全球芯片短缺，根源在哪里？
芯片短缺成為全球性問題。
全球車企紛紛停產，甚至連 PlayStation 游戲機都「一機難求」，這背后存在一個共同原因：芯片短缺。自去年 12 月起，汽車行業缺乏芯片面臨停產的問題就開始困擾無數車企。時至今日芯片短缺問題并未緩解，反而還有愈演愈烈之勢。AlixPartners 數據顯示，全球汽車行業可能因芯片短缺問題損失 610 億的銷售額。
為什么會出現這種情況呢?彭博社做了一篇分析文章。
首先是供需關系的變化。新冠大流行下，居家辦公或學習成為新趨勢，這導致對芯片的需求大幅上漲。居家辦公刺激了筆記本電腦、家用網絡設備和顯示器的銷量增長，「上網課」促進了 Chromebook 的銷量。甚至視頻服務的盛行還導致了網絡攝像頭供不應求;
新冠大流行帶來的不確定性導致訂單急劇波動。臺積電高管在最近兩次財報電話會議上表示，客戶為了應對不確定性的風險開始囤積芯片。汽車制造商在疫情爆發早期低估了市場的反彈速度，因而大幅減少芯片訂單量，去年下半年這些企業試圖增加訂單時已經無法得到滿足，因為芯片制造商正在努力滿足智能手機巨頭的訂單需求;
積存：PC 制造商在 2020 年初就開始警惕半導體供應緊張問題。去年年中，主要智能手機和網絡設備制造商華為開始囤積芯片，其他中國廠商也如法炮制。2020 年中國的芯片進口額攀升至 3800 億美元，約占整體進口額的 1/5。
「一超多強」的競爭局面
當前，在全球芯片市場占據重要地位的制造商主要有臺積電、三星和英特爾等，它們與其他一些較小規模的芯片制造商形成了全球市場的一超多強局面。
首先，臺積電在芯片產能方面處于行業領先地位，各大手機廠商都希望獲得臺積電的芯片。目前，臺積電在全球圓晶代工市場的份額比其后三個競爭者加起來都要多。數據顯示，2020 年第 2 季度，臺積電占全球晶圓市場的 52%，遠高于其他芯片制造商。
其次，三星因其在存儲芯片領域的統治地位而成為規模較大的芯片制造商。目前，三星正努力提升生產技術，使自己成為僅次于臺積電的次優選擇，從而在芯片市場分得更多羹。高通、英偉達等公司在芯片選擇上已經慢慢轉向三星，比如高通 2020 年 12 月發布的旗艦手機芯片驍龍 888 就是采用三星 5 納米工藝。
最后，英特爾也是強勢競爭者，其收益高于其他任何芯片制造商，但市場重心在于計算機芯片。生產周期的延遲使得英特爾在競爭中處于劣勢。
該文章認為，臺積電與三星還面臨一些更小規模競爭廠商的挑戰，如格羅方德、中芯國際以及臺聯電等。但是，這些競爭對手在制造工藝上至少落后臺積電兩至三代。
芯片戰爭中各方如何加力?
芯片制造商為了鞏固和加強自身在全球市場中的地位，紛紛采取了一系列措施。臺積電和三星這兩家亞洲芯片巨頭正加大投入鞏固它們的行業領先地位，其中臺積電 2021 年的預期資本支出將從 2020 年創紀錄的 170 億美元增加至 280 億美元，三星也制定了總支出約 1160 億美元的 10 年規劃，以追趕其競爭對手臺積電。
該文章表示，在這場芯片戰爭中，中國也正努力迎頭趕上。中國未來幾年的目標是減少對美國技術的依賴，尤其是在芯片上的依賴。我國已經將芯片制造列入了國家經濟發展藍圖的最大優先事項之一，但需要看到還有很長的一段路要走。
此外，考慮到復雜芯片制造開發的困難，各國政府正紛紛向愿意在本國建造或擴展先進芯片設施的企業提供誘人的激勵措施。拜登政府正制定一項長期芯片供應計劃，并將在臺積電在亞利桑那州擬投資 120 億美元的工廠以及三星可能在得克薩斯州建立另一家芯片工廠的稅收優惠中扮演重要角色。歐盟也正考慮在臺積電和三星的潛在協助下，在歐洲建立先進的半導體工廠。此外，包括中國政府在內的各國政府也正考慮出臺各種措施來助力本土企業。
芯片戰爭的難點以及受益者
芯片制造需要極高的精度，以及對市場快速變化的長期預判。一些著名企業，如德州儀器(TI)、IBM、摩托羅拉，已經放棄了芯片制造。目前大部分公司聚焦于芯片設計，只有三家公司——臺積電、三星和英特爾還在制造邏輯芯片。
芯片工廠的建造和裝備需要耗費數十億美元，它們必須全速運行(007)才能收回投資。然而，事實不止如此。每批次芯片的良率才是決定成敗的關鍵。芯片制造往往需要多年的知識積累和經驗，才能實現 90% 的良率。晶圓廠消耗掉大量水電，即使最微小的損害也使其難以承受。
那么在這場芯片戰爭中，誰是最終受益者呢?
在半導體行業中，即使最小的改進也能帶來巨大的能量和成本節約。
隨著 5G 移動網絡的發展，依賴大量數據的視頻和游戲流服務需求大幅增長，隨著更多人在家辦公，對更新、更節能芯片的需求也在增長。線寬(line-width)是衡量芯片復雜度的一種方式。目前高級芯片的線寬標準是 5 納米，而臺積電和三星正努力在 2022 年實現 3 納米制程芯片的大規模生產。
除了 5G 以外，人工智能的發展是推動芯片制造商創新的另一大動力：AI 依賴大規模數據處理。于是更高效或節能的芯片設計成為重要的考量因素。
參考鏈接：
https://www.bloomberg.com/news/articles/2021-02-17/the-world-is-short-of-computer-chips-here-s-why-quicktake
【本文是51CTO專欄機構“機器之心”的原創譯文，微信公眾號“機器之心( id: almosthuman2014)”】
