[原创] SIA对全球半导体现状的评价
2021-11-27
14:00:03
来源: 半导体行业观察
2019年，新冠病毒导致供应链中断，带来了前所未有的挑战，对全球经济产生了连锁反应。2020年，疫情抑制了供应，造成了需求的意外波动。一些下游行业减少了生产和芯片采购，而另一些行业则看到，在全球封锁期间，为了维持关键功能，对半导体的需求飙升。这种动态的背后，是巨大的全球物流和运输网络的混乱，加上原材料、关键零部件和中间件的短缺，暴露出高度相互依赖的全球化价值链的广泛脆弱性，而这一价值链早在2019年疫情之前就已被地缘政治摩擦和精益生产战略削弱。在全球范围内发生的供应链中断中，全球半导体短缺扮演了一个特别重要的角色。
为此，半导体行业将生产能力推到了极限，准备在2021年将产量提高到历史最高水平。在整个疫情期间，该行业为国家的关键基础设施、国防工业基础、制造业、医疗保健部门、劳动力和数字解决方案提供了动力，应对越来越多的新老挑战。与此同时，供应链也面临挑战。在后疫情时代加速数字化的过程中，急剧的市场波动给该行业满足不断扩大的全球需求的能力带来了巨大压力。当前，该行业在一个来自多个关键经济部门的竞争和不断增长的需求的艰难的环境中运营。尽管芯片制造商在短期内夜以继日地尽一切可能提高产量——而且半导体产量远高于疫情前的水平——但供应链方面的挑战依然存在。
理解这些挑战需要一个全面的方法，考虑到这个高度复杂和全球化的供应链的每一步。根据最终用户的类型，半导体器件要经过一个分销商、零部件供应商、装配供应商、分销商和其他步骤组成的错综复杂的链条。而如果我们的注意力和解决问题的努力仅限于供应链的制造步骤，就会错过整个经济范围内短缺的更深层次的潜在挑战。
全球芯片短缺根本无法通过政府主导的自上而下的努力在短期内分配有限的供应来解决，分配不当并不是问题的核心。相反，它在于在我们的行业、国家和全球历史上发生的一件不寻常的事件之后，市场需求发生了急剧和根本性的变化。对芯片的需求正在全面增长，所有地方的产能都必须扩大，以满足现在和未来的需求。芯片短缺需要一个长期、全面的解决方案，旨在加强整个全球半导体生态系统，并与我们的盟友密切合作和协调，确保美国在技术创新和能力方面的持续领先地位。
作为半导体行业协会，SIA无法为信息请求中涉及公司特定信息的许多具体问题提供答案；然而，作为与商务部持续合作的一部分，我们提交的文件提供了半导体市场和供应链的全行业信息，并提出请注意这种整体方法的必要性，以加强美国半导体行业并使我们国家的供应链更具弹性。
SIA回答相关问题：“针对半导体产品设计、前端、后端制造商和微电子组装商，以及他们的供应商和分销商”。
半导体供应链是一个复杂的、全球公司和地区整合的产业链，需要以更低的成本提供越来越创新的设备。SIA准备了一份今年早些时候详细介绍半导体供应链的报告：《在不确定的时代加强全球供应链》，该报告重点介绍了美国在全球供应链中的一些主要优势以及弱点。
美国在电子设计自动化(EDA)、核心知识产权(IP)、芯片设计和先进制造设备等研发密集型活动中处于领先地位，这得益于其世界一流的大学、庞大的工程人才库和市场驱动的创新生态系统。东亚的盟国经济体在晶圆制造方面处于领先地位，这得益于几十年来大规模资本投资、政府持续激励以及获得强大基础设施和熟练劳动力。中国在组装、封装和测试方面处于领先地位，这是一种技能和资本密集度相对较低的行业，并且正在积极投资以扩展整个价值链。所有国家都在一体化的全球半导体供应中相互依存，依靠自由贸易将世界各地的材料、设备、知识产权和产品运送到每项活动的最佳地点。这种基于地域专业化的全球供应链结构为该行业带来了巨大的价值，并为客户增加了创新并降低了成本，但它也造成了每个地区需要评估的漏洞。
在这些风险中，制造业成为全球半导体供应链弹性的主要焦点之一。大约 75% 的半导体制造能力以及许多关键材料的供应商（如硅片、光刻胶和其他特种化学品）都集中在东亚，该地区暴露于高地震活动和地缘政治紧张局势中。目前，整个世界上最先进的半导体制造能力位于韩国 (8%) 和中国台湾 (92%)，尽管来自这两个地区的领先公司正在将这种能力引入美国。以应对主要全球供应中断，该行业需要市场驱动、政府资助的激励计划，以实现更多元化的区位分布，包括扩大美国的制造能力、生产基地和关键材料的供应来源。这将使美国能够在领先节点保持最低限度的可行制造能力，以满足国内对用于国家安全系统、航空航天和关键基础设施的先进逻辑芯片的需求。
在高层次上，行业供应链包括由材料、设备和软件设计工具以及核心IP供应商组成的专业生态系统的几个步骤支持：
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确定基础材料和化学工艺，以创新设计架构和制造技术；
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设计纳米级集成电路，实现电子设备正常工作的关键任务；
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高度专业化的半导体制造设施或“晶圆厂”的制造，将纳米级集成电路从芯片设计印刷到硅片中；
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组装、封装和测试，将晶圆厂生产的硅片转换成成品芯片，然后组装成电子设备；
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来自专业供应商的半导体制造材料，支持半导体设计的电子设计自动化 (EDA) 软件和服务，包括设计阶段的专用专用集成电路 (ASIC) 的外包设计；
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下图详细说明了半导体价值链中的七项差异化活动，以及 2019 年各自占行业研发、资本支出和附加值的百分比。
资料来源：SIAxBCG 报告“在不确定的时代加强全球半导体供应链”（2021 年）
b.指明该组织能够运营（设计和/或制造）的技术节点（以纳米为单位）、半导体材料类型和设备类型。
制造工艺技术的进步通常用“节点”来描述。术语“节点”是指电子电路中晶体管栅极的纳米尺寸。随着时间的推移，它已经失去了它的原始含义，并已成为一个总称，用来指代更小的特征以及不同的电路架构和制造技术。通常，节点尺寸越小，芯片越强大，因为在相同尺寸的区域上可以放置更多的晶体管。这就是“摩尔定律”背后的原理，这是半导体行业的一项重要观察和预测，它指出逻辑芯片上的晶体管数量每 18 到 24 个月就会翻一番。自 1965 年以来，摩尔定律一直支撑着处理器性能和成本同时提高的持续步伐。当今智能手机、计算机、游戏机和数据中心服务器中使用的先进处理器是在 5 到 10 纳米节点上制造的。使用 3 纳米工艺技术的商业芯片制造预计将于 2022 年末开始。
虽然用于数字应用的逻辑和存储芯片极大地受益于与较小节点相关的晶体管尺寸的缩放，但其他类型的半导体，尤其是上述 DAO（离散、模拟和其他）组中的半导体它们不能在更小型化的规模下工作，或简单地使用不同类型的电路或架构，不能通过迁移到更小的节点来获得同等程度的性能和成本效益。因此，晶圆制造在广泛的节点上进行，从当前用于高级逻辑的 5 纳米“领先节点”到用于分立、光电子、传感器和模拟半导体的 180 纳米以上的传统节点。什么构成“前沿”节点因不同类型的半导体而异。例如，对于模拟，45 nm 将被视为“先进”或“前沿”。虽然目前只有 2% 的全球产能位于 10 纳米以下的节点上，但预计未来几年对此类先进半导体的需求将迅速增加。
资料来源：SIAxBCG 报告“在不确定的时代加强全球半导体供应链”（2021 年）
参与半导体制造的公司也依赖专业的材料供应商。半导体的制造通常需要多达 300 种不同的材料，包括原始晶片、商品化学品、特种化学品、溅射靶和大宗气体。其中许多还需要先进的技术来生产。例如，用于制造随后被切成晶片的硅锭所使用的多晶硅的纯度水平需要比太阳能电池板所需的水平高 1000 倍。半导体级多晶硅主要由四家公司提供，全球市场份额合计超过 90%。超纯氟化氢 (UPHF) 是另一种在半导体制造过程中广泛使用的关键材料，用于半导体晶片的湿法蚀刻和清洁。只有一家 UPHF 制造商在美国设有工厂。同样，溅射靶材由 4 家主要供应商提供，占市场的 90%，其中大部分在美国境外。在美国，只有一家制造商为先进半导体生产靶材。最后，世界上用于芯片制造过程中的光刻、掩模和旋涂电介质应用的大部分电子聚合物是由美国以外的公司提供的。只有三家公司组成了美国的供应商。
该图表显示了 2019 年半导体制造材料在前端和后端制造中使用的关键系列的全球销售明细。
资料来源：SIAxBCG 报告“在不确定的时代加强全球半导体供应链”（2021 年）
半导体制造使用由专业供应商提供的 50 多种不同类型的复杂晶圆加工和测试设备，用于制造过程的每个步骤。这些设备中的大多数，例如光刻和计量工具，都集成了数百个技术子系统，例如模块、激光器、机电一体化、控制芯片和光学。涉及半导体设计和制造的高度专业化的供应商通常位于不同的国家。
资料来源：SIAxBCG 报告“在不确定的时代加强全球半导体供应链”（2021年）
光刻工具是制造商最大的资本支出之一，它决定了晶圆厂可以生产的芯片的先进程度。先进的光刻设备，特别是那些利用极紫外 (EUV) 技术的设备，需要制造 7 纳米及以下的芯片。一台 EUV 机器可能耗资 1.5 亿美元。计量和检测设备对于半导体制造过程的管理也至关重要。由于该流程在一到两个月内涉及数百个步骤，因此在流程早期出现的任何缺陷都会浪费后续耗时步骤中进行的所有工作。因此，在半导体制造过程的关键点建立了使用专用设备的严格计量和检验过程，以确保可以确认和保持一定的良率
现代工厂还使用先进的自动化和过程控制系统进行直接设备控制、自动化材料运输和实时批次调度，许多最新的设施几乎完全自动化。半导体制造设备还包含许多具有特定功能的子系统和组件，例如光学或真空子系统、气体和流体管理、热管理或晶圆处理。这些子系统由数百家专业供应商提供。开发和制造这种先进、高精度的制造设备需要大量的研发投资。半导体制造设备公司通常会将其收入的 10% 至 15% 投资于研发。2019年半导体设备制造商整体研发占比9%，增加值占比11%
c.对于生产的任何集成电路（无论是在自己的工厂还是在其他地方制造）确定主要集成电路类型、产品类型、相关技术节点（以纳米为单位），并根据预期的最终用途对2019、2020和2021年的年销售额进行估计。
半导体是高度专业化的组件，可为电子设备提供处理、存储和传输数据的基本功能。今天的大多数半导体都是集成电路，或“芯片”。芯片是一组微型电子电路，由有源分立器件（晶体管、二极管）、无源器件（电容器、电阻器）和它们之间的互连组成，层叠在半导体材料（通常为硅）的薄晶片上。行业分类法通常描述了30多种产品类别，可以大致分为（i）逻辑；(ii) 离散、模拟和其他 (DAO)；(iii) 内存。占行业收入42%的逻辑是在二进制代码上运行的集成电路，作为计算的基本构建块。此类别包括微处理器、通用逻辑产品、微控制器 (MCU) 和允许设备连接到网络的连接产品。DAO占行业收入的32%，包括传输、接收和转换处理连续参数（如温度和电压）信息的半导体。最后，占行业收入26%的内存是用于存储信息以执行计算的半导体。计算机处理存储在其内存中的信息，内存由各种数据存储或存储设备组成。目前使用的两种最常见的半导体存储器是用于临时存储的动态随机存取存储器 (DRAM) 和用于永久存储的 NAND 存储器。
下图按产品类别分解了全球半导体对主要消费者的销售额。
资料来源：SIAxBCG 报告“在不确定的时代加强全球半导体供应链”（2021 年）
近年来，全球半导体行业的最大部分是存储器、逻辑、模拟和MPU。2020年，这些产品占半导体行业销售总额的78%，达到3430亿美元。
在过去的20年中，全球所有产品类别的半导体销售额都在稳步增长。
今天的晶圆制造涉及广泛的节点，从当前用于高级逻辑的5纳米“前沿”到用于分立、光电子、传感器和模拟半导体的180纳米以上的传统节点。美国目前在先进节点（10纳米或以下）上的产能占全球的28%，但目前缺乏前沿（5纳米及以下）的产能。
d.对于组织销售的半导体产品，确定那些订单积压最多的产品。然后对于总数和每个产品，确定产品的属性、过去一个月的销售额以及制造和包装/组装的位置。
列出每个产品目前的前三名客户，以及每个客户估计占该产品销售的百分比。
半导体用于跨越主要经济部门的多种应用的所有类型的电子设备。信息通信技术 (ICT) 行业目前是半导体的最大消费市场，半导体用于为笔记本电脑、蜂窝设备、数据中心和宽带网络以及各种软件应用程序、人工智能技术和其他新兴技术提供动力。在未来，半导体在汽车应用领域的内容，如先进的驾驶辅助系统(ADAS)和传感器，有望推动汽车终端市场的大幅增长。过去10年，汽车市场销售额的复合年增长率为7%，从2011年的256亿美元增长到2020年的500亿美元。
e.对于生产过程的每个阶段，确定你的公司是在内部还是外部执行该步骤。对于贵组织的顶级半导体产品，估计每个产品的 (a) 2019年交货时间和 (b) 当前交货时间（以天为单位），包括总体交货时间和生产过程的每个阶段交货时间。用来解释当前的延迟或瓶颈。
制造过程错综复杂，需要高度专业化的材料和设备才能在微型尺度上达到所需的精度。半导体晶圆的整个制造过程有400到1400个步骤，具体取决于产品。制造成品半导体晶圆的平均时间（称为周期时间）约为12周，但对于高级工艺而言，可能需要14到20周才能完成。芯片制造使用数百种不同的材料，包括原始晶圆、商用化学品、特种化学品以及多种类型的加工和测试设备和工具，跨越多个阶段。这些步骤通常会重复数百次，具体取决于所需电子电路组的复杂性。
技术的复杂性和对规模的需求导致了专注于价值链特定部分的商业模式的出现。
资料来源：SIAxBCG 报告“在不确定的时代加强全球半导体供应链”（2021 年）
IDM在价值链的多个部分进行垂直整合，执行设计、制造、以及内部组装、封装和测试活动。在实践中，许多IDM拥有混合“fab-lite”模型，他们将部分生产和封装外包。在该行业的最初几十年，IDM模式占主导地位，但研发和资本支出的投资规模迅速增加，产生了对规模和专业化的需求，从而导致了无晶圆代工模式的出现。目前，IDM模型对于专注于内存和DAO产品的公司更为常见，这些产品主要是通用组件且更具可扩展性。2019年，IDM约占全球半导体销售额的70%。
随着行业转向小型技术节点，开发成本不断上升。随着尖端节点成本的不断上升，越来越少的IDM继续在领先节点开发工艺技术，转而依赖代工厂进行前沿制造。
代工厂满足设计和其他无晶圆厂公司和IDM的制造需求，因为大多数IDM没有足够的内部安装制造能力来满足他们的所有需求。这种商业模式使代工厂能够分散与在设计公司和 IDM的更大客户范围内建造现代晶圆厂所需的大量前期资本支出相关的风险。大多数代工厂只专注于为第三方制造，这反过来又让设计公司和IDM专注于投资尖端研发。撇开内存不谈，在过去五年中，代工厂为DAO和逻辑产品增加了60%的行业增量产能。目前代工厂占整个行业制造能力的35%，如果不包括内存，则为50%。在使用更先进的12英寸/300毫米晶圆尺寸的先进节点（14纳米或以下）和尾节点（20至60纳米）中，它们的份额上升至 78%。此外，目前仅有两家代工厂能够在领先的5纳米节点上进行制造。
f.对于您组织的顶级半导体产品，列出每个产品的典型库存和当前库存（以天为单位）、成品、在制品和入库产品。为库存操作的任何变化提供解释。
SIA没有关于个别公司或整个行业的库存水平的数据。但是，我们能够提供关于应对大流行的工业产出的数据。
为应对不断增长的需求，芯片制造商在2021年将产量提高至历史空前水平。2021年8月全球半导体销售额达到472亿美元，较2020年8月的364亿美元增长了29.7%，所有区域市场和主要产品类别的销售额都在同比增长。从2020年12月到2021年8月，美国半导体公司的国内销售额增长了27.6%。同期对海外市场的销售增长了16.7%。
从2021年4月到6月，该行业的销量（包括汽车专用集成电路的销量）超过了有记录以来任何其他三个月期间的销量。2021年6月的销量创下历史新高，销量接近1000亿台。1月至4月的月度单位销售额每个月都创下新纪录。
半导体公司通过分销商销售大部分产品，分销商转售给原始设备制造商 (OEM) 和电子制造服务提供商以及各行各业的其他公司。分销商通常为制造商提供最有效的方式来达到许多国家的“长尾”客户——数以万计的小客户，如果拥有全职的内部销售团队，他们的订单成本会更高。许多半导体制造商也有分销商管理成熟客户和产品线，这些不需要内部销售或技术支持，因为他们提供了维持业务的低成本解决方案。分销渠道的使用因公司而异，根据半导体公司 2020年的年报，通过分销商产生的销售额占总收入的25%至85%。平均而言，分销商处理半导体行业50%的收入。
g.去年影响公司向客户提供产品能力的主要干扰或瓶颈是什么？
COVID-19 时代的供应链中断是整个经济的现象。根据埃森哲的数据，94%的《财富》1000强企业报告称，COVID-19导致供应链中断，75%的企业对其业务产生了负面或严重的负面影响。从制造业到消费品，世界各地的所有行业都受到了对设施和劳动力封锁的影响。全球物流和运输网络的大规模错位导致港口拥堵、生产和交付延迟以及消费价格上涨。原材料、中间产品和关键零部件的制造短缺对众多终端市场产生了连锁反应。供需冲击暴露了全球供应链中的脆弱性，这些脆弱性已经因 COVID-19 之前的地缘政治摩擦和精益生产战略而变得紧张。在像我们这样相互关联的经济体中，全球价值链的中断引发了一场完美风暴，半导体供应链也未能幸免于这些动态。
为遏制COVID-19，边境管制、行动限制以及关闭工厂和港口，全球经济的各个领域都受到了影响。9月，一家领先的汽车公司将其年度生产目标削减了300000 辆，因为COVID-19 感染的增加导致越南和马来西亚工厂的产量放缓。中国深圳盐田港口和宁波-舟山港口爆发疫情，这些港口是世界五大港口之一，导致了部分港口关闭数周，影响了位于世界另一端的洛杉矶港的交易量。作为仅次于中国的美国第二大服装和鞋类供应国，越南从7月开始迫使工厂关闭或严重减产，以应对Delta变种病毒的爆发，迫使美国的主要零售商除了飞涨的运输成本外，还要应对意想不到的延误和短缺。截至 10 月，一家服装公司报告其越南工厂处于“100%封锁”状态，并延迟了四到八周。一家大型制造商2020年51%的鞋类产品在越南生产，预计7月至10月期间越南的生产时间将损失10周。马来西亚是智能手机、汽车发动机和医疗设备的主要生产地，由于 COVID-19 病例的爆发，经历了多次工厂关闭和人员短缺。据估计，全球半导体供应的7%要经过马来西亚，美国从马来西亚直接进口的芯片比从其他任何国家进口的都多。
多个工厂和港口关闭可归因于全球意外天气事件。2月，寒冷的天气和激增的电力需求导致德克萨斯州停电，并最终导致停水，工厂和商店被迫关闭。包括汽车芯片制造商（恩智浦半导体、英飞凌科技股份公司和三星）在内的芯片制造商被迫关闭了奥斯汀的生产工厂。3月，瑞萨电子位于日本Naka的旗舰工厂发生火灾，损坏电镀机器并关闭批量生产300毫米半导体晶圆的生产线三个月。该公司在汽车和其他机器中使用的微控制器拥有近20%的全球市场份额。
h.过去三年公司的订单与出货比是多少？解释任何变化。
SIA 没有关于个别公司或整个行业的订单出货比的数据。
i.如果对产品的需求超出了公司的能力，您的组织分配可用供应的主要方法是什么？
SIA 无法解决个别公司在供不应求时分配可用供应的方式。但是，我们可以提供有关该行业需求驱动因素和未来需求增长的更多背景信息。
对半导体的需求正在迅速增加，预计还会继续增加。在整个大流行期间，半导体行业在应对大流行以及随后的经济复苏和复原努力中发挥了关键作用。半导体提供用户输入、显示、无线连接、处理、存储、电源管理和其他基本功能。这包括医疗保健和医疗设备、电信、能源、金融、交通、农业、制造业、航空航天和国防。半导体还支持 IT 系统，使远程工作成为可能，并提供对各个领域的基本服务的访问，包括医药、金融、教育、政府和食品配送。该行业一直是为经济和公共卫生领域的众多问题开发解决方案的关键，包括救生医疗设备、呼吸机、公共测试和追踪、疫苗开发以及抗击全球大流行所需的通信网络和能力。
2020年，全球芯片销售额从2019年的4123亿美元增长到4404亿美元，增长了6.8%，这主要是受Covid-19大流行刺激的需求增长的推动。《世界半导体贸易统计(WSTS)半导体市场预测》(2021年6月)预测，2021年全球半导体行业销售额将增加到5270亿美元，比其2020年秋季预测的2021年有所上调。WSTS预测，到2022年，全球销售额将增长到5730亿美元。从2000年到2020年，全球半导体销售额从2044亿美元增长到4404亿美元，复合年增长率为3.91%。
2001 年，每单位成本为 0.98 美元，2020 年下降至 0.68 美元。这反映了在此期间的复合年增长率为 -1.81%。产出增加而不是通胀压力是原因所在。
未来十年，半导体技术的进一步创新将推动一系列变革性技术的普及，包括 5G、人工智能 (AI)、自动驾驶和物联网 (IoT)。半导体与其所服务的市场之间的关系是共生的，因为半导体的创新有助于刺激市场需求并开辟新市场。例如，半导体的进步使连续几代蜂窝技术成为可能，导致最近引入了5G。短期内，需求驱动因素经历了一些由COVID-19大流行带来的意想不到的社会变化，但随着社会越来越依赖半导体技术，这些转变导致需求持续增长。半导体需求的长期增长动力已经稳固，在可预见的未来，该行业是全球经济的关键增长领域。然而，该行业必须首先在短期内应对更广泛的供应链中断，并采取措施在长期内建立更具弹性的供应链。
j.贵公司是否有可用产能？如果有，是什么阻止了该产能的扩展？
尽管过去30年美国制造能力的年增长率为7%，但美国在全球半导体制造业中的份额从 1990年的37%稳步下降到2020年的12%。Fab经济学解释了这种下降：政府激励措施和劳动力成本。美国装机容量的增长速度被几个亚洲国家赶超，这些国家的政府通过优惠补贴、税收优惠和其他政府激励措施，雄心勃勃地投资于国内制造业。
这些投资的结果导致全球约75%的半导体制造能力集中在东亚，但也存在重要区别。例如，美国的盟友和合作伙伴目前占据了前沿生产的大部分，中国台湾占全球领先和先进节点产能的47%，10纳米及以下用于先进逻辑器件，韩国生产的内存占全球产能的40%以上，估计占半导体总需求的30%。
作为成熟半导体技术的重要生产国，中国取得了显著增长，但仍在领先地位上落后。然而，中国政府继续将半导体行业作为经济增长和技术领先的驱动力，预计到2030年，将在全球新增产能中占40%左右。相反，目前计划中的工厂建设数据表明，如果没有《美国芯片法案》(CHIPS for America Act)和扩大后的《工厂法案》(FABS Act)等激励措施，目前在建的新工厂中只有6%位于美国。
资料来源：SIAxBCG 关于“政府激励和美国半导体制造竞争力”的报告（2020年）
k.贵公司是否正在考虑增加产量？如果是，以什么方式，在什么时间范围内，这种增加存在哪些障碍？在评估是否增加容量时会考虑哪些因素？
半导体行业正在大力投资于能力建设，以满足未来需求并增强供应链弹性。与大多数其他行业相比，该行业在资本和研发方面的年度总投资水平较高。2020年，美国半导体公司(包括无晶圆厂公司)的研发和资本支出总计为742亿美元。从2000年到2020年，研发与资本支出的复合年增长率约为5.6%
2020年，美国半导体行业仅在研发方面的总投资就达到440亿美元。该行业每年将大约五分之一的收入用于研发。根据纽约大学斯特恩商学院发布的2021年数据，就研发支出占销售额的百分比而言，它仅次于美国制药和生物技术行业。美国半导体行业的研发支出占销售额的百分比是任何其他国家的半导体行业都无法超越的。
为了在两年或更长的时间内增加产量，资本支出率是行业进展的良好指标，从2021年开始，有一个明显的增长和持续水平的趋势。预计 2021 年全球半导体行业的资本支出 (capex) 将达到创历史最高水平的1480亿美元，比2020年增长 30%。预测未来五年的年度行业资本支出也表明较之前的年度水平大幅跃升，2021-2025 年平均为1560亿美元，而2016-2020年为970亿美元。这意味着资本支出增长了61%。
2021年，全球半导体行业的目标是在全球范围内增加超过200座新晶圆厂，另有15座IC晶圆厂正在建设中。下表显示了顶级半导体公司从2021年开始新建或扩建的晶圆厂建设项目。
资料来源：IC Insights Fab 数据库，SIA
该行业克服了一系列干扰事件，维持了半导体供应链的运营，并扩大了产能，以满足关键需求。这包括 SIA 和同行努力将半导体和供应链运营指定为世界各地的“基本基础设施”和“基本业务”，以确保在政府封锁和其他人员流动限制的情况下继续运营。
l.在过去三年中，贵公司是否改变了材料或设备采购力度或做法？
自 2019 年第一季度以来，晶圆厂季度产能利用率已远高于 80% 的“满负荷”率，并且在最近几个时期已达到95%以上。利用率是系统被利用的时间相对于它们可用于生产的时间。半导体工厂的“充分”利用率通常是 80% 的产能利用率，以便进行预防性维护、维修、升级和认证程序，以保持产量和质量。高利用率提高了设备生产率，但会增加未来发生代价高昂的故障的风险。这包括生产用于计算、服务器和图形处理应用的尖端芯片的先进节点晶圆厂，以及生产用于汽车和消费电子产品的半导体的成熟节点晶圆厂。这种利用率水平对半导体行业缓解芯片短缺短期影响的努力至关重要，但从长期来看，这是不可持续的。
从各个方面来看，利用率的提高都导致了产能的显著扩张，以满足全球芯片需求的激增：
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增加晶圆开工率：
自 2020 年第一季度以来，全球 IC 晶圆厂每月新增产能为 545,000 片。据估计，在同一时期，用于制造分立器件、光电器件和传感器（包含单个组件但对汽车电子产品越来越重要的半导体器件）的新产能已经翻了一番。
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创纪录的芯片销售额：
2021年第二季度的半导体产品销量超过历史上任何其他季度。在 2021年上半年的六个月中，有四个月创下了月度半导体销售量的新记录。2021年6月的单位销售额是有史以来最高的，接近1000亿。2021年将售出超过1万亿颗半导体，这将是有记录以来的最高水平。
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创纪录的汽车芯片销售额：
从2020年9月到2021年8月，汽车用半导体的月度销售总额已超过2018年9月创下的纪录。
m.在接下来的六个月中，哪一个变化（以及供应链的哪个部分）最能显着提高供应半导体产品的能力？
全球半导体行业正在积极努力满足需求，但没有可以立即缓解当前短缺的短期解决方案。克服全球芯片短缺需要旨在建立长期产能和供应链弹性的市场远见。有几种措施可以促进半导体生产。这些包括大量的政府激励计划以及终端市场和消费者对供应链管理战略的转变。
（1）为《美国芯片法案》(CHIPS for America Act)提供资金，并颁布强化的FABS法案，以激励在美国扩大产能。
问题的核心是，半导体在各个经济领域都供不应求。解决芯片短缺问题需要旨在从根本上加强整个行业的政策。政府为此可以采取的最具建设性的行动是：(i) 资助《美国芯片法案》(CHIPS for America Act)，该法案为国内芯片生产和研究投资提供激励; (ii) 颁布强化版的 FABS 法案，为半导体制造和设计提供投资税收抵免。SIA 和牛津经济研究院在 5 月发布了一份报告，详细介绍了《芯片法案》(CHIPS Act)对美国劳动力和GDP的影响。
2020 年，我们估计劳动力规模为277000人。半导体集成设备制造商 (IDMs)、纯代工厂和其他涉及半导体制造的机构直接雇用了近185000名美国工人。此外，据推算，美国的非晶圆厂半导体设计公司的雇用人数将增加9.2万名
根据《美国芯片法案》，一项 520 亿美元的联邦激励计划将对美国的半导体工业基础设施以及更广泛的经济和劳动力产生持久影响，包括额外增加 246 亿美元的 GDP，并从 2021 年到 2026 年平均每年创造 185000 个临时工作岗位。在这六年的建设期间，这一激励计划每年对GDP和就业的累计影响将分别为1,477亿美元和110万美元。如此规模的投资将使未来十年在美国建设 19 座先进的晶圆厂，使预期的晶圆厂数量增加一倍，并使美国的产能增加 57%。这些好处将被 FABS 法案放大，该法案将为半导体制造投资创造 25% 的投资税收抵免，包括制造设备和晶圆厂建设。增强的 FABS 法案将把这些激励措施扩大到设计。
立法的颁布对于解决长期芯片短缺问题以及推动美国在未来经济增长、国家安全和供应链弹性方面的技术领先地位至关重要。鉴于《芯片法案》规定的规模和范围，我们强烈鼓励商务部开始实施相关项目，以便在《芯片法案》资金获得批准后，管理和管理赠款项目、研发工作和其他相关行动。尽快建立这些计划将缩短从破土动工到商业运营的前置时间——最终缩短在美国增加芯片产量所需的时间，推进半导体研发的前沿，提高供应链的弹性和安全,并满足不断增长的消费者需求。
除了制造业激励措施和投资税收抵免之外，政府还可以采取许多其他措施来打造更强大的供应链。这包括推进贸易政策，扩大全球市场，开放市场，使其对我们的商品更具吸引力。大多数半导体需求是由消费者最终购买的产品驱动的，包括笔记本电脑和智能手机等通信设备。芯片行业 80% 的消费者都在海外。新兴市场（包括亚洲、拉丁美洲、东欧和非洲）的消费需求日益受到推动。2001年，随着设备生产转移到该地区，亚太市场在向电子设备制造商销售半导体方面超过了所有其他区域市场。从那以后，它的规模从 398 亿美元增加到 2020 年的超过2710亿美元。亚太地区最大的国家市场是中国，到2020年，中国占亚太市场的56%，占全球市场的34%。
政府在刺激对前沿技术的需求方面可以发挥有影响力的作用，对国家更广泛的技术生态系统产生影响，SIA 对商务部在该领域寻找可能的选择表示赞赏。对新宽带、5G服务和绿色技术等下一代能力的前沿需求激励，可以释放支撑汽车生产和其他形式制造业的遗留节点的产能，同时创造广泛的经济价值。例如，宽带的主要形式，特别是 WiFi、电缆、光纤和 DSL，正处于技术十字路口，越来越多的宽带产品包含前沿半导体。通过自己的采购、赠款和与其他政府的协调，美国政府可以加速宽带解决方案向更新的工艺节点的迁移，并代表了解决传统芯片短缺的一种解决方案，并带来了额外的好处，即用更多的能量来适应未来的国家宽带基础设施高效技术
在疫情开始时取消订单是导致当前汽车行业芯片短缺的主要原因。2020年上半年，由于工厂关闭和客户需求低迷的预测，汽车行业的一些人取消了现有订单，导致对汽车行业的芯片交付空前减少。2020 年3月和4月，汽车市场专用芯片的月度同比（YoY）销售增长下降是突然而急剧的。同样戏剧性的是，随着汽车工厂恢复生产和强劲销售出现，汽车工厂恢复生产，并在2020年下半年出现强劲的销售。汽车行业前所未有的需求突然增加，与已经转向其他终端市场的产能发生了冲突。由于生产一种半导体芯片可能需要长达 6 个月的时间，因此长期合同将有助于为生产过程提供稳定性，并有助于避免未来的供应中断。
尽管有这些限制，半导体行业还是满足了不断增长的需求，对汽车行业的销售和出货量达到了历史水平。汽车集成电路(ICs)的月度同比销售增长在第三季度和第四季度迅速恢复为正值。下面的图表显示了汽车芯片销售的v型衰退和复苏。
整个 2021 年汽车市场销售势头持续，2021 年第二季度飙升78%。汽车IC单位出货量在 2021年前六个月也以类似甚至更快的速度增长，这表明销售复苏和随后的飙升并不是价格上涨的结果。
汽车销售反映了整个市场的动态。自2020年下半年以来，所有主要消费者部门的芯片销售额(以三个月移动平均为基础)同比增长迅速。2020年6月至2021年6月，汽车行业的增长幅度最大，从- 27%增至66%。
与此相关的是，面对疫情造成的供应链意外中断，采用优先考虑成本最小化和提高效率的准时 (JIT) 库存做法被证明是无效的。采用此类做法的行业应考虑重新评估其库存和供应链管理方法，建立更加偏向于增强弹性的“以防万一”的方法。
为了提高半导体供应链的透明度，终端用户应该利用现有的行业数据资源。世界半导体贸易统计 (WSTS) 是半导体行业的市场数据标准。WSTS 数据按价值、数量和平均售价提供每月半导体销售额。它允许客户跟踪所有主要终端市场到所有主要国家/地区市场的数百种半导体子产品的半导体销售月度趋势。自 1976 年以来，半导体行业一直在运行这种销售跟踪功能，因此它在跟踪行业表现方面积累了丰富的经验并建立了强大的记录数据。这些数据是半导体公司每月提供的主要来源数据，并汇总在一起，因此不披露个别公司的数据。SIA可以提供更多关于WSTS数据价值、WSTS计划收集的特定销售和市场数据以及数据收集计划工作方式的详细信息。
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