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研究进展:打造韧性供应链 | 芯片产业-Nature Electronics

日期：2023-08-21 01:59:37 来源：网络整理作者：本站编辑浏览：21 评论：0

高科技产业为现代数字世界提供动力，但其供应链特别容易受到地缘政治和经济中断的影响。为此，需要采取紧急行动，提高供应链的复原力，即韧性。

高科技供应链是全球经济及其可持续和数字化转型的关键所在。这些供应链，包括原材料的提取和加工、电子芯片的制造，以及计算机等技术密集型产品的生产过程。但由于其复杂性和资本密集型性质，高科技供应链是最脆弱的，并受到COVID-19大流行，以及其他持续的地缘政治紧张局势的严重影响。例如，2020 年，世界各国 COVID-19 大流行造成了供应链中断，大多数高科技行业的生产损失为 10-15%3。

高科技行业需要有韧性的供应链，从而在颠覆性事件期间和之后保持正常运转，并能适应和发展4。近日，荷兰莱顿大学（Leiden University）Glenn A. Aguilar-Hernandez，Xiaoyang Zhong等，在Nature Electronics上发表评论文章，确定了三大关键战略：库存、供应链多样化、以及循环经济战略，用以提高高科技供应链的韧性，其中每个战略都有其一系列机遇和挑战。

建立韧性的高科技供应链。

1

高科技供应链的动态

在 COVID-19 大流行之前，高科技供应链的特点是推拉式push-and-pull生产系统（图 1）。原材料提取和芯片生产，以两种方式响应消费者需求的变化：直接需求和预测需求5，6。在直接需求中，在短时间内，消费者产生的即时需求影响了高科技产品的生产，从而直接改变了芯片的生产。例如，一年内电子产品需求的增加，意味着用于新电子产品的高科技产品和芯片的直接增加。在预测需求时，芯片生产商还会考虑对装机容量变化的估计。这意味着未来对晶圆代工foundry能力的投资，通常需要3至5年的时间，进而实现创建或扩大，具体取决于项目规模和晶圆代工的组装地区。

图1：高科技供应链动态。

在 COVID-19 大流行期间（图 1），高科技供应链暴露出多个漏洞。2020年初，世界各国政府采取了封锁措施，以减少病毒的传播7。封锁导致某些商品的生产停止。例如，2020年上半年欧洲的汽车产量有所下降8。但对电子产品（计算机、笔记本电脑和智能手机）的需求增加，这与远程工作和在线购物的增加有关9，10。

虽然在 COVID-19 大流行的第一波期间，对汽车的需求下降，电子产品需求增加，但芯片供应在 2020 年保持稳定。然而，随着 COVID-19 大流行限制的放松，以及世界各地疫苗接种计划的开始，这种动态发生了变化。特别是，2020年底和2021年初，电子和汽车行业的增长导致了当前全球芯片危机的开始11。此外，在重新启动后，一些停止生产的流程需要几个月的时间，才能重新启动并重新运行，这造成了供应链的延迟10，11。

2

建立复原力的三种方法

高科技供应链不可避免地会继续受到颠覆性事件的影响。例如，由于最近的地缘政治冲突：乌克兰战争和美中芯片争端，影响高科技行业的全球芯片危机加速了。这需要高科技供应链应该能够快速适应，以尽量减少不可预见的破坏性事件影响4，因此制定供应链韧性战略，以满足未来需求，是至关重要的。为此，重点介绍了提高高科技供应链韧性的三大关键战略。

2.1

储备Stockpiling

这是一种韧性策略，其中在价格和/或供应突然变化的情况下，材料、组件或产品可以储存起来。在后 COVID-19 时代，高科技公司应利用库存，用以确保未来需求并消除中断，从而提高供应链韧性。然而，高科技供应链的库存面临两个挑战。

首先，产品创新速度很快，库存可能在需要的时候就过时了。这意味着需要在战略上建立库存：例如，在外延工艺之前，建立硅晶片库存，以便能够响应新的芯片设计。然而，对于一些使用芯片的应用（例如在产品寿命较长的电力电子领域）这不是什么大问题，因为创新速度较慢。

其次，囤积需要资本，这对规模较小的公司（资本较少）构成了财务风险。对于专用组件（例如，用于智能手机应用的专用芯片）尤其如此，大公司可以比小公司更好地承担库存中过时组件的风险。这些规模较小的公司，应该寻找快速提供所需组件的替代供应商。这也将有助于芯片和组件供应商的多样化。

2.2

供应链多样化

供应商更加多样化，可以通过扩大生产者的选择范围，从而扩大生产投入的可得性和可及性，减少破坏性事件的潜在负面影响。因此，高技术生产商应致力于使其供应商多样化，以提高韧性。然而，由于全球芯片生产目前仅依赖于少数几家供应商12，而更换供应商通常需要改变芯片设计，这将涉及额外的研发投资，因此公司将很难实现供应商的多样化。

尽管在全球芯片危机中，面临供应链多样化的挑战，但新的投资正在世界各地进行。例如，在2021年和2022年，中国、欧盟和美国宣布了新的晶圆代工项目13。这些应该会增加全球芯片生产装机容，并有助于支持高科技供应链。在不久的将来，新晶圆代工厂的潜在效益是可以预期的，新晶圆代工厂的建设通常需要3-5年14。

另一种增加供应多样性的方法是，在生产和消费高科技产品的地区附近，增加芯片生产能力。近岸制造Near-shoring（或回岸制造Re-Shoring）；将生产“带回国内”）是一种全球趋势，会在后COVID-19时代继续15。从韧性的角度来看，近岸制造可能会增加本地供应，避免国际贸易的潜在限制。例如，欧洲联盟正在推进《欧洲芯片法案》；其中一项战略是在2030年之前投资超过430亿欧元16，以提高该地区的生产能力。

2.3

循环经济战略

这是一种韧性策略，可以为材料提供二次来源（如高科技产品组件中的铜和铝）。关键材料和部件的回收和再循环，仍然是高科技供应链中的主要挑战。一些公司选择电子产品的再制造和翻新，这样可以延长产品的使用寿命，并降低供应链风险17。例如，Fairphone翻新计划，将废弃的智能手机翻新，从而提升以恢复其原始功能17。应根据更循环经济的战略鼓励这种材料和组件替代。

在后COVID-19 时代，对于高科技供应链，向循环经济过渡，是至关重要的。据预计高科技公司，将选择实施循环经济战略，因其注意到资源效率战略的重要性，从而减轻破坏性事件的影响。实施循环经济战略，可以帮助高科技企业有效管理材料和零部件，闭环供应链closing supply chains（即通过再制造、翻新和回收等方式使用后，在供应链的多个层面，重新引入材料），并通过设计提高产品寿命18。在可持续性和供应链复原力方面，循环战略还创造了效益。

3

展望未来

考虑到高科技供应链的动态性质，监测供应链的韧性，是非常重要的。这可以促进具有成本效益的决策，以及有效的信息交流。高科技产品和服务提供商，特别是中小企业，在市场上单独作出反应时，也更容易受到供应链中断的影响。对于解决与供应商的潜在问题，以及促进利益相关者之间的对话，跨高科技部门的合作，是至关重要的。

尤其是，具有韧性和可持续的全球高科技供应链，也需要更强大的国际合作。保护主义和协调不力，可能导致供应链受损和冲突。例如，缺乏跨区域协调的近岸战略，尽管会增加区域的供应链韧性，但会降低其他区域的供应链韧性，特别是在短期内。此外，如果低收入国家，要建立高科技生态系统（这将有利于创造更丰富、更有活力的全球创新景观，并有利于为得不到充分服务的人口提供数字包容），财政支持和技术援助，将是至关重要的。

计算机芯片和电子技术的极端成本和复杂性意味着，为了继续创新，国际合作会越来越重要。高科技行业和国家之间的信息交流和金融合作，将是实现供应链韧性的关键所在，从而实现全球高科技供应链的共同利益。

参考文献

1. Nat. Electron. 4, 317 (2021).

2. Nat. Commun. 13, 4055 (2022).

3. Pianta, M. The Impact of the Pandemic on Industries. A Conceptual Map and Key Processes (UNIDO, 2021).

4. Sprecher, B. et al. Environ. Sci. Technol. 49, 6740–6750 (2015).

5. Gonçalves, P., Hines, J. & Sterman, J. Syst. Dyn. Rev. 21, 187–216 (2005).

6. Lin, J., Spiegler, V. L. M. & Naim, M. M. Int. J. Prod. Res. 56, 4585–4611 (2018).

7. Bauer, H., Burkacky, O., Kenevan, P., Mahindroo, A. & Patel, M. Coronavirus: implications for the semiconductor industry. Mckinsey & Company https://go.nature.com/3OmGGfO (2020).

8. Vehicles in Use in Europe 2021 (ACEA, 2021);

https://go.nature.com/3pV5EJI

9. Howells, R. How semiconductor shortages have taken a chip out of the global supply chain. Forbes https://go.nature.com/44pJBtL (2021).

10. Partridge, J. Global chip shortage hits car production in China and Japan. The Guardian https://go.nature.com/3K1TCVF (2021).

11. Leslie, M. Engineering 9, 10–12 (2022).

12. Asia trade brief: the global chip shortage.

EIU https://go.nature.com/44QyGJf (2021).

13. Rapp, H. P. & Möbert, J. Extraordinary Semiconductor Cycle Triggered by One-time Events, Cyclical and Geopolitical Efects (Deutsche Bank Research, 2022); https://go.nature.com/3OkqADu

14. Hruska, J. Why we can’t build our way out of the semiconductor shortage. ExtremeTech

https://go.nature.com/3Q1aYGf (2021).

15. Kamakura, N. Cambridge J. Reg. Econ. Soc. 15, 261–277 (2022).

16. European Chips Act (European Commission, 2022);

https://go.nature.com/3rGEBSR

17. Pamminger, R., Glaser, S. & Wimmer, W. Int. J. Life Cycle Assess. 26, 470–482 (2021).

18. Aguilar-Hernandez, G. A., Sigüenza-Sanchez, C. P., Donati, F., Rodrigues, J. F. D. & Tukker, A. J. Econ. Struct. 7, 1–24 (2018).

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文献链接

Aguilar-Hernandez, G.A., Singhvi, A., Böcher, C. et al. Building resilience in high-tech supply chains. Nat Electron (2023).

https://doi.org/10.1038/s41928-023-01015-w

https://www.nature.com/articles/s41928-023-01015-w

本文译自Nature。

来源：今日新材料

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