全球芯片短缺或許正在緩解。

美國網站Autoblog認為，對芯片需求下降的速度，甚至可能與兩年前的增長速度一樣快。

兩年前，新冠疫情暴發(fā)，很多人不得不在網上工作和學習，導致對筆記本電腦和智能手機的需求激增。在汽車越來越智能化的關鍵時刻，這些電子消費品消耗了芯片——留給汽車制造商的芯片太少了。

Autoblog援引路透社報道，芯片制造商美光科技（Micron）和超威半導體（AMD）表示，不斷上升的通貨膨脹使全球經濟放緩，反過來導致對筆記本電腦和智能手機需求減少。

權威調研機構Gartner高級主管分析師蘭吉特·阿特瓦爾（Ranjit Atwal）認為，智能手機和個人電腦銷量下滑，有望使今年芯片短缺情況得到緩解。此前他預計的時間是明年，認為智能手機市場下滑，不會被汽車制造商芯片需求激增所抵銷。

2022年7月7日，美光科技預測，當前季度營收遠低于預期，市場“在非常短的時間內大幅走軟”。當日，臺積電、聯發(fā)科、阿斯麥、意法半導體和英飛凌的芯片類股票紛紛下跌。今年以來，中國智能手機銷量下降30％。

臺積電的主要客戶削減了2022年剩余時間的芯片訂單。日經新聞上月報道稱，全球存儲芯片領軍企業(yè)三星電子已暫停新采購訂單，要求一些供應商推遲或削減零部件發(fā)貨。

美光科技首席商務官蘇米特·薩達納（Sumit Sadana）認為，這種轉變程度肯定超出生態(tài)系統(tǒng)中任何人的預期。此外，包括美國在內的許多國家，通貨膨脹率達到多年來最高水平，增加了經濟衰退的風險，導致裁員和緊縮預算。

疫情期間，在家工作需求激增，芯片制造商疲于應付智能手機和個人電腦制造商的大量訂單，由此帶來芯片短缺，導致包括汽車制造商在內的公司削減產量，推遲發(fā)貨，為關鍵芯片支付高額溢價。

早些時候，大眾汽車集團表示，芯片短缺情況有所緩解，供應鏈瓶頸和成本上升局面即將結束。就在今年3月，這家集團還警告道，供應瓶頸將損害今年銷量增長。由于芯片問題，其去年銷量比計劃減少了200萬輛。

因疫情引起的市場快速變化，讓許多行業(yè)深感困惑。預計業(yè)務會大幅下滑的汽車租賃公司紛紛出售汽車，結果發(fā)現需求比預期強勁，導致租賃費率大幅上升。

芯片制造商也被疫情及市場變化打了個猝不及防?，F在，隨著市場轉向相反方向，他們又一次被打了個措手不及。

讓我們看看這一切究竟是怎么發(fā)生的，以及將走向何方？

▍芯片就是新的石油

“這里僅有的操作員就是天花板上的機器人?！笨死锼埂へ悹柗疲–hris Belfi）說。他身裹杜邦特衛(wèi)強（Tyvek）無紡布防護服，在安全燈的映射下，這件“大白”被染成黃色。機器人在頭頂的懸掛軌道上疾馳而過，一閃一晃，呼呼作響。每隔幾秒，就會在一臺巨大機器上方停頓一下。

在機器人洗衣籃大小的“肚子”里，一個塑料盒子精準掉落在一堆細線上，就像身穿緊身衣的湯姆·克魯斯（Tom Cruise）。這個盒子里裝載著珍貴的貨物：多達25塊閃亮的硅片，每塊硅片就像12英寸披薩那么大。

要將這些“披薩”轉化為微型計算機的大腦——我們一般稱它為微芯片、半導體或芯片，這個過程需要近3個月時間。

貝爾菲是芯片制造商格芯公司（Global Foundries）的自動化工程師。他打了個比方：“這就像烘烤蛋糕，唯一區(qū)別就是，我們的蛋糕大概有66層?！?/span>

格芯公司這座工廠（Fab 8）耗資150億美元，隱匿于紐約州奧爾巴尼北部的樹林中，是美國為數不多的先進半導體（或叫晶圓）工廠之一。

其進貨碼頭可以接收256種特殊化學品，比如氬氣和硫酸。其出貨碼頭將準備切割狀態(tài)的成品晶圓送出，封裝在金屬和陶瓷外殼中，可以組裝成從安全氣囊到攪拌機，從耳機到戰(zhàn)斗機的各種產品。

自2011年啟動以來，Fab 8一直都很低調。然而，就像衛(wèi)生紙和雞翅一樣，一場突發(fā)疫情導致一些出人意料的領域出現短缺。疫情沖擊了全球半導體供應鏈，把美國半導體行業(yè)拉到舞臺中央。

汽車行業(yè)受到的沖擊尤為嚴重。最初的封鎖措施導致汽車銷售崩潰，汽車制造商削減了半導體等零部件訂單。一輛常規(guī)新車可能包含1000多個芯片，而芯片制造商也看到了汽車市場的低迷，將產量轉移到消費電子產品上，比如網絡攝像頭和筆記本電腦。

但到去年秋天，汽車銷量猛然回升。汽車制造商不得不為這個戲劇性錯誤埋單——他們無法獲得足夠芯片，到現在依然不能。

芯片短缺導致2021年全球汽車產量減少390萬輛，降幅4．6％。比如福特汽車就減少110萬輛，收益減少25億美元。

事已至此，汽車制造商和芯片制造商開始競相尋求平衡。白宮也及時出手相助，敦促行業(yè)領袖理清供應鏈，增加產量。但事實證明，問題不僅在于美國沒有足夠的芯片生產。

真正的問題是，根本沒有人關注芯片是在哪里制造——更嚴重的是，沒有人關注制造芯片需要多長時間。

2021年6月，美國參議院通過一項兩黨法案，撥款520億美元，旨在增加芯片生產和尖端技術研究，與中國爭奪全球半導體領導者。但新晶圓廠創(chuàng)建需要數年時間。

分析人士擔心，汽車芯片短缺將波及消費電子產品，影響可能持續(xù)到圣誕節(jié)。特斯拉首席執(zhí)行官埃隆·馬斯克（Elon Musk）在推特上寫道：“前所未聞?！?/span>

芯片一直被尊稱為現代社會的大腦，如今卻成為最讓人頭疼的問題，其利害關系已經超越疫情時期的短缺。由于芯片是眾多戰(zhàn)略技術的關鍵組成部分，比如可再生能源、人工智能、機器人和網絡安全等，因此，芯片制造已經成為地緣政治的一根刺。

在20世紀，石油是至高無上的全球資源。而今年的芯片短缺在政策制定者和外交官中引發(fā)了一個21世紀的流行語——芯片就是新的石油。

隨著美國重啟后疫情時代，一個穩(wěn)定的半導體供應已成為整備和恢復力高度優(yōu)先的基準。除此之外，還有一個更大的問題——半導體原本在美國發(fā)明，但如今，像格芯公司這樣的晶圓廠在美國已經瀕臨滅絕。

1990年，全球37％的芯片在美國工廠生產，但到2020年，這一比例下降到12％。這塊不斷增長的蛋糕，所有新份額都流向了亞洲——中國、韓國和中國臺灣。芯片工廠的意義已經不僅僅是工廠，而且是美國自力更生的關鍵。

對半導體了解越多，就會愈發(fā)震驚。數十億個晶體管被塞進一角硬幣大小的空間里，而且制造起來異常困難。如果像亨利·福特（Henry Ford，福特汽車創(chuàng)始人，定義了現代汽車工業(yè)）那樣想象出一條裝配線，那么，硅片在工廠中的路徑就更像一座迷宮。

在格芯工廠，從原材料到成品芯片的過程——貝爾菲等工程師們稱之為“工藝流程”——通常需要85天，包括1000多個步驟。整個過程中，芯片在晶圓傳送盒（FOUP密封艙）中移動，完全不接觸人手。機器人負責運送，它們在機器上方懸掛的履帶上傾斜行駛。

一種機器人用類似液體砂紙的漿液來拋光晶圓，另一種機器人用激光刻印只有12納米寬（大約是指甲在12秒內長出的長度）的電路。電子顯微鏡會檢查硅片的缺陷，一只機械臂將25個晶圓同時浸入化學浴中，就像狂歡節(jié)扣籃游戲一樣。

“基本上，機器人全天都在從晶圓廠每個車間來回運送晶圓。”貝爾菲說，每天都要放上東西，卸下東西，打印，再放更多東西，再卸更多東西。只有在某個環(huán)節(jié)出問題時，人類才會干預。

最讓人頭疼的是光刻機故障，它決定了整個流程節(jié)奏。這種故障每次耗費的成本都超過1億美元。

“當其中一臺光刻機出問題時，所有人都要齊心協(xié)力。而當新冠疫情來襲，我們的工廠卻從未停止?！必悹柗普f。

▍這足以引起白宮的注意

格芯公司首席執(zhí)行官湯姆·考爾菲爾德（Tom Caulfield）在位于工廠樓上的辦公室里回憶道：“我們從來沒有關閉過任何一家工廠，一小時都沒有停過?！?/span>

事實證明，相對工廠管理，商業(yè)沖擊更難應對。和許多行業(yè)一樣，考爾菲爾德最初的金融模式讓他做好了最壞準備。

“我們告訴團隊，我們一起面對疫情，我們一起走出疫情。世界需要我們繼續(xù)制造半導體。這可不是輕描淡寫的說法。芯片確實為疫情應對提供了動力——網絡攝像頭、筆記本電腦、新冠病毒測試機，僅在紐約市，教育部就購買了35萬臺iPad?！?/span>

當時，新車似乎是唯一沒人需要的東西，至少疫情一開始時是這樣。2020年4月、5月和6月，汽車銷量下降了三分之一。汽車零部件制造商直接取消訂單，當然這不是知名汽車制造商，而是它們的供應商，以及這些供應商的供應商。

但半導體工廠不可能輕易轉變。代工是芯片行業(yè)對合同制造商的稱呼，如市值150億美元的Kinko光學。單是格芯一家公司，就為250多家客戶打印芯片，這些客戶又為設備制造商（蘋果或三星等知名品牌，以及大陸或博世等工業(yè)品牌）提供零部件。

而且供應鏈很長。烤一個芯片需要3個月時間，要真正用于汽車引擎或智能音箱，還需要幾個月時間。在格芯的任何一天，可能只有10種不同芯片處于生產階段。每一個獨特的新芯片設計有一個6英寸光罩。

就像一張舊攝影幻燈片，光罩包含一張芯片地圖，可以用激光投影到硅片上。光罩是他們的商業(yè)機密，屬于設計公司的受保護的知識產權，根據格芯專有工藝的獨特規(guī)格進行調整。因此，更換晶圓廠并不容易，而且肯定不會很快。

感恩節(jié)前后，疫情暴發(fā)8個月后，考爾菲爾德的電話響了起來。之前從未聽說過格芯公司的汽車高管們意識到，沒有格芯公司，他們竟然無法生產汽車。

考爾菲爾德說：“如果你是一家汽車制造商供應鏈的老板，因為沒有5美元或10美元的芯片而不能交車，你不可能讓這種事情再次發(fā)生。”

到了2021年，這種影響更令人擔憂。2019年，汽車行業(yè)在芯片上花費了430億美元，但它們只占整個芯片市場的10％。

全球最大代工企業(yè)臺積電是向汽車行業(yè)提供芯片最多的公司，但汽車行業(yè)僅占其收入的3％。相比之下，蘋果占比超過20％。在格芯公司，用于汽車的芯片占比不到10％，雖然足夠重要，但不足以顛倒乾坤。

這種情況在2021年發(fā)生了變化，芯片制造商面臨的政治風險大幅上升?？紶柗茽柕潞粲跛墓こ處焸儭爸匦陆M合產能”，放棄一些訂單，優(yōu)先考慮汽車芯片。

他說：“我們做出了非常艱難的決定。只要能創(chuàng)造更多產能，就把它交給汽車行業(yè)，確保我們不再是制造業(yè)的關口。這其中的含義顯而易見，我不需要白宮的一封信來做正確的事情?！?/span>

但這足以引起白宮的注意。在此之前，立法者將芯片制造視為當地經濟問題。參議院多數黨領袖查克·舒默（Chuck Schumer）支持在他的家鄉(xiāng)紐約州建造格芯晶圓廠，并游說建造更多晶圓廠。

疫情揭示出，芯片制造業(yè)的衰退不僅關乎就業(yè)和地區(qū)經濟，還在全球范圍內產生了戰(zhàn)略影響。

2021年2月，拜登簽署一項行政命令，啟動對關鍵供應鏈的審查。如果一場疫情可能導致芯片引發(fā)跨行業(yè)沖擊，那么，還有沒有其他可能呢？“我們明確地將地緣政治視為供應鏈風險之一?！币幻呒壵賳T說。

▍美國設計，海外制造

在半導體制造的早期，也就是1960年代，英特爾聯合創(chuàng)始人戈登·摩爾（Gordon Moore）發(fā)現，他和同事每年能將芯片上的晶體管數量增加一倍。

10年后，這一創(chuàng)新速度略有放緩，至每兩年翻一番。之后，這個速度保持下來。芯片變得更快、更便宜、更高效，最終推動社會發(fā)展，可以為裝在口袋里的電腦供應動力。

但是摩爾定律，正如人們后來所知，并不是自然的發(fā)展，而是花費巨資研發(fā)新芯片設計和制造方法的辛苦結果。實際上，每一代新的半導體都需要新的工廠來生產。眾所周知，每一個新工藝都以芯片大小來命名，就像珠寶商讓指尖變得越來越精致一樣。

到了1970年代，芯片測量單位是微米，也就是百萬分之一米。1980年代后，前沿晶圓廠已經用納米或十億分之一米來測量產品。如今，行業(yè)基準由臺積電設定，它運營著5納米晶圓廠，為蘋果公司的最新電腦和平板電腦生產M1芯片。

工藝尺寸每一步減小以及性能提高，都要求晶圓廠重新裝備最新一代光刻機來“打印”芯片，并配備相應設備。最新晶圓廠耗資至少120億美元。

如今，半導體行業(yè)主要分為兩類：設計芯片的無晶圓廠和制造芯片的晶圓廠。彼得森國際經濟研究所經濟學家查德·鮑恩（Chad Bown）認為：“實際上有兩大固定成本：一套固定成本是，芯片創(chuàng)意所需的所有研發(fā)費用。另一套固定成本是，所有的資本設備——你需要建造一個這樣的晶圓廠?！?/span>

幾十年來，像英特爾這樣的領先公司兩者兼而有之。高級微設備公司（Advanced Micro Devices）前首席執(zhí)行官杰里·桑德斯（Jerry Sanders）有句名言：真男人就應該擁有晶圓廠。

在1990年代，一些著名人士堅持認為，這是一個性別歧視的評論，但現在已經過時了。高級微設備公司不僅在2009年沒了晶圓廠，其芯片工廠也賣給了格芯公司。

臺積電率先將晶圓廠和無晶圓廠區(qū)分開來，成為半導體行業(yè)的主導者。其創(chuàng)始人張忠謀出生于中國，在美國接受教育。1960－1970年代，他在德州儀器（Texas Instruments）工作時，其工程創(chuàng)造力和管理才能堪稱傳奇。他幫助提高了芯片工廠的產量，并壓低了價格。

但在執(zhí)掌德州儀器半導體部門后，張忠謀得出結論——他永遠不可能成為美國的首席執(zhí)行官?！拔矣X得基本上被放進了牧場。”他在一本公開出版的口述歷史中回憶道，“我進一步發(fā)展的希望破滅了?！?/span>

在德州儀器時，張忠謀已經看到了芯片工廠的成本上升，以及這種上升可能阻礙創(chuàng)新方式。他的同事們都渴望通過新的創(chuàng)新來開創(chuàng)自己的事業(yè)，但從來沒有成功過。

晶圓廠進入門檻太高。張忠謀抓住純代工想法——做一家專注于為他人制造芯片的半導體商業(yè)公司。在中國臺灣支持下，他于1987年創(chuàng)立臺積電。

1987年，這是全球貿易政策的一個有利時刻。里根（Ronald Wilson Reagan）政府制定政策來對抗日本半導體生產增長，但布什（George Walker Bush）政府卻采取一種不干涉方式。

“薯片、電腦芯片，有什么區(qū)別？”布什的經濟顧問邁克爾·博斯金（Michael Boskin）說過這樣一句名言。

與臺積電一樣，韓國和中國的企業(yè)開始加大芯片制造力度，建造高科技晶圓廠，通常是通過政府補貼的方式。

1990年代，就連英特爾也開始將部分生產轉移到海外?！半m然這一切都在發(fā)生，但我們仍堅定地堅持市場經濟原則?！卑雽w行業(yè)協(xié)會（Semiconductor Industry Association）首席執(zhí)行官約翰·諾伊弗（John Neuffer）說。當時盛行態(tài)度是不干涉企業(yè)——不讓政府插手。

2010年，蘋果公司發(fā)布首款定制設計芯片A4，由亞洲一家代工工廠生產，這在行業(yè)已經司空見慣。但這個操作讓英特爾尤其不快，在此之前，蘋果公司設備中使用的芯片都由英特爾設計和制造。

行業(yè)這種劃分已經成為常態(tài)，而且一直延續(xù)到今天——最復雜的芯片很可能仍然在美國設計，但在海外制造。

硅谷仍然名副其實——但這要歸功于幾十家無晶圓廠的芯片設計創(chuàng)業(yè)公司，而不是晶圓廠。如果沒有亞洲國家提供的政府獎勵，這種情況不太可能改變。

“美國的政策是，我們不會創(chuàng)造贏家，我們要讓資本發(fā)揮作用?！笨紶柗茽柕抡f，“如果世界上每個人都這樣做，那將是一種偉大的哲學?！?/span>

▍制造最尖端芯片的唯二選擇

美國國會議員正在改變路線。

2021年6月，美國參議院正式通過名為《美國創(chuàng)新與競爭法》（U．S． Innovation and Competition Act）。直接目的是，通過補貼半導體制造與中國競爭。

一位高級政府官員說：“過去幾年，兩黨越來越多地達成共識，美國需要在國內進行更多投資，以保持競爭優(yōu)勢，特別是在與中國進行某種戰(zhàn)略競爭的時代?！?/span>

“這是一個政治疏忽。現在看來，這已經不單單是一個疏忽了。”半導體工業(yè)協(xié)會的諾伊弗說。

特朗普（Donald Trump）政府激進的貿易政策，為共和黨人支持加大經濟干預打開了大門?，F在他們要求更多。

在保守派智庫美國指南針（American Compass）執(zhí)行董事奧倫·卡斯（Oren Cass）看來：“這確實是一個錯誤?！笨ㄋ箤雽w視為美國經濟政策必要轉變的終極案例研究。

卡斯說：“它們顯然是高科技，是美國長期占據主導地位的領域，顯然涉及國家安全，而且可以很好地量化誰領先誰落后?！?/span>

對拜登（Joe Biden）來說，半導體是刺激美國高科技產業(yè)的機會。2021年4月，他在白宮舉起一塊閃閃發(fā)光的硅片說：“這是基礎?！?/span>

但將領先的半導體制造業(yè)帶回美國需要數年時間。

去年3月，英特爾計劃斥資200億美元，擴建其位于亞利桑那州的、專門為他人生產芯片的工廠。與臺積電在亞利桑那州建一個新工廠（估計花費100億～120億美元甚至更多）不同的是，英特爾無法生產這種尖端芯片。

更小意味著更快，因為要在更小空間里擠壓更多晶體管。英特爾甚至連7納米節(jié)點都難以上線，而臺積電正在超越5納米節(jié)點，準備生產3納米節(jié)點（據報道，蘋果將再次成為其主要客戶）。

英特爾負責美國政府關系的副總裁艾爾·湯普森（Al Thompson）說，這涉及能力問題?！拔覀儗⒃诿绹度氪罅抠Y金，創(chuàng)造大量就業(yè)機會，讓我們走上一條道路。確保盡自己一份力量，來保護國家經濟和國家安全。但要迎頭趕上，還有很長的路要走?！?/span>

去年4月，硅谷一家名為Cerebras的初創(chuàng)公司發(fā)布一款名為CS－2的新電腦。它不是為Zoom電話或Netflix派對準備的，而是為人工智能領域最復雜的研究準備的，比如發(fā)現抗癌藥物或模擬融合反應。其核心是一個具有非凡新設計的定制芯片。

Cerebras不是將一個12英寸的硅片切成數百個小芯片，再像打姜餅一樣把每個芯片都戳出來。它已經找到一種方法來制造單個的巨大芯片，就像曲奇蛋糕一樣。智能手機芯片包含數十億個微小晶體管，它們被蝕刻在硅上，就像一座微型城市。Cerebras的定制芯片包含數萬億個晶體管。

為使其發(fā)揮作用，Cerebras的工程師們找到一種繞過硅片基本缺陷的方法。通常，它們從一個鑄塊中切下來，就像熟食臘腸一樣。如果這些最復雜晶圓有缺陷，就會破壞整個芯片。Cerebras半導體設計師和制造商通過保持每個芯片都很小，丟棄壞芯片來解決這個缺陷問題。

Cerebras工程師們創(chuàng)造了一種設計。它使用了85萬個相同的塊，就像墻紙，以及一個可以關閉任何有缺陷的部分，而不會損壞整個芯片系統(tǒng)。大多數超級計算機將數千個獨立芯片連接在一起。但在這些芯片之間傳輸信息會減慢速度。大腦把所有信息都保存在一個巨大芯片上。

Cerebras首席執(zhí)行官安德魯·費爾德曼（Andrew Feldman）說：“我們找到了一種方法，利用硅以接近光速的速度移動信息，并以極小的能量將信息移動到其他地方。”

對于制藥公司葛蘭素史克和阿貢國家實驗室這樣的客戶來說，它提供了在人工智能領域取得突破所需的動力。

這種大膽想法定義了硅谷早期的創(chuàng)新，以及美國芯片設計師持續(xù)不斷的創(chuàng)造力。如果說在1960－1970年代，芯片工廠遍布硅谷，那么當Cerebras需要為芯片工廠尋找工廠時，當地卻沒有其他選擇。

費爾德曼意味深長地說：“如果你想制造最尖端的芯片，只有兩個選擇：你可以游到中國，也可以向另一個非軍事區(qū)扔石頭。”他暗指臺積電和韓國三星。

2022年2月，美國眾議院通過了參議院修改的《2022年美國競爭法案》，數十億美元的聯邦資金將流入半導體行業(yè)，這已經是最賺錢的行業(yè)之一。

但要將這筆投資轉化為新的芯片工廠、新的芯片設計和新的工程人才渠道，還需要數年時間。該行業(yè)的挑戰(zhàn)，不僅僅是趕上中國臺灣當下的水平，以及中國計劃在2025年達到的水平，而是要在未來更進一步。

3納米節(jié)點比5納米節(jié)點更昂貴。

獨立芯片制造專家艾莉莎·謝雷爾（Alisa Scherer）說：“保持領先所需的資金需要不斷增加。時間跨度也如此，跳過一代幾乎不可能。光是環(huán)境許可就需要數年時間?！?/span>

“這些不是塔可貝爾（美國連鎖快餐店），不能把他們打翻。它們不是裝在盒子里送到的。就人工智能芯片而言，臺積電和三星是唯二選擇，這是我們看到的現實。”

在那之前，芯片制造——以及它引起的所有地緣政治和經濟影響，將繼續(xù)依賴于橫跨大洋的全球網絡。