示，當他們后來決定應消費者需求回升而提高產(chǎn)量時，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。

　　半導體市場競爭非常激烈，2021年10月的訂單等待時長破紀錄地達到了將近22周，相比之下，2019年年底訂單的等待時長為12周左右。然而，制造商設法從現(xiàn)有工廠分割更多產(chǎn)量，到2021年年中，芯片出貨量達到創(chuàng)紀錄的水平。隨著供應量增加，至少某些類型半導體的需求可能會下降。Willy Shih表示，在疫情早期，消費者搶購的很多產(chǎn)品，如筆記本電腦屬于耐用產(chǎn)品，其未來銷量可能會下降。盡管如此，Willy Shih、Penfield和Handfield教授認為，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的遺留問題之一，臺積電、英特爾和美光等公司宣布，計劃投資數(shù)十億美元擴大產(chǎn)能。但是芯片短缺也可能從根本上改變半導體供應鏈的結構。德國亞琛工業(yè)大學媒體流程學教授Thomas Rose表示，制造和使用微芯片的公司將重新評估微芯片的來源。他認為，削減成本一直是首要任務，但現(xiàn)在“他們必須考慮供應鏈可靠性的附加值”，以及客戶是否會為增加的可靠性支付更多費用。

　　為了維持芯片供應，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使得解決方案的尋求更加緊迫?？紤]到微芯片對國家經(jīng)濟和國防的重要性，Penfield說：“如果你不在你自己國家制造芯片的話那就太愚蠢了?！?/p>

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

　　另一難點則是行業(yè)領導者臺積電及緊接其后的韓國三星電子公司在技術上領先，僅有他們兩家公司能夠制造5 nm芯片，而該芯片對最新一代的iPhone等產(chǎn)品至關重要?？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w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：“認為美國或其他國家在不久的將來能夠在芯片制造領域自給自足的觀點是‘癡人說夢’。你不能只建立起一個半導體供應鏈，而且建立一個半導體供應鏈需要至少十年的時間。”但是采取一些措施，使供給免受沖擊是可行的。大多數(shù)產(chǎn)品需要的是標準的微芯片，而不是尖端的5 nm微芯片，甚至iPhone也依賴標準芯片，處理一些諸如顯示屏控制和功耗管理等任務。個別國家也可增加這些較小功率的半導體產(chǎn)量。Handfield建議，規(guī)模更小、成本更低的晶圓工廠可能會滿足各國對芯片的需求，而這些芯片對國防和其他關鍵經(jīng)濟部門至關重要。在芯片行業(yè)具有領先地位的國家也可以遷移一些芯片制造設備。臺積電計劃在美國亞利桑那州鳳凰城建造一家5 nm芯片工廠，該計劃已開始實施。

　　增加設計靈活性也有助于加強半導體供應鏈的彈性。與智能手機等設備中的芯片相比，汽車中的芯片必須達到更高的可靠性和耐用性標準，而且具有不可替代性。但是對于大部分產(chǎn)品而言，Willy Shih認為，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。”