半导体供应链的弹性

讨论文件 内容 科技无处不在。从可见到不可见。 第1章介绍3 技术的力量从未如此强大，不仅让事情变得更简单，而且让事情变得更好。它是这样的工具使我们能够塑造我们的世界并丰富我们的生活。 第2章 数字化背后的驱动力4复杂的、资本密集型的全球供应链5大流行推动了对芯片的需求6 科技让我们走到一起。它连接我们。 第3章 这些联系推动创新，培养创造力，推动发现。 制造能力空前扩张7施工挑战9交付固定设备和备件9初始工具和服务物流9 我们知道我们的合作伙伴在一个充满活力和瞬息万变的市场中运营，需要在全球范围内安全、可靠和快速地提供最新进展。这需要有弹性和灵活的供应链来确保货物完好无损、准时到达目的地。 第4章 面向未来的供应链11加速数字化举措12建立更牢固的伙伴关系13制定有弹性的产品和库存策略14导航到零环境影响15 我们还提供多式联运的专业解决方案来运输宝贵的机械和珍贵零件，利用我们自己的网络连接更多全球220多个国家和地区。技术连接人。 物流连接世界。连接你。 第5章 芯片制造商的见解16关于提高供应链弹性的见解17 第1章介绍 我们生活在一个快节奏的数字世界中，芯片推动了大部分技术的发展。电子设备（例如智能手机）的新版本通常由为其供电的芯片的性能来定义。随着世界数字化，设备集成了越来越复杂的芯片。高级乘用车， 为了满足对芯片不断增长的需求，半导体制造商正在扩大和升级他们的产能，到2022年在晶圆厂设备上投资990亿美元，几乎是大流行前速度的两倍⁵。正如我们在第3章中探讨的那样，这种前所未有的扩张为所有相关公司带来了重大的物流挑战。尤其是因为它需要在不同地区并行建设晶圆厂，其中一些几乎没有现有的半导体生产基础设施。我们探讨了这种非凡增长对物流的影响以及物流公司的作用可以在施工过程中起到支撑作用。 例如，可能包含1,000到3,500个筹码¹。未来的发展，例如人工智能、自动驾驶和工业自动化的发展，预计将进一步推动对芯片的需求。因此，预计到2030年，半导体行业的年销售额将从目前的6000亿美元左右增加到1万亿美元²。 过去三年的芯片短缺也暴露了不同行业供应链的漏洞。 除了芯片短缺之外，与大流行相关的运输市场中断、贸易紧张局势和乌克兰战争也影响了全球的供应链。因此，供应链的弹性在各地都被提上了议事日程。在对来自不同行业的供应链领导者的一系列采访中，我们探讨了这些公司如何提高其供应链弹性，并确定适用于不同行业的共同主题。在第4章中，我们展示了领先公司如何利用供应链可见性、强大的合作伙伴关系、明智地增加库存水平和可持续性来提高供应链的弹性。此外，我们还讨论了物流公司在此过程中可以发挥的作用。在第5章中，我们总结了本文档的要点和建议。 正如我们在第2章中探讨的那样，这种发展取决于高度复杂的供应链。芯片制造过程的每个阶段都涉及少数高度专业化的公司。为了跟上最新的技术发展，需要增加研发投资和资本支出。用于制造最新一代芯片的新制造厂（“晶圆厂”）例如，（亚3纳米）预计成本高达200亿美元³。因此，芯片制造商有经济动机让这些工厂接近满负荷运转。 虽然半导体行业产能过剩和产能不足的时期并不罕见，但大流行病推动的设备需求超出了可用的制造能力。这导致芯片短缺，自2020年下半年以来影响了许多行业。咨询公司德勤估计，半导体短缺导致收入下降 2020年和2021年全球损失超过5000亿美元，仅2021年一年，汽车销售额损失就超过2100亿美元⁴。 作者： DHL客户解决方案和创新技术部门总裁AlexanderGunde DHL客户解决方案和创新部DHL半导体物流全球负责人Boris Finselberg 彼得·罗尔夫斯，DHL客户解决方案和创新部门发展总监 第2章数字化背后的驱动力 半导体现在变得如此普遍，以至于很难想象没有它们的生活。美Gartner预计到2022国成年人平均每天花费超过12小时与电子设备直接交互6。年个人电脑、平板电脑和手机的销量将达到19亿部7。 咨询公司麦肯锡公司的分析师预测，在当前十年的剩余时间里，半导体行业的年均需求增长率为6%至8%，到20302年，半导体行业将成为一个价值万亿美元的行业。麦肯锡表示，大部分增长将由三个行业推动:投资 运行新兴人工智能服务所需的处理和数据存储能力；新一代连接设备和支持它们所需的基础设施；以及汽车行业正在发生的根本性变化2。 这些产品中的每一个都可能包含多个半导体组件，包括处理器、存储芯片、无线通信设备、传感器和一系列更简单的部件。总之，全球半导体 2021年，该行业销量达到创纪录的1.15万亿台。该行业的最近的表现受到冠状病毒危机的推动，这增加了对数字服务的需求， 其中，汽车行业是 预计将成为半导体行业最大的单一增长来源。 今天的汽车已经装满了电子设备，有1,000到3,500个芯片用于控制多个功能1.转向电动动力总成和增加先进的自动驾驶 半导体行业预计在未来几年将继续增长，尽管进展可能并不顺利。 例如，到2022年年中，由于消费者需求下降以及公司寻求削减大流行时期的库存，半导体需求开始放缓。 功能可能导致某些车辆的半导体含量增加八倍。 到20302年，汽车行业在半导体总需求中的份额可能会从目前的8%上升到15%。 复杂的、资本密集型的全球供应链 然后，完成的晶圆可能会运往马来西亚，在那里分离并封装各个芯片。然后将它们运到中国组装成成品，运往世界各地的客户。 半导体行业是世界上全球化程度最高的行业之一。现代集成电路(IC)的制造涉及1,000多个单独的处理过程步骤，以及十几个或更多国家的供应商和服务提供商之间的70多个过境点。 保持芯片技术领先地位的竞争推动了该行业的广泛整合。在1990年代，大约有十几家公司经营着能够生产当时最先进芯片的代工厂。今天只有三个人有这种能力。这些公司倾向于将生产集中在几个关键的地理位置 半导体价值链的每个主要步骤都由高度专业化的组织完成，利用 世界。例如，全球92%的制造业 芯片之旅可能始于美国，那里的硅 数十年来积累的专业知识。不同代的半导体技术通常用其最小特征的近似尺寸来描述，这一维度被称为“技术节点”。这个尺寸已经从1960年代的大约50微米(μm)急剧缩小到今天的几纳米(nm)。 最先进的亚10纳米芯片的产能在台湾3。其余在韩国。这些先进的工厂也变得越来越昂贵。例如，台积电最先进的专用于3纳米芯片的晶圆厂预计耗资高达200亿美元9。 二氧化硅被开采和提炼，然后被运往日本熔化并长成称为铸锭的巨大单晶。然后，该锭可能会在韩国被切成晶圆，然后运往台湾的一家铸造厂（晶圆厂）。在晶圆厂，来自欧洲的设备用于根据多家美国和欧洲技术供应商创建的设计将多个芯片的电路蚀刻到每个晶圆上。 6.晶圆可能会被运送到台湾的晶圆厂并变成集成电路7.单个芯片由马来西亚的组装和测试分离和封装8.芯片被运送到智能手机OEM的组装中国合作伙伴，将被整合到手机内部的电路板中9.智能手机卖给了美国的客户 1.一家英国公司在应用程序流程架构上许可IP2.一家总部位于美国的无晶圆厂公司设计芯片3.高度先进的制造设备由美国、欧洲或日本的公司开发4.二氧化硅在美国开采和提炼，然后送到日本熔化并长成一个巨大的单体称为锭的水晶5.然后，这种钢锭可能会在韩国被切成薄片 大流行引发的芯片需求 半导体行业的资本密集度意味着芯片制造商试图尽可能接近满负荷运行他们的工厂，几乎没有空间应对意外的需求激增。在过去十年中，利用率一直很高（达到或超过80%）。2020年接近90%，考虑到维护设备和交换机的需要，有效满负荷使用不同产品类型之间的生产线11.此外，由于建立新的制造设施至少需要24个月，因此半导体行业的供需可以摆脱同步。在过去，这导致了产能不足的时期 为了克服供应挑战，半导体行业正在着手对其价值链进行重大变革。在上游，芯片制造商正在对新的制造工厂进行前所未有的全球投资，旨在提高整体产能并降低与地理相关的风险 COVID-19增加了对许多电子设备的需求。例如，在居家办公和在家上学10的推动下，个人电脑和笔记本电脑的需求增长率达到十年来最高。2020年，除汽车和工业应用外，几乎所有主要行业对半导体的需求都超过了COVID前的预测。 关键设施集中。在下游，半导体用户正在调整他们的 供应链，以通过确保关键产品的长期可用性并缓冲较小的周期性变化 虽然需求旺盛，但向最终客户交付成品却很困难。客运航空的崩溃 旅行使全球大量的航空货运能力消失 在需求和供应模式中。 随后是增加投资以满足不断增长的需求的时期。 市场，因为许多空运货物作为定期客运航班的机腹货物运输。此外，主要海港——尤其是美国——的拥堵加剧了持续的空运短缺。 芯片的需求增长和供应有限导致2021年和2022年出现短缺。问题首先出现在汽车行业，但很快蔓延到其他行业。多家汽车公司被迫关闭工厂并调整生产计划，因为他们无法获得所需的半导体。德勤分析师估计过去两年的芯片短缺导致全球半导体行业与其客户行业之间的收入损失超过5000亿美元，其中仅在2021年，汽车销售额就损失了超过2100亿美元4。 但半导体行业的挑战并没有随着大流行限制措施的放松而结束。例如，随着需求下降，汽车行业的公司迅速削减了半导体产品的订单。半导体制造商随后将产能分配给其他客户，例如消费电子制造商。危机过后，当汽车销售迅速复苏时，半导体制造商缺乏闲置产能来满足由此产生的新订单激增。即使在他们这样做的地方，也需要额外的时间将工厂转回生产汽车产品。 预测与。实际销售额增长百分比（2020年） 第3章制造能力空前扩张 由于其现有的大部分制造基础设施已接近满负荷运转，半导体行业正在掀起一波重要的资本投资浪潮，以满足日益增长的芯片需求。建造一个能够在最大的晶圆上蚀刻最小的晶体管的新铸造厂可能耗资超过200亿美元3并且需要两年或更长时间。大型芯片制造商还必须每年投资数十亿美元来更新和更换现有工厂的制造设备。到2022年，该行业的总资本投资预计将超过990亿美元，几乎是20195年投资550亿美元。 这些激励计划已经开始扭转该行业最近的一些地域集中现象。例如，英特尔、三星和台积电都宣布了在欧洲和美国建立先进半导体工厂的计划。这些新晶圆厂可能会鼓励半导体价值链其他部分的参与者在附近设立，包括原材料和资本设备供应商、研发以及组装和测试组织。 最近几个月，产能扩张的步伐有所放缓。一些制造商减少了2022年的计划投资，并为一些制造商设定了完成日期新晶圆厂已被推迟。这些延误是由多种因素共同造成的，包括消费者需求放缓、补贴批准和分配延迟以及关键资本设备短缺。尽管如此，增长行业保持强劲，并有望继续。 最近的投资激增是一种全球现象。由于持续的短缺凸显了半导体的战略重要性，许多地区的政府正在制定旨在支持当地发展的政策 生产能力。例如，美国CHIPS for America法案包括520亿美元的投资条款，用于投资半导体研究、设计和制造。欧盟的欧洲芯片法案提供了一系列激励措施，旨在鼓励在该地区建设新的制造设施。 “在过去，我们是按时间顺序建造的——在完成前一个之后——但现在我们正在同时建造多个超级晶圆厂。” 英特尔全球物流副总裁Rory P.O’Connor 计划扩展半导体制造能力 黄色标记的地理热点 主要设备和备件的交付 每个半导体工厂的核心都是昂贵且高度专业化的机器，用于将晶体管和其他组件蚀刻到硅晶片上。这些机器仅由全球少数几家公司生产。 目前，只有一家公司——荷兰的ASML——制造所需的最先进的极紫外(EUV)设备生产当今最先进的芯片。 资本设备的可用性有限是对当今晶圆厂建设浪潮的重大挑战。每条芯片生产线的设备都需要几年的时间来制造 并且需要来自高度专业化供应商的数千个组件。ASML报告称其在202112年仅出货了42个EUV系统。 施工挑战 将机器从工厂运输到晶圆厂也是一项挑战。最先进的系统需要40个集装箱， 在绿地，半导体公司及其供应商需要建立重要