從新冠疫情暴發到現在，晶元短缺始終困擾著電子產品供應鏈。 疫情引發行業動盪已近兩年，作為多種科技產品的心臟，晶元依然嚴重短缺;遊戲機、網路設備、醫療器械、汽車等行業的製造商們仍飽受缺芯的摧殘。 人們最初認為這個問題會自行解決——要麼是廠商加大力度滿足需求，要麼是需求自然降溫，但現在”缺芯”問題依然十分嚴重。

晶元問題非但沒有得到緩解，反而越發難以控制。 封城、全民居家隔離都已經成為過去時，晶元短缺卻還是擺在眼前的大問題。

由於造不出足夠多的汽車，一些汽車廠商銷量驟減、被迫停產。 11月17日，大眾汽車就因供應鏈問題暫停在德國生產電動汽車。 美聯社9月報導，受缺芯影響，通用、福特多家北美裝配廠一度停產;特斯拉CEO埃隆•馬斯克曾在員工內部郵件中提醒，特斯拉交付數量取決於全球晶元短缺狀況，而短缺仍然很嚴重。

今年10月，蘋果將財務業績不佳的原因歸咎於晶元短缺，還有報導稱iPhone 13因晶元短缺而將減產1000萬部;英特爾也警告稱，供不應求的局面可能持續到2023年。

遊戲硬體行業同樣也不好過，任天堂本月也宣佈，受晶元緊缺等因素影響，不得不下調銷售預期。 任天堂預計當前財年的總銷量為2400萬台，這與此前設定的2550萬台的銷售目標相比低了約6%。

簡而言之，半導體供應鏈已經以根深蒂固、難以解決的新方式延伸開來。 需求的增長超過了晶元企業的能力範圍，尤其是使用廣泛的基礎元件，更是會因為巨大的需求波動帶來幾大的投資風險。

半導體行業分析公司IC Insights市場研究副總裁布萊恩•馬塔斯（Brian Matas）表示：”全球經濟因為疫情陷入停滯如此之久，供應鏈居然還沒恢復。 ”

晶元行業明明就處在技術進步的最前沿，可為什麼還總是短缺，連買一台PS5都會秒沒呢？

晶元短缺之所以持續不斷，主要就是因為供不應求——晶元需求依然在激增，但要建設新的工廠並非一直一夕之事。 此外，歷史上的那些暴漲暴跌的週期變化也令一些投資者望而卻步。

需求漲得快 建新廠沒那麼快

2020年，當新冠疫情的經濟影響逐步顯現時，晶元行業已經開始預計需求的增長。 根據半導體行業協會的數據，全球晶元銷售額在2019年下滑12%。 但在2019年12月，該組織預計全球晶元行業將在2020和2021年分別增長5.9%和6.3%。

最新數據顯示，2020年8月至2021年8月間的全球晶元銷售額增長了29.7%。 需求受益於雲計算和5G等技術的推動，而汽車和家電等各類產品也都在加大晶元的使用量。

哈佛商學院教授、前英特爾董事大衛•約菲（David Yoffie）表示，居家辦公、居家娛樂和電子商務使得許多高科技產品的需求暴漲，這出乎許多人的意料。

晶片廠商大約到一年前才意識到這種需求的持續力度，但轉向並非一朝一夕之事。 新建晶元工廠需要耗費數十億美元，還要花費好幾年時間。 約菲指出：「大約需要兩年時間才能建起一座新工廠。 而且工廠規模越來越大，成本越來越高，也越來越複雜。 ”

索尼和台積電近日宣佈，將投資70億美元在日本建設一座能夠生產舊元件的晶元工廠，但要到2024年底才能投產。 英特爾也在投資建設幾座技術先進的新工廠，但也得2024年才會上線。

約菲指出，只有荷蘭ASML公司（全球最大的半導體設備製造商之一）能夠供應生產尖端晶元所需的極紫外光刻機，售價高達1.2億美元。 但ASML無法加快供應速度，滿足暴增的需求。

設備和材料短缺

生產半導體所需的許多物品也很短缺。 製作印刷電路板的基片，也就是固定晶元的表面，一直以來都很難採購。

這些電流板是晶元之間相互通訊的關鍵。 康奈爾大學納米科學與技術研究中心運營總監羅恩•奧爾森（Ron Olson）還指出，與製造過程相關的某些複雜物品，例如個人防護用品和天然氣管，現在也出現延遲交貨。

建設新工廠和擴大現有工廠的產能，也對半導體生產設備供應鏈構成壓力。 “我們往往會關注晶片工廠，但晶片工廠需要一整套東西才能成為晶片工廠，這些東西現在也出問題了。” 康奈爾大學材料工程教授克裡斯•奧博（Chris Ober）說，「如果大家都想生產晶片，那就會搶購同樣的設備。 ”

高度專業化的半導體設備生產商數量有限，交貨週期很長。 此外，在工廠安裝和測試這些設備的可靠性同樣要耗費很多時間。

“買設備要花半年到一年，然後還要進行各種工藝開發和設備鑒定。” 奧爾森說，”這都要花時間。 ”

工作力短缺

要滿足日益增長的晶片需求，除了得建更多晶元廠之外，還得招更多的人。 半導體貿易組織IPC 9月末發佈報告稱，將近4/5的製造商難以招到合適的工人，歐洲和北美的問題尤其嚴峻。

要處理晶元生產過程中使用的有毒化學物質，員工得接受專門的培訓，這就給增加用工量帶來了又一個瓶頸。 企業現在都在靠更高的薪資、更靈活的工作時間還有培訓和教育機會來吸引新員工。

美國《俄勒岡人報》報導稱，英特爾甚至在在電視和廣播上投放了”求助”（help wanted）廣告，專門招募勤工儉學的大學生。

資源向尖端晶元傾斜 老式晶元”難產”

資源不足的進一步影響在這時就體現出來了——並非所有晶元都”生而平等”。

電源控制晶元、微控晶元和感測器等簡單半導體元件成為主要的短缺來源。 這些設備的複雜度遠不及智慧手機和遊戲機使用的CPU和GPU，使用的製造工藝也不算複雜。 但它們的應用範圍極其廣泛，從微波爐到醫療設備，再到玩具，幾乎所有產品都會用到這種電子元件。

電子元件平臺Sourceability副總裁約什•普希（Josh Pucci）表示，許多產品中使用的電源控制晶片曾經只要1美元，但如今卻暴漲到150美元。 IC Insights表示，這類元件的交付周期已經從4-8周延長到24-52周。 老式晶元生產設備如今難以找到，而這些產品的短缺推升此類設備需求。

市場研究公司Gartner預計，2021年第二季度的全球晶元工廠產能利用率達到95.6%，而2019年第二季度僅為76.5%。 Gartner分析師高拉夫•古普塔（Gaurav Gupta）表示，這表明工廠已經滿負荷運行，因為有些生產線需要停機維護。

晶片代工企業GlobalFoundries的CEO湯姆•考菲爾德（Tom Caulfield）今年10月表示，他的公司產能已經預訂到2023年。 Analog Devices的部分產品面臨極高的需求，該公司CFO今年8月對投資者表示，訂單已經排到本月開始的下一財年。

晶元廠商面臨的部分挑戰在於，有些客戶可能出現「加倍預訂」的情況，即為了防止供應不足故意超量採購，從而導致未來的需求趨勢難以預測。 “加倍預訂導致的現貨短缺令情況更加糟糕。” 哈佛商學院教授威利•施（Willy Shih）說。

今年6月，馬斯克也曾在Twitter中戲稱”由於擔心不夠用，每家公司都超量訂購，這種情況就像廁紙短缺一樣，只是規模巨大。 ”

分析師認為，能夠生產這些晶元的企業可能不願投資建新廠，因為這類晶元利潤微薄，半導體行業的週期屬性又很強，經常出現需求暴漲暴跌的情況。 他們擔心未來的晶片供過於求會壓低產品價格。

回顧一下半導體行業的歷史，會發現利潤和價格暴漲之後，都會出現一個嚴重的下滑週期。” 哈佛商學院的約菲說，「我們根本不知道當前的需求增長能否延續。 ”

雖然有許多新的晶片產能，但多數都會用來滿足尖端產品。 Gartner今年1月發佈的報告預計，晶元製造商今年將投資1460億新建產能，較2019年增長50%，但其中只有很少一部分用於較常見的老式晶元。

從理論上講，增加尖端晶元產能可以讓更多工廠有空閑來生產老式晶元，但在供不應求時不會出現這種情況。 Sourceability的普希表示，雖然企業最近開始針對老式晶元投資建設產能，但必須讓客戶承諾兩年的訂單，才考慮動工。

從中國臺灣缺水和美國得州極端天氣對生產的影響來看，這些元件及其供應鏈面臨的壓力顯而易見。 “幾周的庫存，可以說是沒有任何空間來消化這些影響。” 普希說。

“疫情似乎已經過去了’肆虐’的階段。” 賓夕法尼亞大學沃頓商學院教授蓋德•艾倫（Gad Allon）說，”但受到疫情影響的晶元行業，仍在水深火熱之中。 ”

晶片要缺到什麼時候？

ASML首席執行官彼得•溫尼克（Peter Wennink）最近解釋道：”去年因為疫情，客戶們都很謹慎。 但回過頭來看，他們似乎謹慎過度，把需求壓得太小。 現在需求猛增，我們肯定要花費一段時間才能實現產能爬坡。 “在他看來，需要等到2022年才能滿足如今的產出需求。

英特爾CEO派特•基辛格（Pat Gelsinger）表示，新冠疫情期間的在線活動激增引發了”半導體的爆髮式增長週期”。 他補充道：「雖然行業已經採取一些措施解決近期的緊張局面，但整個生態系統還需要兩年時間才能解決晶元、基片和元件短缺問題。 ”

台積電董事長劉德音對其滿足需求的能力持樂觀態度。 去年他曾表示：”我們目前認為…… 我們可以在（2020年）6月底之前滿足客戶的最低要求。 “但如他所說，這並不意味著短缺會很快消失。” 會有延遲。 尤其是汽車晶元，這個行業的供應鏈又長又複雜。 供應時間需要七八個月。 “他補充道。

半導體需求顯然會繼續增長，溫尼克說：「我們堅信目前的產能無法支撐增長。 因此，我們需要通過縮短生產週期、增加人手、機器和建築面積來加快生產速度，從而擴大產能。 ”

“根本趨勢在於數字化轉型，” 溫尼克總結道，”這還需要許多年才能實現。 ”