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未来三年 美国芯片制造困境难以纾解

2021-03-23 09:28 来源:科技日报 实习记者 张佳欣

 今天大部分的电子产品,如计算机、移动电话、汽车和各种电器中的核心单元都和半导体有着极为密切的关联。图片来源:视觉中国 

  澳大利亚《对话》网站近日发文称,全球半导体短缺突显出一个令人关注的趋势:美国本土制造的芯片数量在全球市场所占份额仅为12%,而且还在不断减少。美国总统拜登已发布行政令,要求对关键产品的供应链进行审查,这引起人们对美国本土半导体制造能力数十年来下降的关注。

  美国半导体工业协会2020年9月的报告数据显示,全球芯片制造75%的产能已转移到东亚地区。美国在全球半导体制造市场的份额已从1990年的37%下降到如今的12%。美国工业(包括汽车和国防工业)使用的半导体芯片有88%是在美国以外生产的。

  美国制造能力减弱,政府投入不足

  美国芯片公司越来越依赖国际合作伙伴来制造其设计的芯片,这反映了美国芯片制造能力的减弱。

  虽然美国半导体公司拥有全球芯片销售市场47%的份额,但只有12%是在美国本土制造的。要满足人们对更快、更智能电子产品的期望,就需要创新芯片设计,而这反过来又依赖于现有的最先进的制造技术。

  半导体制造技术的进步基于每平方毫米晶体管的数量,晶体管是芯片中最小的电子元件。拥有最先进的半导体制造技术和设备的晶圆厂,目前可生产5纳米芯片。这个数字指的是工艺,而不是任何特定的芯片功能。一般来说,纳米额定值越小,每平方毫米容纳的晶体管就越多。

  韩国等国家和地区目前正在筹建3纳米晶圆厂,而美国甚至还没有7纳米晶圆厂。美国英特尔公司宣布,其7纳米晶圆厂要到2022年末或2023年初才能投产。这阻挡了美国制造最先进芯片的步伐。

  文章称,韩国、新加坡和中国每年都在半导体产业上投资高达数百亿美元。这些投资不仅包括设备本身,还包括为向下一代晶圆厂转移所必需的研发和工具开发。相比之下,美国的激励措施明显不足。

  全球需求旺盛,美国陷入困境

  随着新冠肺炎疫情的蔓延,公众对手机、笔记本电脑和其他居家办公设备的需求以及互联网使用量增加,芯片需求随之水涨船高,这给晶圆厂带来了产能压力。

  全球汽车行业预测,疫情大流行期间对汽车的需求有所下降,因此减少了用于车辆安全、控制、排放和驾驶员信息系统的半导体芯片的订单。然而需求的下降只是暂时的,2020年末,新车销售量开始迅速回升,车用半导体芯片的严重短缺突然成了各大新闻媒体的标题新闻。

  造成半导体芯片产能不足窘境的原因之一是,进入半导体制造业的门槛高得惊人。一家半导体代工厂的建立需要满足一个十分陡峭的学习曲线:首先需要100亿—120亿美元的前期投资,然后至少3年才能投入生产。即使到那时,也不能保证一家新晶圆厂的芯片产量能与现有的芯片产量相匹敌。芯片会迅速迭代,价格压力是科技行业的一个主要问题,因此盈利能力面临着很多风险。

  2021年初比特币价格的大幅上涨,也增加了传统上用于挖掘数字货币的图形处理单元的需求,进一步加剧了半导体供应的问题。

  所有这些都足以导致一些厂商产能耗尽,并大幅延迟完成订单的交货期,从而导致我们今天看到的半导体供应的“旱情”。

  最近,美国8个州的州长敦促拜登向半导体公司施压,要求暂时将当前全球产能的一小部分重新分配,以解决全球汽车芯片短缺的问题。不过,文章认为,这种重新分配不可能在不造成其他地方短缺的情况下完成,而且也不可能很快完成。

  文章认为,尽管拜登总统尽了最大努力,但由于芯片业存在的准入障碍和各种供应链的系统性问题,未来3年内美国的情况不太可能会改善。

标签: 编辑:范国飞

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