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本文來(lái)自微信公眾號(hào)“半導(dǎo)體行業(yè)觀察”。

來(lái)源：內(nèi)容編譯自貝恩，謝謝。

來(lái)自貝恩的分析師表示，半導(dǎo)體的供需是一種微妙的平衡，很容易被打破，過(guò)去幾年來(lái)，半導(dǎo)體行業(yè)及其客戶對(duì)此都非常了解。盡管疫情引發(fā)的芯片短缺已經(jīng)過(guò)去，但高管們已經(jīng)開(kāi)始為人工智能（你猜對(duì)了）可能帶來(lái)的下一次危機(jī)做準(zhǔn)備。

各行各業(yè)加速采用人工智能將給數(shù)據(jù)中心的圖形處理單元(GPU)供應(yīng)帶來(lái)壓力，因?yàn)橛?xùn)練和運(yùn)行大型語(yǔ)言模型(LLM)對(duì)計(jì)算資源的需求似乎永無(wú)止境，而供應(yīng)鏈卻受到限制。此外，即將出現(xiàn)的人工智能設(shè)備激增似乎將引發(fā)新個(gè)人電腦(PC)和智能手機(jī)的購(gòu)買熱潮，這對(duì)更廣泛的半導(dǎo)體供應(yīng)鏈具有重大影響。

半導(dǎo)體供應(yīng)鏈極其復(fù)雜，需求增長(zhǎng)約20%或以上，很可能會(huì)打破平衡并導(dǎo)致芯片短缺。大型終端市場(chǎng)融合中的人工智能爆炸式增長(zhǎng)很容易超過(guò)這一門檻，從而在整個(gè)供應(yīng)鏈中造成脆弱的瓶頸（見(jiàn)圖1）。

由于半導(dǎo)體行業(yè)的技術(shù)發(fā)展迅速、資本需求巨大以及增加產(chǎn)能的準(zhǔn)備時(shí)間較長(zhǎng)，平衡半導(dǎo)體的供需一直很困難。但芯片供應(yīng)商和買家必須迅速采取行動(dòng)，以應(yīng)對(duì)下一次可能出現(xiàn)的大規(guī)模危機(jī)。讓我們來(lái)分析一下潛在的需求和供應(yīng)沖擊將如何發(fā)展。

數(shù)據(jù)中心需求

2022年底，生成式人工智能取得突破，迄今為止，這對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)來(lái)說(shuō)是一個(gè)福音。芯片制造商的銷售額和估值大幅增長(zhǎng)，從Nvidia等領(lǐng)先的GPU銷售商到向數(shù)據(jù)中心供應(yīng)其他芯片的供應(yīng)商，包括Broadcom（交換機(jī)）和SK Hynix（高帶寬內(nèi)存）。數(shù)據(jù)中心及其專用芯片的支出沒(méi)有放緩的跡象。預(yù)計(jì)2024年，主要云服務(wù)提供商的資本支出將同比增長(zhǎng)36%，這在很大程度上受到對(duì)人工智能和加速計(jì)算的投資的推動(dòng)。隨著LLM擴(kuò)展能力以同時(shí)處理多種數(shù)據(jù)類型（文本、圖像和音頻），以及風(fēng)險(xiǎn)投資家向人工智能初創(chuàng)企業(yè)投入更多資金，GPU需求將繼續(xù)增長(zhǎng)。

如果數(shù)據(jù)中心對(duì)當(dāng)前一代GPU的需求到2026年翻一番（根據(jù)當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)，這是一個(gè)合理的假設(shè)），那么根據(jù)貝恩的預(yù)測(cè)模型，關(guān)鍵部件的供應(yīng)商在某些情況下需要將產(chǎn)量提高30%或更多，該模型考慮了多層次半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的復(fù)雜性（見(jiàn)上圖1）。這種拉動(dòng)需求將集中在先進(jìn)封裝和內(nèi)存方面。在上述情況下，到2026年，晶圓上芯片(CoWoS)封裝組件制造商需要將生產(chǎn)能力提高近三倍。

為了推動(dòng)人工智能的發(fā)展，必須整合復(fù)雜的供應(yīng)鏈要素，從建設(shè)數(shù)據(jù)中心和晶圓廠到確保獲得先進(jìn)封裝和充足的電力。獲取許多這些關(guān)鍵要素需要很長(zhǎng)的交貨時(shí)間，這可能導(dǎo)致無(wú)法滿足需求（見(jiàn)圖2）。

重要的是，這些供應(yīng)鏈元素中有許多與技術(shù)生態(tài)系統(tǒng)的其他部分共享，并且都受到資本、地緣政治和時(shí)機(jī)風(fēng)險(xiǎn)的影響。一個(gè)芯片的缺失可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)脫軌，就像上次的短缺一樣，當(dāng)時(shí)新車因缺少關(guān)鍵芯片而大量滯銷。

PC和智能手機(jī)需求

個(gè)人設(shè)備制造商已迅速將AI功能直接嵌入其產(chǎn)品中。根據(jù)我們的基準(zhǔn)測(cè)試，為了容納設(shè)備上AI的神經(jīng)處理引擎，普通筆記本電腦核心處理單元(CPU)和智能手機(jī)處理器分別增加了約5%和16%的硅表面積。

更重要的是，隨著人工智能應(yīng)用的實(shí)用性不斷增強(qiáng)，尋求升級(jí)的買家可能會(huì)加速購(gòu)買新設(shè)備，從而引發(fā)需求上升，類似于疫情刺激個(gè)人電腦需求的短期激增（見(jiàn)圖3）。

與GPU相比，鑒于與智能手機(jī)和PC相關(guān)的零部件清單很長(zhǎng)，AI需求將對(duì)智能手機(jī)和PC的半導(dǎo)體供應(yīng)鏈產(chǎn)生更廣泛的影響。這些設(shè)備供應(yīng)鏈中最脆弱的環(huán)節(jié)將是制造最先進(jìn)芯片的前沿晶圓廠。在AI快速普及的情景下，2023年至2026年間，PC銷量將增長(zhǎng)31%，智能手機(jī)銷量將增長(zhǎng)15%，前沿晶圓廠需要將產(chǎn)量提高約25%至35%。這將需要建造四到五個(gè)額外的前沿晶圓廠，預(yù)計(jì)耗資400億至750億美元，這將有助于證明主要代工廠已經(jīng)在建造的眾多晶圓廠是合理的。

不要忘記供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)

過(guò)去十年，極端天氣、自然災(zāi)害、地緣政治沖突、流行病和其他重大事件充分表明，供應(yīng)沖擊會(huì)嚴(yán)重限制行業(yè)滿足需求的能力。過(guò)去18個(gè)月，GPU供應(yīng)面臨的大部分壓力是由供應(yīng)鏈中不太顯眼的環(huán)節(jié)中斷造成的，例如CoWoS先進(jìn)封裝能力。

地緣政治緊張局勢(shì)、貿(mào)易限制以及跨國(guó)科技公司將供應(yīng)鏈的遷移，繼續(xù)對(duì)半導(dǎo)體供應(yīng)構(gòu)成嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)。工廠建設(shè)延遲、材料短缺和其他不可預(yù)測(cè)因素也可能造成瓶頸。如果不考慮這些不確定性，我們預(yù)計(jì)最大的供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)將來(lái)自對(duì)高帶寬內(nèi)存組件、先進(jìn)封裝工廠和工具建設(shè)以及基板工廠建設(shè)的更大需求。

高管們的啟示

對(duì)于各行各業(yè)的半導(dǎo)體買家來(lái)說(shuō)，要駕馭這些供應(yīng)鏈的復(fù)雜性，首先要深入了解所采購(gòu)的組件。有效的領(lǐng)導(dǎo)者會(huì)特別關(guān)注與人工智能數(shù)據(jù)中心相交的組件，例如交換機(jī)、收發(fā)器和電源管理集成電路。他們將密切關(guān)注PC和智能手機(jī)的更新周期，以及相關(guān)外圍設(shè)備，如Wi-Fi路由器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。這些領(lǐng)域的激增將對(duì)整個(gè)供應(yīng)鏈產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，必須密切跟蹤每個(gè)領(lǐng)域。

領(lǐng)先的公司將吸取最近芯片危機(jī)的教訓(xùn)，以確保其庫(kù)存在短缺和過(guò)剩之間保持平衡。他們將簽署長(zhǎng)期采購(gòu)協(xié)議，以確保根據(jù)預(yù)期的未來(lái)需求獲得芯片和制造能力（并且他們將與供應(yīng)商分享這種可見(jiàn)性）。過(guò)去幾十年占主導(dǎo)地位的“即時(shí)”庫(kù)存策略將繼續(xù)讓位于“以防萬(wàn)一”的方法，這種方法成本更高，但更具彈性。更多的公司將盡可能在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中使用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體，而不是特定應(yīng)用的芯片。他們還將繼續(xù)投資于供應(yīng)鏈的彈性，以應(yīng)對(duì)關(guān)稅或法規(guī)等地緣政治不確定性。最后，他們將像監(jiān)控前端半導(dǎo)體制造能力一樣密切監(jiān)控硅先進(jìn)封裝和基板供應(yīng)。

高管們可能仍對(duì)疫情引發(fā)的半導(dǎo)體供應(yīng)中斷感到擔(dān)憂，但現(xiàn)在已經(jīng)沒(méi)有時(shí)間休息了，因?yàn)橄乱淮沃卮蠊?yīng)沖擊即將來(lái)臨。不過(guò)，這一次跡象很明顯，行業(yè)有機(jī)會(huì)做好準(zhǔn)備。前進(jìn)的道路需要警惕、戰(zhàn)略遠(yuǎn)見(jiàn)和迅速采取行動(dòng)來(lái)加強(qiáng)供應(yīng)鏈。通過(guò)采取主動(dòng)措施，企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者可以確保他們?cè)谌找嫒斯ぶ悄芑氖澜缰斜３猪g性和成功。

參考鏈接：

https://www.bain.com/insights/prepare-for-the-coming-ai-chip-shortage-tech-report-2024/