從新冠疫情暴發到現在，芯片短缺始終困擾着電子產品供應鏈。疫情引發行業動蕩已近兩年，作為多種科技產品的心臟，芯片依然嚴重短缺；遊戲機、網絡設備、醫療器械、汽車等行業的製造商們仍飽受缺芯的摧殘。人們最初認為這個問題會自行解決——要麼是廠商加大力度滿足需求，要麼是需求自然降溫，但現在“缺芯”問題依然十分嚴重。
芯片問題非但沒有得到緩解，反而越發難以控制。封城、全民居家隔離都已經成為過去時，芯片短缺卻還是擺在眼前的大問題。
由於造不出足夠多的汽車，一些汽車廠商銷量驟減、被迫停產。11月17日，大眾汽車就因供應鏈問題暫停在德國生產電動汽車。美聯社9月報道，受缺芯影響，通用、福特多家北美裝配廠一度停產；特斯拉CEO埃隆•馬斯克曾在員工內部郵件中提醒，特斯拉交付數量取決於全球芯片短缺狀況，而短缺仍然很嚴重。
今年10月，蘋果將財務業績不佳的原因歸咎於芯片短缺，還有報道稱iPhone 13因芯片短缺而將減產1000萬部；英特爾也警告稱，供不應求的局面可能持續到2023年。
遊戲硬件行業同樣也不好過，任天堂本月也宣布，受芯片緊缺等因素影響，不得不下調銷售預期。任天堂預計當前財年的總銷量為2400萬台，這與此前設定的2550萬台的銷售目標相比低了約6%。
簡而言之，半導體供應鏈已經以根深蒂固、難以解決的新方式延伸開來。需求的增長速度超過了芯片企業的能力範圍，尤其是使用廣泛的基礎元件，更是會因為巨大的需求波動帶來幾大的投資風險。
半導體行業分析公司IC Insights市場研究副總裁布萊恩•馬塔斯（Brian Matas）表示：“全球經濟因為疫情陷入停滯如此之久，供應鏈居然還沒恢復。”
芯片行業明明就處在技術進步的最前沿，可為什麼還總是短缺，連買一台PS5都會秒沒呢？
芯片短缺之所以持續不斷，主要就是因為供不應求——芯片需求依然在激增，但要建設新的工廠並非一直一夕之事。此外，歷史上的那些暴漲暴跌的周期變化也令一些投資者望而卻步。
需求漲得快 建新廠沒那麼快
2020年，當新冠疫情的經濟影響逐步顯現時，芯片行業已經開始預計需求的增長。根據半導體行業協會的數據，全球芯片銷售額在2019年下滑12%。但在2019年12月，該組織預計全球芯片行業將在2020和2021年分別增長5.9%和6.3%。
最新數據顯示，2020年8月至2021年8月間的全球芯片銷售額增長了29.7%。需求受益於雲計算和5G等技術的推動，而汽車和家電等各類產品也都在加大芯片的使用量。
哈佛商學院教授、前英特爾董事大衛•約菲（David Yoffie）表示，居家辦公、居家娛樂和電子商務使得許多高科技產品的需求暴漲，這出乎許多人的意料。
芯片廠商大約到一年前才意識到這種需求的持續力度，但轉向並非一朝一夕之事。新建芯片工廠需要耗費數十億美元，還要花費好幾年時間。約菲指出：“大約需要兩年時間才能建起一座新工廠。而且工廠規模越來越大，成本越來越高，也越來越複雜。”
索尼和台積電近日宣布，將投資70億美元在日本建設一座能夠生產舊元件的芯片工廠，但要到2024年底才能投產。英特爾也在投資建設幾座技術先進的新工廠，但也得2024年才會上線。
約菲指出，只有荷蘭ASML公司（全球最大的半導體設備製造商之一）能夠供應生產尖端芯片所需的極紫外光刻機，售價高達1.2億美元。但ASML無法加快供應速度，滿足暴增的需求。
設備和材料短缺
生產半導體所需的許多物品也很短缺。製作印刷電路板的基片，也就是固定芯片的表面，一直以來都很難採購。
這些電流板是芯片之間相互通訊的關鍵。康奈爾大學納米科學與技術研究中心運營總監羅恩•奧爾森（Ron Olson）還指出，與製造過程相關的某些複雜物品，例如個人防護用品和天然氣管，現在也出現延遲交貨。
建設新工廠和擴大現有工廠的產能，也對半導體生產設備供應鏈構成壓力。“我們往往會關注芯片工廠，但芯片工廠需要一整套東西才能成為芯片工廠，這些東西現在也出問題了。”康奈爾大學材料工程教授克里斯•奧博（Chris Ober）說，“如果大家都想生產芯片，那就會搶購同樣的設備。”
高度專業化的半導體設備生產商數量有限，交貨周期很長。此外，在工廠安裝和測試這些設備的可靠性同樣要耗費很多時間。
“買設備要花半年到一年，然後還要進行各種工藝開發和設備鑒定。”奧爾森說，“這都要花時間。”
勞動力短缺
要滿足日益增長的芯片需求，除了得建更多芯片廠之外，還得招更多的人。半導體貿易組織IPC 9月末發布報告稱，將近4/5的製造商難以招到合適的工人，歐洲和北美的問題尤其嚴峻。
要處理芯片生產過程中使用的有毒化學物質，員工得接受專門的培訓，這就給增加用工量帶來了又一個瓶頸。企業現在都在靠更高的薪資、更靈活的工作時間還有培訓和教育機會來吸引新員工。
美國《俄勒岡人報》報道稱，英特爾甚至在在電視和廣播上投放了“求助”（help wanted）廣告，專門招募勤工儉學的大學生。
資源向尖端芯片傾斜 老式芯片“難產”
資源不足的進一步影響在這時就體現出來了——並非所有芯片都“生而平等”。
電源控制芯片、微控芯片和傳感器等簡單半導體元件成為主要的短缺來源。這些設備的複雜度遠不及智能手機和遊戲機使用的CPU和GPU，使用的製造工藝也不算複雜。但它們的應用範圍極其廣泛，從微波爐到醫療設備，再到玩具，幾乎所有產品都會用到這種電子元件。
電子元件平台Sourceability副總裁約什•普希（Josh Pucci）表示，許多產品中使用的電源控制芯片曾經只要1美元，但如今卻暴漲到150美元。IC Insights表示，這類元件的交付周期已經從4-8周延長到24-52周。老式芯片生產設備如今難以找到，而這些產品的短缺推升此類設備需求。
市場研究公司Gartner預計，2021年第二季度的全球芯片工廠產能利用率達到95.6%，而2019年第二季度僅為76.5%。Gartner分析師高拉夫•古普塔（Gaurav Gupta）表示，這表明工廠已經滿負荷運行，因為有些生產線需要停機維護。
芯片代工企業GlobalFoundries的CEO湯姆•考菲爾德（Tom Caulfield）今年10月表示，他的公司產能已經預訂到2023年。Analog Devices的部分產品面臨極高的需求，該公司CFO今年8月對投資者表示，訂單已經排到本月開始的下一財年。
芯片廠商面臨的部分挑戰在於，有些客戶可能出現“加倍預訂”的情況，即為了防止供應不足故意超量採購，從而導致未來的需求趨勢難以預測。“加倍預訂導致的現貨短缺令情況更加糟糕。”哈佛商學院教授威利•施（Willy Shih）說。
今年6月，馬斯克也曾在Twitter中戲稱“由於擔心不夠用，每家公司都超量訂購，這種情況就像廁紙短缺一樣，只是規模巨大。”
分析師認為，能夠生產這些芯片的企業可能不願投資建新廠，因為這類芯片利潤微薄，半導體行業的周期屬性又很強，經常出現需求暴漲暴跌的情況。他們擔心未來的芯片供過於求會壓低產品價格。
“回顧一下半導體行業的歷史，會發現利潤和價格暴漲之後，都會出現一個嚴重的下滑周期。”哈佛商學院的約菲說，“我們根本不知道當前的需求增長能否延續。”
雖然有許多新的芯片產能，但多數都會用來滿足尖端產品。Gartner今年1月發布的報告預計，芯片製造商今年將投資1460億新建產能，較2019年增長50%，但其中只有很少一部分用於較常見的老式芯片。
從理論上講，增加尖端芯片產能可以讓更多工廠有空閑來生產老式芯片，但在供不應求時不會出現這種情況。Sourceability的普希表示，雖然企業最近開始針對老式芯片投資建設產能，但必須讓客戶承諾兩年的訂單，才考慮動工。
從中國台灣缺水和美國得州極端天氣對生產的影響來看，這些元件及其供應鏈面臨的壓力顯而易見。“幾周的庫存，可以說是沒有任何空間來消化這些影響。”普希說。
“疫情似乎已經過去了‘肆虐’的階段。”賓夕法尼亞大學沃頓商學院教授蓋德•艾倫（Gad Allon）說，“但受到疫情影響的芯片行業，仍在水深火熱之中。”
芯片要缺到什麼時候？
ASML首席執行官彼得•溫尼克（Peter Wennink）最近解釋道：“去年因為疫情，客戶們都很謹慎。但回過頭來看，他們似乎謹慎過度，把需求壓得太小。現在需求猛增，我們肯定要花費一段時間才能實現產能爬坡。”在他看來，需要等到2022年才能滿足如今的產出需求。
英特爾CEO帕特•基辛格（Pat Gelsinger）表示，新冠疫情期間的在線活動激增引發了“半導體的爆髮式增長周期”。他補充道：“雖然行業已經採取一些措施解決近期的緊張局面，但整個生態系統還需要兩年時間才能解決芯片、基片和元件短缺問題。”
台積電董事長劉德音對其滿足需求的能力持樂觀態度。去年他曾表示：“我們目前認為……我們可以在（2020年）6月底之前滿足客戶的最低要求。”但如他所說，這並不意味着短缺會很快消失。“會有延遲。尤其是汽車芯片，這個行業的供應鏈又長又複雜。供應時間需要七八個月。”他補充道。
半導體需求顯然會繼續增長，溫尼克說：“我們堅信目前的產能無法支撐增長。因此，我們需要通過縮短生產周期、增加人手、機器和建築面積來加快生產速度，從而擴大產能。”
“根本趨勢在於數字化轉型，” 溫尼克總結道，“這還需要許多年才能實現。”