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彭博：芯片危機折射出的半導體產業瓶頸
uSMART盈立智投 04-06 10:27
一場史無前例的疫情，擾亂了全球半導體供應鏈，從手機到汽車等產業似乎都突然喊着缺芯片，並讓許多國家的官員開始意識到，確保 芯片供應是個「國安」等級問題。但這場 芯片危機同時也暴露了供應鏈存在的諸多瓶頸，想解決當前短缺問題恐怕難以一蹴可幾。
從約60年前被髮明出來後， 芯片已從鮮少有人關心的電腦零件，演變爲現代各形各色裝置背後最關鍵也最昂貴的元件。COVID-19疫情期間，如智慧手機和PC等特定產業意外涌現的需求，刺激 芯片需求爆發，也導致了近來衝擊供應鏈的全球 芯片空前短缺現象。
根據市場調研公司SIG SUSQUEHANNA提供的半導體通路商數據，今年2月 芯片平均交貨期（lead time，從客戶下單到出貨的時間）已拉長至15周，超越2018年中的高峯，寫下2017年初該公司開始收集相關資料來最高紀錄。例如，美國半導體大廠博通（BROADCOM）----博通因業務觸角遍及供應鏈而被視爲產業景況風向球----2月交貨期已升至22.2周，較2020年2月的12.2周大爲延長。
SIG SUSQUEHANNA所蒐集半導體通路商資料顯示，今年1月 芯片平均交貨期增加了6.5天、2月又再增6天，使交貨期拉長至15周，爲2017年初有資料來最高紀錄；彭博/SIG SUSQUEHANNA
這波芯片短缺潮已對通用汽車（GM）和福斯汽車（VW）全球生產造成影響，並促使從華府到北京等地官員轉向危機管理狀態，臺積電（2330）和三星電子（SAMSUNG）也因此躍居各國政府和投資人眼前。全世界絕大部分最先進 芯片雖然都來自這2家亞洲半導體巨擘，但它們的產能依然不足以滿足全部需求。這意味當前 芯片短缺困境可能會持續數季，或什至直到明年。
相關警告聲正不斷響起。從汽車零件供應商德國馬牌（Continental）、面板製造商羣創光電到生產車用MCU（微控制器）的日本瑞薩電子（RENESAS），近幾周愈來愈多企業示警， 芯片元件不足對生產的影響恐比原先預料持續更久----有可能會持續到夏季結束後。
三星電子3月也在股東年會上警告全球半導體供需「嚴重失衡」，是至今公開示警 芯片短缺危機的行列中，規模最大的企業。同時，博通執行長陳福陽（Hock Tan）透露，該公司今年的 芯片產能已全被訂光了，客戶「願意搶先預訂在今年剩餘時間內交貨的產品。」
此外，常被拿來和特斯拉（TESLA）相比的中國電動車製造商蔚來汽車（NIO），在3月底成爲最新1家因缺 芯片而減產的車商，也是中國第1家因此宣佈減產的知名車商。
疫情重塑市場需求
伴隨智慧手機普及和電腦運算能力提升，過去10年來各類 芯片元件----從基本MCU、記憶體 芯片到最複雜的高階處理器----的整體需求持續增長。調研機構IDC資料顯示，逐年穩定成長的全球半導體營收在2019年出現下滑，但緊接着疫情席捲全球帶動家用電子裝置需求激增，使2020年半導體營收又增長5.4%。
同時，隨着原先所採零件以機械爲主的汽車等裝置愈來愈「智能化」，其中需要的 芯片也愈來愈多。根據Deloitte相關報告，涵蓋從面板到車用系統等所有汽車電子零件，到2030年預估將佔1臺車生產成本的45%；這類電子零件內建的 芯片元件成本則預估將從2020年的475美元，到2030年增至600美元。
過去10年來整體 芯片需求穩定增長，上圖爲IDC所統計對各產業 芯片銷售金額（不包括臺積電或格芯等單純從事晶圓代工業務企業的銷售）；彭博/IDC
在需求面以外，若從供應鏈的另一端來看，過去這些年半導體製造商的產能一直亦步亦趨跟隨銷售成長。SEMI（國際半導體協會）資料顯示，市場內只要有新產能上線，就會立即被買方吸收----這反映市場需求和可取得的生產資源大致相符。然而半導體的先進製造技術，卻日漸集中到少數業者手中。
產業專家指出，這種不平衡在8吋（200mm）晶圓供應上格外明顯；8吋晶圓主要用於製造中低階 芯片產品，包括從汽車到消費電子等廣泛產業所需，但目前供不應求的電源管理 芯片和麪板IC在內。
由於疫情帶來的不確定性，2020年 芯片訂單劇烈波動，讓半導體廠商難以配合需求來調整產能。這是導致近月汽車業頻頻傳出減產及商店內PlayStation和Xbox總是缺貨的原因。
汽車製造商之所以首當其衝，一大因素在於庫存規劃欠佳。在疫情爆發初期，汽車業低估了汽車消費需求，自然認爲 芯片元件用量將隨汽車產量減少，結果卻出乎意料。如今汽車業因上遊缺料而紛紛減產，並預期今年因而錯失的營收將達610億美元。不過，臺積電高管在最近2次財報法說會上都提到，許多不同產業的客戶爲規避不確定性所釀風險，累積的庫存已高於正常水準。
半導體制造與技術提升所消耗的成本，在近10年間呈倍數暴增，進一步加劇了供應鏈失衡問題----龐大的成本使 芯片生產成了口袋夠深的業者纔有辦法踏足的領域。例如，臺積電今年資本支出上看280億美元，較2020年大增63%；三星電子則爲追趕臺積電，在2019年宣佈對半導體事業的10年期1160億美元投資計劃。
半導體產業發展瓶頸
目前最複雜也最昂貴的 芯片，當屬高通（Qualcomm）、輝達（nVIDIA）或蘋果公司（Apple Inc.）等公司爲手機和電腦等產品設計的邏輯 芯片。這些「無廠半導體」公司只負責設計，不從事生產，製造工作都交給了所謂的「晶圓代工」工廠。
這是半導體業如今另一個關鍵瓶頸。目前約3或4家晶圓代工業者，就佔據全球絕大部分晶圓生產----以臺積電、三星電子2大巨頭爲首，然後是落後一段距離的格芯（GLOBALFOUNDRIES）及聯電（2303 ）。
據估計，全球達91% 芯片代工業務集中在亞洲地區，以臺積電所在的臺灣及三星電子所在的南韓爲2股最大勢力。
臺灣和南韓顯然是晶圓代工市場的2大勢力，上圖爲2021Q1全球主要晶圓代工業者營收預估（2月所做預估）；彭博/TrendForce
華府新上任的拜登政府，已把半導體列爲國安議題。美國若想重新取回 芯片自主能力，機會或許將落在英特爾（intel）近日才公佈的200億美元建廠計劃上。英特爾以營收計爲全球最大半導體公司，該公司除了 芯片設計，也從事自有 芯片製造，但蓋新廠大幅擴張製造能力，可望協助英特爾跨足晶圓代工業務。
在規模、精密度及業務觸角3方面，臺積電都是當之無愧的晶圓代工界領袖，每年爲幾乎所有產業的大企業客戶生產百萬片晶圓。2020年，臺積電出貨總量達1240萬片12吋晶圓約當量，比2019年的1010萬片大爲增加。臺積電30餘年來持續完善製造工藝、每年投入鉅額資本支出，才確保能始終身處產業技術前沿。
根據《彭博》供應鏈資料估計，臺積電達25%營收是來自Apple，爲臺積電最大直接客戶。但臺積電的重要性，在於該公司在整體半導體供應鏈中扮演的關鍵角色；臺積電也爲其他 芯片製造商或無廠半導體公司進行代工生產，客戶包括博通、高通、英偉達達、安謀（AMD ）、德儀（TEXAS INSTRUMENTS）等等，而這些企業又是一些全球最大的消費電子、通訊設備和汽車零件業者的供應商。
供應鏈其他部分也可能出現瓶頸。例如，荷蘭ASML的先進光刻機設備獨步全球，壟斷了相關設備市場；還有日本信越化學（Shin Etsu），在半導體制造所需化學材料中享有極高市佔。此外，若沒有電子設計自動化軟體，也無法展開半導體制造，美國Cadence和新思科技（synopsys）是該領域的佼佼者。
美國和歐洲等地官員一方面拜託臺灣當局協助解決全球 芯片短缺問題，一方面試圖建立本國 芯片製造能力。然而美國投資銀行BERNSTEIN指出，針對當前 芯片短缺危機，政府其實做不了什麼。因爲不管是建於何處，要興建1座半導體制造設施並使其順利運轉，都須耗時多年。
