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未來三年 美國芯片制造困境難以紓解

2021-03-27
來源:科技日報
關鍵詞: 半導體制造 芯片

  澳大利亞《對話》網站近日發(fā)文稱,全球半導體短缺突顯出一個令人關注的趨勢:美國本土制造的芯片數量在全球市場所占份額僅為12%,而且還在不斷減少。美國總統(tǒng)拜登已發(fā)布行政令,要求對關鍵產品的供應鏈進行審查,這引起人們對美國本土半導體制造能力數十年來下降的關注。

  美國半導體工業(yè)協(xié)會2020年9月的報告數據顯示,全球芯片制造75%的產能已轉移到東亞地區(qū)。美國在全球半導體制造市場的份額已從1990年的37%下降到如今的12%。美國工業(yè)(包括汽車和國防工業(yè))使用的半導體芯片有88%是在美國以外生產的。

  美國制造能力減弱,政府投入不足

  美國芯片公司越來越依賴國際合作伙伴來制造其設計的芯片,這反映了美國芯片制造能力的減弱。

  雖然美國半導體公司擁有全球芯片銷售市場47%的份額,但只有12%是在美國本土制造的。要滿足人們對更快、更智能電子產品的期望,就需要創(chuàng)新芯片設計,而這反過來又依賴于現(xiàn)有的最先進的制造技術。

  半導體制造技術的進步基于每平方毫米晶體管的數量,晶體管是芯片中最小的電子元件。擁有最先進的半導體制造技術和設備的晶圓廠,目前可生產5納米芯片。這個數字指的是工藝,而不是任何特定的芯片功能。一般來說,納米額定值越小,每平方毫米容納的晶體管就越多。

  韓國等國家和地區(qū)目前正在籌建3納米晶圓廠,而美國甚至還沒有7納米晶圓廠。美國英特爾公司宣布,其7納米晶圓廠要到2022年末或2023年初才能投產。這阻擋了美國制造最先進芯片的步伐。

  文章稱,韓國、新加坡和中國每年都在半導體產業(yè)上投資高達數百億美元。這些投資不僅包括設備本身,還包括為向下一代晶圓廠轉移所必需的研發(fā)和工具開發(fā)。相比之下,美國的激勵措施明顯不足。

  全球需求旺盛,美國陷入困境

  隨著新冠肺炎疫情的蔓延,公眾對手機、筆記本電腦和其他居家辦公設備的需求以及互聯(lián)網使用量增加,芯片需求隨之水漲船高,這給晶圓廠帶來了產能壓力。

  全球汽車行業(yè)預測,疫情大流行期間對汽車的需求有所下降,因此減少了用于車輛安全、控制、排放和駕駛員信息系統(tǒng)的半導體芯片的訂單。然而需求的下降只是暫時的,2020年末,新車銷售量開始迅速回升,車用半導體芯片的嚴重短缺突然成了各大新聞媒體的標題新聞。

  造成半導體芯片產能不足窘境的原因之一是,進入半導體制造業(yè)的門檻高得驚人。一家半導體代工廠的建立需要滿足一個十分陡峭的學習曲線:首先需要100億—120億美元的前期投資,然后至少3年才能投入生產。即使到那時,也不能保證一家新晶圓廠的芯片產量能與現(xiàn)有的芯片產量相匹敵。芯片會迅速迭代,價格壓力是科技行業(yè)的一個主要問題,因此盈利能力面臨著很多風險。

  2021年初比特幣價格的大幅上漲,也增加了傳統(tǒng)上用于挖掘數字貨幣的圖形處理單元的需求,進一步加劇了半導體供應的問題。

  所有這些都足以導致一些廠商產能耗盡,并大幅延遲完成訂單的交貨期,從而導致我們今天看到的半導體供應的“旱情”。

  最近,美國8個州的州長敦促拜登向半導體公司施壓,要求暫時將當前全球產能的一小部分重新分配,以解決全球汽車芯片短缺的問題。不過,文章認為,這種重新分配不可能在不造成其他地方短缺的情況下完成,而且也不可能很快完成。

  文章認為,盡管拜登總統(tǒng)盡了最大努力,但由于芯片業(yè)存在的準入障礙和各種供應鏈的系統(tǒng)性問題,未來3年內美國的情況不太可能會改善。

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