全球半導(dǎo)體供應(yīng)失衡阻礙了無數(shù)行業(yè),，包括汽車和醫(yī)療等重要領(lǐng)域以及工人和消費(fèi)者。在全球范圍內(nèi),，政策制定者正在提高半導(dǎo)體制造能力,，以加強(qiáng)供應(yīng)鏈，并通過總計(jì)數(shù)千億美元的強(qiáng)有力的激勵(lì)方案滿足對半導(dǎo)體不斷增長的需求,。提高半導(dǎo)體制造能力的全球努力取決于額外半導(dǎo)體制造設(shè)備 (SME：semiconductor manufacturing equipment) 的生產(chǎn)和安裝,。簡單地說，沒有更多的SME,，就不可能有額外的產(chǎn)能,。

芯片短缺導(dǎo)致晶圓廠設(shè)備和其他復(fù)雜半導(dǎo)體制造工具的交貨時(shí)間增加。2020 年晶圓廠設(shè)備的交貨時(shí)間在 3 到 6 個(gè)月之間,，2021 年第一季度平均延長至 10 個(gè)月,，到 2021 年 7 月甚至進(jìn)一步延長至平均 14 個(gè)月。對于某些晶圓廠設(shè)備,，交貨時(shí)間超過兩個(gè)年,。

確保中SME所需的芯片供應(yīng)將顯著縮短半導(dǎo)體設(shè)備制造商在不改變分配策略的情況下擴(kuò)大產(chǎn)能所需的晶圓廠設(shè)備的交貨時(shí)間。

設(shè)備交付周期的延長阻礙了晶圓廠的邊際擴(kuò)張,，因?yàn)樵谶@些地方有足夠的空間來增加產(chǎn)能，并可能嚴(yán)重阻礙廣泛的設(shè)備制造商及其供應(yīng)鏈的擴(kuò)張努力——從材料和工藝設(shè)備供應(yīng)商到封裝和測試供應(yīng)商,。

根據(jù)SEMI 世界晶圓廠預(yù)測,，預(yù)計(jì) 2020 年至 2024 年間將有 86 家新晶圓廠或主要晶圓廠擴(kuò)建項(xiàng)目投產(chǎn)（見圖 1），這代表此期間 200 毫米晶圓廠總產(chǎn)能增長 20%,，300 毫米晶圓廠產(chǎn)能增長 44%,。更長的設(shè)備交付時(shí)間意味著計(jì)劃中的芯片產(chǎn)能提升速度較慢，可能會(huì)延長短缺時(shí)間,。

圖 1：按地區(qū)劃分的新 300 毫米和 200 毫米晶圓廠預(yù)計(jì)將于 2020 年至 2024 年投產(chǎn),。

SME 的生產(chǎn)依賴于相對少量的半導(dǎo)體,，這些半導(dǎo)體通常由合同制造商向 SME 原始設(shè)備制造商 (OEM) 購買并整合到 SME 組件中,。這些面向SME OEM 和代工制造商的芯片在全球半導(dǎo)體市場中的占比遠(yuǎn)低于 1%。然而,，SME的芯片對于提高半導(dǎo)體產(chǎn)能和滿足不斷增長的需求至關(guān)重要,，因此它們對于旨在提高產(chǎn)能和加強(qiáng)制造供應(yīng)鏈的所有投資和公共政策的成功至關(guān)重要。

擴(kuò)大SME生產(chǎn)的直接挑戰(zhàn)是確保充足,、及時(shí)和可靠的半導(dǎo)體供應(yīng),。此外，硅基板對于半導(dǎo)體生產(chǎn)同樣重要,。原硅片生產(chǎn)商也依賴中小企業(yè)來增加產(chǎn)能,，而這個(gè)設(shè)備也需要芯片。呼吁增加產(chǎn)能的行業(yè)和政府利益相關(guān)者必須確保 SME 原始設(shè)備制造商和合同制造商獲得他們需要的芯片,，以構(gòu)建對新建晶圓廠至關(guān)重要的工具,。

重要的是，雖然構(gòu)建 SME 所需的半導(dǎo)體體積非常小,，但這些工具能夠生產(chǎn)大量芯片,，相當(dāng)于 >1000 倍的乘數(shù)效應(yīng)。SME OEM 需要各種數(shù)量和類型的半導(dǎo)體器件,，例如現(xiàn)場可編程門陣列 (FPGA),、電源管理 IC (PMIC),、傳感器、微控制器單元 (MCU),、可編程邏輯器件 (PLD),、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、功率放大器和存儲(chǔ)芯片——適用于他們不同的工具,。乘數(shù)效應(yīng)適用于所有工具,；一些例子包括：

• 一個(gè)典型的 FPGA 測試工具需要大約 80 個(gè) FPGA 來構(gòu)建。然而,，該測試儀每年可以測試大約 320,000 個(gè) FPGA——乘數(shù)效應(yīng)約為 4,000 倍,。

• 工藝工具需要大約 100 個(gè) FPGA 來構(gòu)建，每小時(shí)可以處理 120 個(gè)或更多晶圓,。晶圓在制造流程中通過每個(gè)工具多次通過,，但大多數(shù)工具對整體生產(chǎn)的貢獻(xiàn)相當(dāng)于每年至少 200 萬臺(tái)設(shè)備 - 約 20,000 倍乘數(shù)。

• 光學(xué)晶圓檢測工具需要大約 100 個(gè)高性能計(jì)算 (HPC) 服務(wù)器芯片才能制造,。它們的乘數(shù)效應(yīng)可以達(dá)到約 30,000 倍甚至更高,。

• 一個(gè)典型的 MCU 測試儀需要制造大約 100 個(gè) FPGA，但該工具可以在一年內(nèi)測試近 1000 萬個(gè) MCU,，乘數(shù)效應(yīng)約為 100,000 倍,。

美國商務(wù)部指出，MCU 是面臨最嚴(yán)重短缺的芯片之一,。它們用于包括汽車在內(nèi)的許多關(guān)鍵下游行業(yè),。如果我們考慮一個(gè)對測試儀使用 100,000 倍乘數(shù)效應(yīng)并將其擴(kuò)展到汽車供應(yīng)鏈的示例，假設(shè)汽車制造所需的 MCU 數(shù)量約為每輛汽車 100 個(gè),，那么每個(gè)工具/測試儀都可以啟用足夠的 MCU 來制造 100,000 輛汽車（見圖 2)。