全球半导体芯片短缺对美国造成了严重冲击

【武汉热线】

美国总统拜登(Joe Biden)发布行政命令，要求对关键产品的供应链进行审查，这让人们关注美国半导体制造能力数十年来的下降。半导体是用于计算机、电话、汽车和电器的逻辑和记忆芯片。美国半导体工业协会(semiconductor Industry Association)的数据显示，美国在全球半导体制造市场的份额仅为12%，低于1990年的37%。

美国工业(包括汽车和国防工业)使用的88%的半导体芯片都是在美国以外制造的，这似乎并不重要。然而，美国作为电子行业的全球领导者来说，有三个问题非常致命: 能力低、需求高、投资有限。

1. 生产能力低

美国芯片公司越来越依赖国际合作伙伴来制造他们设计的芯片，这反映了美国能力的减弱。美国半导体公司占据了全球芯片销售市场的47%，但只有12%是在美国制造的。要实现更快、更智能的电子产品，就需要芯片设计创新，而这反过来又依赖于最先进的制造技术。

半导体制造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。最先进的半导体制造技术和设施，也就是所谓的晶圆厂，被标记为5纳米，或百万分之一毫米。这个数字指的是过程，而不是任何特定的芯片特性。一般来说，纳米级越小，每平方毫米的晶体管就越多，尽管这是一个复杂的情况，有很多变量。最高的晶体管密度约为每平方毫米1亿个。

台湾和韩国的三星正在开发3纳米晶圆厂，而美国还没有7纳米晶圆厂。英特尔宣布，其7纳米晶厂要到2022年底或2023年初才能投入生产。这使得美国没有能力制造最先进的芯片。

2. 全球需求高

随着疫情的蔓延，对手机、笔记本电脑和其他在家办公设备的需求以及互联网使用的增加，给晶圆厂带来了压力，要求它们增加为这些产品提供的芯片数量。全球汽车行业表示，疫情期间汽车需求下降，因此减少了用于汽车安全、控制、排放和驾驶员信息系统的半导体芯片订单。如今汽车工业已经重新开始生产，但现在面临着半导体芯片短缺的问题。

最近，8个州的州长要求拜登加倍努力，“敦促晶圆和半导体公司扩大产能，并/或暂时将现有产能的一部分用于自动级晶圆的生产。”这种“适度”的再分配不可能不引起其他地区的短缺。而且这不可能迅速完成。例如，台湾半导体巨头台积电(TSMC)报告称，从下订单到发货需要6个月的时间，而芯片生产预计需要3个月。

3. 联邦投资有限

台湾、韩国、新加坡和中国政府每年都在半导体产业上投资数百亿美元。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。在美国，这样的激励措施仍然很少。

台积电计划今年仅在晶圆厂就投资250 – 280亿美元，并承诺在亚利桑那州投资120亿美元建晶圆厂。从这个角度来看，位于亚利桑那州的台积电晶圆厂预计将开始每月加工2万片晶圆，相比之下，台积电在台湾和中国大陆的现有工厂每月加工100万片晶圆。