針對當前半導體供應緊張的情況，德國的SNV（Stiftung Neue Verantwortung，是一家致力于應對新技術對當前政治和社會帶來的挑戰的德國非營利性智庫）選擇了汽車芯片短缺、ABF基板供應緊張、后端設備短缺和晶圓制造中斷這四個不同的案例，解釋了半導體供應鏈上造成不同短缺背后的不同原因，并提出了一些解決方案。

案例一：車用半導體短缺

由于COVID-19導致需求前景悲觀，汽車制造商決定在2020年第一季度和第二季度取消芯片訂單。這些在代工廠和IDM“釋放”出的晶圓產能很快就接到了來自消費電子公司的訂單，因為該行業的需求猛增。當汽車需求增加得比預期更快時，汽車制造商很快就用完了芯片，因為他們采用的是即時供應鏈模型，通常試圖避免庫存。那段時間，三個因素使汽車制造商無法快速獲得必要的芯片：晶圓廠利用率高、制造周期長且資源有限。2020年第四季度，當汽車供應商用完芯片時，發現代工廠和IDM幾乎都被預訂了，根本沒有多余的產能來滿足汽車制造商（或任何其他客戶）。加上汽車芯片（包括生產過程在內）必須滿足嚴格的安全要求，這也限制了汽車芯片供應商可以依賴的工廠數量，在稀缺時期給已經很緊張的供應鏈帶來進一步的壓力。

圖源：網絡

案例二：化學品短缺

前端和后端制造依賴于數百種不同的化學品和材料。缺乏一種化學物質會在整個價值鏈上產生多米諾骨牌效應，并可以中斷整個制造過程——比如ABF基材的案例。ABF基材對于每一個使用層壓封裝的芯片來說都是必不可少的。ABF基材的功能是連接芯片內的不同組件，被廣泛用于顯卡、服務器、智能手機和筆記本電腦等產品的芯片中。

除了游戲機和顯卡需求激增導致的ABF基材供應緊張外，主要基板供應商欣興電子發生兩次火災（2020年10月和2021年2月），以及三個不同供應商（欣興電子、南亞科技、景碩科技）的良率低問題（低于70%）導致進一步短缺。2021年3月時的預測顯示供應將短缺至少25%，交貨時間延長至一年以上且價格會上漲。短缺預計會惡化（2022年供應短缺 33%），并可能將持續到至少2023年，一些消息來源甚至預測短缺不會在2025年之前緩解。 AMD、臺積電、三星和英特爾等大客戶正在計劃戰略投資并與欣興電子和Ibiden等供應商合作以確保其ABF基材供應。三個因素導致ABF基材短缺：保守的產能投資、有限的來源和加工地點的集中。

由于基材是一種低利潤的業務，基材供應商一直對擴大其產能一事猶豫不決。反過來，這又導致了多年來對額外產能的投資不足。當市場同時面臨外部沖擊和暴漲的需求時，供應商沒有空間去生產更多的產品，因為他們已經在滿負荷運作。ABF基材供應商欣興電子在其工廠經歷了兩次火災，這導致一些客戶轉向一個較小的供應商，即南亞科技（全球市場份額為6%）。但南亞科技并不能滿足所有從欣興電子采購ABF基材的客戶的需求。同時，ABF基板的主要供應商位于中國臺灣（欣興電子、景碩科技、南亞科技）和日本（Ibiden、新光電氣工業）。在這些地區發生自然災害或與流行病有關的封鎖時，會帶來很大風險。

案例三：（后端）設備短缺

擴展現有晶圓廠（后端或前端）的產能比建造新晶圓廠更快（18個月vs. 3年）。然而，某些類型的制造設備的供應限制對短期的產能擴張構成了挑戰。其中一個例子是引線鍵合機，通常用于微控制器等成熟工藝組件的封裝（后端制造中的一個工藝步驟）。最大的芯片封裝公司日月光集團報告說，引線鍵合占其芯片封裝工藝的80%，而從市場領導者Kulicke & Soffa處獲得引線鍵合設備的時間上升至40-50周（2021年第一季度）。因此，由于有限的資源和保守的產能投資，這兩個因素相互作用導致的設備短缺使得短期后端產能擴張需要更長的時間。

封裝公司和他們的設備供應商保持著密切的關系（強烈的鎖定效應），因此導致迅速從其他地方采購設備是不可行的。近年來，成熟節點的產能投資非常有限。因此，設備供應商越來越關注先進工藝晶圓廠（12英寸晶圓）的設備，而不是成熟工藝晶圓廠（8英寸晶圓）的設備。由于缺乏成熟節點的設備，對成熟節點的突然需求無法得到滿足。只要設備供應商無法滿足對芯片制造機器的需求，代工廠和封裝公司就無法擴大其產能。

案例四：晶圓制造中斷

2021年2月，三星、恩智浦和英飛凌不得不因得克薩斯州奧斯汀的大暴風雪造成的停電而暫時停止工廠運營數周，造成生產損失和數億美元的收入損失。停電不僅損壞了生產設備，也損壞了設備基礎設施中的組件，可能會影響設施的使用壽命。停電加劇了本已緊張的供應鏈的中斷情況。外部沖擊，如停電，不僅擾亂了晶圓制造，也擾亂了整個價值鏈，主要是由于兩個因素：有限的來源和漫長的制造周期。三星代工廠的客戶無法輕易將他們的生產轉移到不同的代工廠，因為芯片設計總是基于特定公司的工藝節點。由于晶圓制造平均需要三個月的時間，在這樣的外部沖擊中會損失相當數額的生產，交貨時間也會迅速延長。

圖源：網絡

適應波動的需求所帶來的挑戰

這四個案例說明了導致不同工藝步驟和投入的各種短缺的許多因素間的相互作用。全球半導體價值鏈無法快速適應需求的突然增長，主要是因為三種因素，它們都植根于半導體制造的基本特征中，即高市場進入壁壘、高晶圓廠利用率和有限的來源。

高市場進入壁壘（高資本強度+高知識強度）以及資源有限的挑戰（高知識強度+高分工

勞動力+強鎖定效應）在整個價值鏈中不會很快改變。

然而，運營目標中對工廠的高利用率（因為資本密集度高）以及由于需求波動和不確定而導致的保守的產能擴張并不是一成不變的——但它們確實很難改變。工廠的高利用率和應對快速變化的需求的能力之間的矛盾，導致了半導體市場中繁榮轉蕭條的循環周期很多。只有在擴產可以帶來經濟利益的情況下，額外的產能或新工廠才會得到投資——也就是當高利用率可以快速實現時。因此，當對芯片的需求大于供應（工廠產能）時，就會建造新的工廠，而短缺和囤積這時卻已經發生了。晶圓廠在供應短缺的時候能賺更多的錢（晶圓廠的高利用率），而他們的客戶那時卻還沒有動力去支付多余的產能。政府如果只是通過補貼和建造更多晶圓廠來嘗試解決，就不會從根本上改變這種動態，因為未來的晶圓廠也將面臨實現高利用率的經濟壓力。

由于擴建現有的工廠至少需要一年時間，而建造和提升一個新的工廠大約需要三年時間，因此需求的能見度對于半導體制造業至關重要。目前的短缺有可能改變晶圓廠和客戶之間的業務關系，以提高需求的可見性，使價值鏈更具彈性。一些代工廠正在就長期協議和客戶對未來工廠的預付款項進行談判，以換取每個客戶的晶圓產能保證。另一方面的進展，就是芯片訂單的不可取消與不可退還。

半導體價值鏈的固有特點和動態顯示，鑒于需求的突然增加，僅僅增加產能并不會是使供應鏈更具彈性和靈活性的成功策略。

半導體生產中的供需循環

圖源：SNV

抵御外部沖擊的能力

這些案例表明，全球半導體價值鏈在應對外部沖擊方面十分脆弱，如自然災害、人為錯誤和區域封鎖，主要原因是半導體來源是單一或有限的，而且加工地點高度集中，外加制造周期長。

制造周期長是半導體制造復雜過程的一個結構性特征，這是沒法改變的。但是關于加工地點上的高度集中（跨國價值鏈的高度分工）和整個價值鏈上的單一或有限的資源來源，這些確實是有可能改變的。這兩種情況都可以而且應該通過多樣化來解決，特別是由于全球變暖，自然災害發生的頻率越來越高。正如案例3所指出的，外部沖擊不僅局限于制造過程的中斷。一個化學品供應商的事故可能導致整個價值鏈的嚴重短缺。

識別出供應鏈中哪些公司由于高度分工和鎖定效應而不可或缺，從而使客戶只能依賴單一或有限的供應來源可以作為解決方案的第一步。因此，可以探索替代來源的可能性（至少從長遠來看），或者激勵這些 “準壟斷”企業的多樣化。同樣，如果一個地區占了某個生產步驟的主要份額（中國臺灣的尖端晶圓制造）或提供了某種關鍵的投入，那么當外部沖擊發生時，位于該地區的大多數公司極有可能會出現生產中斷。

即使從長遠來看，這樣的多樣化也并不總是有可能做到的，因此半導體客戶，如汽車制造商，必須為芯片供應中斷做好準備。第一步是提高價值鏈的透明度，同時加強與供應商和生產關鍵芯片的戰略庫存的關系——這些措施似乎已經幫助豐田公司在芯片短缺的情況下使其保持汽車生產的時間遠遠超過了其大多數競爭對手。