一个未能受到重视的问题是,今天的汽车工业已经将半导体纳入了汽车的最基本功能。每辆车的平均芯片数量在2017年和2021年之间翻了一番,达到约1700个,而且,随着汽车和卡车加入新的安全功能和自动驾驶功能,这个数字只会继续增加。根据一项估计,全球汽车半导体市场的总价值将从2020年的387亿美元增长到2030年的1166亿美元,即年复合增长率为11.7%。然而,撇开周期性供应问题不谈,汽车应用的半导体产量根本跟不上步伐。传统的芯片生产能力只以每年大约2%的速度增长。作为比较数据,从2010年到2020年,整个半导体行业的产能平均每年增加10%。

投资不足和产能损失

对于汽车行业来说,这种投资不足的情况在模拟设备方面尤为严重,因为模拟设备是沿着梯度处理信息,而不仅仅是根据开和关的信号。世界上最大的模拟芯片制造商之一意法半导体公司预测,它积压的汽车订单将"继续超过现有和预期的制造能力,直到2023年"。

更广泛地说,美国芯片行业正在完全失去生产某些类型的传统设备的能力。这并非反映了技术上的障碍,而是反映了一个事实,即老旧的工厂正在关闭,而且鉴于相关的困难,它们却没有被取代。根据美国国会研究服务部的一份报告,许多传统的芯片通常在只能加工200毫米(mm)晶圆的工厂生产,而不是在较新的工厂生产的当前一代300毫米晶圆。更为复杂的是,报告提到"制造200毫米芯片的设备已不再容易获得"。因此,企业在对生产"旧"芯片的晶圆厂进行新的投资方面犹豫不决,这些芯片只有在折旧的设备上生产才能达到所需的利润率。

这种产能的减少意味着没有"银弹"来解决汽车行业的芯片短缺问题,尤其是因为该行业的需求正在迅速增长。展望未来,几乎所有预测的汽车芯片需求增长都与电气化、自动驾驶和连接性所需的设备有关,而这些应用所需的三分之二以上的芯片将在2030年前由传统节点组成。

短缺的影响

供应限制已经扰乱了美国汽车制造商的运营,并影响到美国许多其他制造业部门。例如,医疗设备生产商遭受了为其机器提供动力所需的成熟芯片的短缺。芯片的有限供应迫使"公司进入现货市场购买电子元件,使病人难以获得一些关键设备"。

传统芯片的短缺也影响了电子消费产品的制造商。2021年,由于短缺,苹果公司被迫削减其iPhone和其他设备的生产计划。关于iPhone 13 ProMax,一个包含2000多个组件的高度复杂的设备,短缺并没有发生在最先进的芯片方面。相反,成本只有几美分的外围元件,如德州仪器公司生产的电源管理芯片、Nexperia公司的收发器和Broadcom公司的连接设备,这些短真正缺阻碍了生产。重要的是,"这类芯片不是iPhone、智能手机、甚至是消费电子产品所独有,而是被广泛用于计算机、数据中心、家用电器和联网汽车。"