產業時事

全球晶片短缺背後的原因和危機

晶片已成為政治、經濟博弈的角力點

陳柏仰 2021-04-01

疫情造成晶片需求量大增,汽車業、手機業、電子類產品都在搶晶片,供不應求的情況下,

美國和中國的角力戰就浮上檯面,讓晶片從經濟面的爭奪擴大成為社會影響和政治爭端。


 【文‧陳柏仰】 
 

溫室效應使得地球氣候變化逐漸異常,最近能被我們普通人直接感知到的情況就是,從二○二○年末到二○二一年初,不論南北,我們每個人都親身體會到了一場六十年難得遇見的超級寒潮。當我們正在歡度春節的時候,一股強冷氣團橫掃美國中西部,使得美國遭遇了幾十年來罕見的寒潮和大雪。

二月十六日,席捲美國德州的惡劣暴風雪和長時間寒流,導致該州電力設施癱瘓,三星、Infineon及NXP Semiconductors等半導體廠商位於德州Austin的晶片工廠都已經全面停產。數十億美元的晶片工廠停工一日,就可能會造成數百萬美元的損失。更何況,還不止一家大工廠停工,使得去年就已經潛藏的晶片危機隨時可能瞬間爆發。
 


晶片運用廣泛

多個行業都在搶晶片

晶片對於當今時代太重要了,類似於一個人的心臟組成部分。一九五八年,微晶片問世的時候,主要用在核彈。今天的世界,全球每年生產數兆片晶片,用途五花八門,已經滲入到社會生產與生活的所有領域,航空航太、智慧型機器、軍工製造、自動控制、醫療教育、基礎設施建設和運行、交通運輸、通信等都與晶片緊密相關,甚至農畜養殖都開始使用晶片。隨著新型態的運算模式蓬勃發展,未來所有工業機械都會需要感測器,晶片的需求將進一步提升。

現在多個行業都在搶晶片。比如汽車行業,由於晶片供應緊缺,很多車企紛紛選擇停產。不僅德國Volkswagen,日系三傑也相繼因半導體供給不足而減產或調整生產。今年一月七日,Honda汽車宣佈,由於用於車輛控制系統的半導體供應不足,下調「FIT」系列在內的小轎車四千輛產能;Toyota汽車次日宣佈,由於半導體採購問題,下調美國工廠生產的皮卡「Tundra」系列的產能。

再看到手機行業,目前市場上最大的晶片供應商之一Qualcomm交期延長至三十周以上。CSR藍牙音訊晶片的交付週期更是達到了三十三周以上。華為、OPPO、小米等手機公司都在加大產品的備貨量,而晶片成為了手機行業的稀缺產品。

疫情改變工作型態

促使晶片需求大增

造成晶片嚴重缺貨的因素有很多,首先是疫情原因,在去年一整年的疫情影響下,歐洲、東南亞等地區的晶片供應商產能受到影響,晶片供應減少。同時全球各國均採用遠端辦公、遠端上課的方式避免公眾接觸,這就導致了筆記型電腦、平板電腦需求量的顯著提升。

此外,與線上辦公、線上教學相關的產品均出現銷量激增的現象,包括網路攝像頭、滑鼠、路由器、鍵盤、耳機、顯示器等等。消費電子品以外,線上辦公、線上教學、線上會議和直播類應用,導致對應公司伺服器流量暴漲,因此也提振了伺服器市場。而以上種種產品,都是高中端晶片的需求大戶,因此,在因疫情影響各行各業需求萎靡的同時,晶片需求不降反升。

其次,上述說到的美國德州罕見暴風雪導致大面積停電,數個半導體製造廠紛紛暫停營運之事件,還有像前段時間日本遭遇七‧三級大地震,使得Toshiba、Fujitsu等半導體工廠受創。自然災害的影響下令晶片供應更加緊張。

最後,美國政府對以華為為代表的中國科技企業的制裁和封禁,也是造成這段期間晶片吃緊的重要因素之一。例如二○一八年中國最大的晶片代工商中芯國際曾向全球光刻機巨頭ASML下單了一台EUV光刻機,但由於美國Trump政府的阻擾,這台機器至今還未交付。目前中芯國際在7nm以及更先進的製程工藝上仍舊處於被限制的階段,即使已經具備了足夠的技術儲備,但因為沒有EUV光刻機,形成難以量產的困局。

從經濟面影響擴大到社會和政治

從宏觀來說,晶片製造已經不僅僅是經濟行為,以經濟的眼光看待晶片這個「元件」本身就是有偏頗的,應該從社會學和政治學的角度看待晶片,可以說晶片產業已經成為這幾年最容易造成社會影響和政治爭端的產業了。

近年來,美國製造晶片的能力開始落後,因此想盡辦法確保中國跟著落後。從去年開始,美國持續加強對中國的禁運措施,雙方衝突愈演愈烈,起初只針對華為頒佈禁令,現在禁令範疇已經影響至少六十家公司,當中包含許多晶片廠,中芯國際和小米都被列入「黑名單」。禁令措施造成的影響逐漸發酵,二○二○年最後一季,台積電對中國客戶的銷售大減七二%。

作為回應,中國也一直在奮力推動晶片產業自給自足。一九五○年代開始,中國就將晶片產業列入國家發展計畫中,但時至今日依舊落後五到十年。在「中國製造二○二五」計畫中,中國政府明確提出要大力發展第三代半導體產業。根據計畫,二○二○年半導體核心基礎零部件、關鍵基礎材料應實現四○%的自主保障,二○二五年要達到七○%。去年中國政府提供超過一千億美元的補助吸引超過五萬家企業登記申請,中國頂尖大學也開始加強晶片相關的學程,中國製造的時代正在開展,晶片製造產業也不斷地在向東亞地區集中。

六十年來,各廠商拼命搶下至尊地位,現在這場競賽即將結束。依據摩爾定律,每十八個月到兩年,電腦性能的成本就會減半,但這套定律逐漸失準。每一代的晶片在技術上都會比上一代更難製造,加上現在建廠成本大增,墊高了製造新晶片的成本。尖端晶片製造商從二○○○年的二十五家,到現在只剩下三家,Intel、三星和台積電。

三者中最著名的是Intel,但目前Intel深陷危機。未來可能不會再製造最先進的三奈米晶片,並且預計加大委外代工的占比。有能力搶Intel代工訂單的公司只剩兩家:南韓的三星與台灣的台積電。Apple、Amazon、Tesla等世界級企業都得仰賴這兩家晶片廠了。

回望二十世紀,控制石油運送就掐住了世界的經濟命脈,很快地這個關鍵致命點,就會轉變成南韓與台灣幾個科技園區中產出的矽晶圓了。

技術短缺、產線不足或盲目擴充都是危機

此外,規模經濟的定律將使生產極度集中。唯二的製造商可能會開始利用議價能力。現在台灣已經負擔了全球五分之一的晶片製造,如果只看尖端晶片的產能,台灣甚至占了約一半。而不管是台積電還是三星,都沒法快速擴大晶片產線,因為晶片製造需要的每個工序、每個環節都得有全球僅有幾個公司能生產的高端設備,得有具備超高技能水準的工程師參與生產,得有數十億美元資金的投入,根本沒辦法短時間實現產能擴充,而各大晶片製造廠商顯然是沒辦法提前預測到晶片需求的大量增加,畢竟無論是疫情還是華為,都是突發事件,反而是盲目擴張產線如果填不滿可能會帶來巨額虧損。

種種發展令人憂心,多重危險不容忽視。有些歐美鷹派試圖靠補助推動半導體產業發展,但是這麼做會衝擊目前蓬勃發展的晶片設計產業,應該做的是由Apple這樣的客戶要求台積電和三星分散投資廠房。同時如果美國不再強調尖端製程,中國則持續投注資源,美國政府就會試圖加強禁令以阻礙中國的發展,造成嚴重後果。最後撞上這段時間所有的晶片需求一起爆發的情況,壓力又都是落在全球幾個代工廠僅有的產線上生產,而這幾大晶片代工廠,由於沒有預期到晶片需求的激增,多少年來都沒有怎麼投入資金在工廠擴建上,這就造成目前晶片缺貨現象愈演愈烈的根本原因。

晶片產業已經成為中美以及各個國家主體之間相互牽制的領域,彼此都有能力藉此擾亂對方的經濟,甚至如上所述已經擴展到了社會學問題,通過晶片已經能夠對彼此社會發展造成影響。晶片當初被設計出來時,只是想用在軍事武器上進行遠端打擊,發展到了今天,晶片已經成為各個國家主體及其政府之間,政治經濟博弈的一個重要角力點。但各主體決策層應該設法避免讓它成為二十一世紀冷戰的爆發點,以促進良性競爭的方式替代直接制裁斷供的手段,或許更有利於全球社會的繁榮和穩定。