半導体不足はなぜ起きた?影響や原因、いつ解消するかについて

半導体

世界的な半導体不足は、多くの業界にとって頭痛の種です。

PC、モバイル機器、ゲーム機、自動車、ネットワーク機器、産業用機械などのメーカーは、製品の需要が急増する中、自社製品に使用する十分な数のチップを購入するために奔走しています。

この記事では、なぜ世界的な半導体不足がおきたのか、どれくらいの影響があるのか、いつ解消するのかについて詳しく解説します。

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そもそも:半導体とは?

半導体と呼ばれるチップはマイクロチップとも呼ばれ、電子機器の頭脳として機能しています

チップの大きさはさまざまですが、その中には何十億ものトランジスタが内蔵されています。トランジスタは小さな小さなゲートのようなもので、電子がそこを通過するかしないかを決定します

半導体の構築には、複数のステップと日数、そして専門家が必要です。

たとえば、IBMの最新チップは2ナノメートルという指の爪ほどの大きさの中に、500億個のトランジスタを詰め込んでいます。

半導体は何に使われている?

半導体は、現代のほとんどの電子機器に搭載されています。実際、あなたがこの記事を携帯電話やパソコンで読んでいる今、あなたの携帯電話やパソコンにも半導体は含まれています。

スマートフォン、コンピュータ、インターネット、テレビのない生活を想像できますか?ほとんどの人が「No」と答えるのではないでしょうか。

半導体がなければ、私たちの生活は大きく変わっていたでしょう。

すべての電子機器は、いくつかの半導体デバイスを使用して作られています。

家庭の中の半導体

日常生活における半導体の用途は非常に多く、説明しきれないほどですが、代表的なものをまとめてご紹介します。

  • 太陽電池
  • 3Dプリンター
  • エアコンの温度センサー
  • 炊飯器での温度の制御
  • 自動運転

半導体は、銀行のATM、鉄道、インターネット、通信などのほか、高齢者介護のための医療ネットワークなど、社会インフラの運営に中心的な役割を果たしています。

その他、銀行のATM、鉄道、インターネット、通信などのほか、高齢者介護のための医療ネットワークなど、社会インフラの運営に中心的な役割を果たしています。

社会の中の半導体

技術の進歩に伴い、半導体の必要性も日々高まっています。

産業界の要求に応じて、半導体材料を使った新しいデバイスが次々と開発されています。トランジスタや集積回路がなければ、私たちの現代生活は非常に困難なものになってしまうでしょう。

 半導体は現代の電子機器の頭脳であり、経済成長、国家安全保障、国際競争力に不可欠な技術なのです。

半導体は、通信、コンピュータ、ヘルスケア、軍事システム、輸送、クリーンエネルギーなど、数え切れないほどのアプリケーションの進歩をこれまでも牽引してきました。

また、バーチャルリアリティ、モノのインターネット、自動化されたデバイス、ロボット、人工知能など、社会をより良い方向に変化させることが期待される新しい技術を生み出しています。

半導体の需要が増している背景

デジタルの世界では、半導体チップは生産の生命線であり、世界的な品不足が広範囲に影響を及ぼしているのは当然のことです。

しかし、一時的な経済的障害は、経済への恒久的な脅威と誤解されるべきではなく、長期的な視点で見れば、むしろ成長のシグナルでもあります。

パンデミックが始まった頃、世界的にリモートライフへの移行が進み、チップの需要が急増しました。このような需要の変化は家電業界から始まりました。家庭では、遠隔地で学習したり、仕事をしたり、交流したりするのに十分な機器が用意されました。

その後、予想を上回る景気の回復に伴い、自動車や家電製品などの耐久消費財の需要が増加しました。消費者の需要が急増する一方で、生産の継続に不可欠な半導体の需要も異常に増加しました。

しかし、半導体の需要が増えるにつれ、供給側の体制が整わないことが明らかになってきました。パンデミックが発生する前、ファブと呼ばれる半導体製造施設はすでにほぼフル稼働状態で、生産を拡大する能力がありませんでした。

多くのファブでは、最先端のチップを生産するために生産ラインをシフトしていたため、自動車や家電製品に使われるシンプルでコモディティなチップの需要に対応できていなかったのです。

企業にとっては、この不足がサプライチェーンのボトルネックとなり、多くの企業が生産の減速や停止を余儀なくされています。

その中でも、半導体への依存度が高まっている自動車業界が最も大きな影響を受けています。

ほとんどの半導体メーカーが民生用電子機器に注力していたため、自動車メーカーは新しいチップを手に入れるための列の最後尾にいました。

フォード・モーターやゼネラル・モーターズをはじめとする多くの自動車メーカーは、一時的に工場の閉鎖を余儀なくされ、フォード社とGM社はそれぞれ20億ドル以上の収益削減を見込んでいます。

国内外における半導体シェア

さらに、半導体工場が地理的に分散していないことも、製造上の問題を大きくしました。

半導体チップや半導体チップを使った製品が世界的に求められているにもかかわらず、半導体の87%は台湾、韓国、中国で生産され、世界のチップの54%は台湾セミコンダクター・マニュファクチャリング(TSMC)社で製造されています。

限られた半導体チップの供給と偏った市場シェアのため、サプライチェーンの混乱を避けることはできませんでした。

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半導体不足の3つの理由

半導体チップは現代社会の生命線ですが、そもそもパンデミックの前から需要が供給を上回っていました。半導体チップはアメリカで発明されたものですが、現在、チップを作っているアメリカのメーカーの数は著しく減少しています。

そして、長年にわたって一貫して拡大し続けてきた需要に対して、半導体チップを製造できる工場を建設するには、100億ドルもの費用がかかり、ほとんどの企業にとっては法外な価格となっているのです。

  • 新たな半導体需要の発生
  • 対中制裁
  • 増産投資の不足

上記3つの理由について詳しく解説しましょう。

新たな半導体需要の発生

COVID-19パンデミックの影響で世界が閉鎖され、多くの工場も閉鎖されたため、チップ製造に必要な物資が数ヶ月間入手できませんでした。また、家電製品の需要が増えたことで、サプライチェーンにも変化が起こりました。新たな需要に対応するために十分な量のチップを作るのに苦労し、注文が山積みになっていき、受注残はどんどん増えています。

また、フォードのような自動車メーカーは、自動車を生産するために必要なチップの量を予測し、チップメーカーのいずれかに事前に発注しなければなりませんが、現在は民生用半導体チップの製造がメインとなっているなか、手に入れるには時間を要します。

一般家庭も大きく暮らしが変わり、学校ではノートパソコンやタブレットを使ったバーチャル学習が導入され、家にいる時間が増えたことでテレビやゲーム機などのホームエンターテインメントへの支出も増えました。

これらに加えて、5Gの普及やクラウドコンピューティングの継続的な成長により、自動車メーカーが手放したぶんの生産枠はあっという間に消費されていきました。

現在、半導体チップに対する需要は非常に大きく、半導体のメーカーは現時点では需要を満たすだけのチップを作ることができないため、消費者は近いうちに少なくない半導体チップを使った商品が高い価格で供給されていることを目にすることになるでしょう。

対中制裁

問題は半導体チップの製造現場だけではありません。

COVID-19がアジアを通過する際には、港が閉鎖され、時には数カ月に及ぶこともありました。世界の電子機器の約90%が中国の塩田港を経由していますが、塩田港が閉鎖され、数百隻のコンテナ船が停泊していました。

港が再開されると、出荷を待つ商品が積み重なり、やはりスムーズな供給とはなりませんでした。輸送のサプライチェーンの多くの部分では、この蓄積された情報や、発生している労働力の不足を処理する能力がなく、サプライチェーンはさらなる危機に陥っています

増産投資の不足

パンデミックの影響で、デバイスの需要が爆発的に増加し、メーカーが提供できる範囲を超えて半導体の需要も急増しました。

また、自動車業界の誤った判断も不足に拍車をかけました。

COVIDがスタートした当時、多くの企業が経済の長期的な打撃を想定して半導体チップの発注をキャンセルしました。

特に自動車メーカーが注文をキャンセルしたため、半導体チップメーカーはパンデミックによる爆発的な需要に対応するため、自動車用ではなく民生用の半導体チップを作るように工場を変更しました。そのため、今度は自動車用の半導体チップが不足してしまったのです。

今回のパンデミックでは、いくつかのチップ製造工場が稼働していましたが、不運な天候に見舞われ、製造工程がさらに遅れてしまいました。

世界中の自動車に搭載されているチップの約3分の1を生産している日本のルネサス社の工場は火災で大きな被害を受け、アメリカのテキサス州では冬の嵐の影響で、唯一のチップ工場が生産停止に追い込まれました。また、チップの生産には大量の水が必要ですが、台湾の深刻な干ばつも生産に影響を与えています。

地政学的な問題は、今回の半導体チップ不足の主な原因ではありませんが、台湾と中国の緊張した関係が懸念されています。

台湾は世界有数のチップ生産国であり、中国と台湾の間で戦争が起こる可能性があると、アメリカの半導体チップ産業へのアクセスが潜在的に危うくなり、多くの産業に壊滅的な影響を与える可能性があります。

アメリカのチップメーカーであるインテルは、現在、半導体チップの生産規模を拡大する計画を発表しており、台湾のセミコンダクター・マニュファクチャリング社やサムスンは、建設を予定しているアメリカの工場の立地を検討しています。

これらの計画は有望ですが、工場が生産レベルを向上させるまでには何年もかかることが予想されます

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半導体不足の影響は?

チップ不足はさまざまな企業に影響をもたらしています。日産自動車は自動車生産台数を50万台削減すると発表。

ゼネラル・モーターズは、ピックアップトラックの生産の一部を中断せざるを得なくなり、完成したものの必要なチップがまだない数千台の車両を駐車しているほどです。

また、アップル社のティム・クックCEOは7月、チップ不足が同社の携帯電話やタブレット端末の販売に影響を与えると警告しました。

インテル社のパット・ゲルシンガー社長は、供給が需要を満たすようになるには1〜2年かかると予測しており、専門家は、ホリデーシーズンのショッピングにはこれまでのような多様な選択肢がないかもしれないと述べるなど、世界的に半導体不足が進んでいます。

しかし長期的にみれば、半導体不足はむしろ経済にとってプラスに働く可能性があります。

米国は世界の半導体売上の47%を占めているにもかかわらず、世界のチップの約12%しか製造しておらず、米国のハイテク企業や半導体企業は、弱体化したグローバルなサプライチェーンに依存しています。

最近の米国イノベーション・競争法において、半導体関連の取り組みに520億ドルの資金が割り当てられており、インテルやTSMCの設備投資計画と並行して、米国のチップ生産量を増加させることが期待されています。

不足していた半導体産業の拡大を促しただけでなく、オンショアリングの流れにも火がつき、アメリカ経済の長期的な成長を促すことになる可能性があります。

半導体のサプライチェーンのオンショア化を進めているのは米国だけではありません。EUは、チップメーカーの現地化の必要性を表明し、戦略的な官民パートナーシップを形成して資金を調達する意向を示しています。カリフォルニア州に本社を置くインテル社は、ヨーロッパでの生産拡大に有力視されています。

韓国は、半導体製造のオンショアリングを支援するために、今後10年間で4,500億ドル以上の投資を行うことを発表するという大きな賭けに出ています。

韓国政府は、税制上の優遇措置、金利の引き下げ、規制の緩和、必要なインフラの整備などを計画しており、市場での地位を維持するために、36,000人以上の半導体専門家のトレーニングにも資金を提供する予定です。

半導体不足で影響を受ける製品:自動車、家電

半導体不足で影響を受ける製品について以下2つ説明します。

  • 自動車
  • 家電

この2つは半導体とは切っても切れない縁にあります。そのため多大な影響を受けるのではないかと言われています。

自動車

半導体不足によって、自動車産業も大きな打撃を受けており、米国メーカーの今年の自動車生産台数は少なくとも150万台から500万台は減少すると言われています。

フォードとゼネラルモーターズはすでに生産を制限するなどの対応をとっており、テスラは生産レベルを維持するために自社ソフトウェアを修正して代替チップをサポートするなど、対応に追われています。

自動車産業における部品調達の契約は、他の産業とは大きく異なります。他の産業では、長期の拘束力のある契約(いわゆるテイク・オア・ペイ契約)が多く、半導体サプライヤーには6ヶ月から12ヶ月をはるかに超える発注書が出されます。

しかし、自動車産業のサプライチェーンは複雑でアウトソースが多いため、半導体チップ調達のコミットメントサイクルは短期化する傾向にあり、特に数週間から数ヶ月程度の拘束力のある購入契約が多いようです。

その結果、自動車産業は以前から安定した需要があると評価されていましたが、半導体メーカーは現在、他の即効性のある産業から、よりオーソドックスで長期的な契約を結んでいます。

手持ちの在庫を少なくすることで無駄を省き、効率を上げることができるジャストインタイム生産方式は、自動車のサプライチェーンで広く活用されています。

平時であれば在庫を減らすことは経済的にもメリットがありますが、予期せぬ欠品が発生した場合には、サプライチェーン全体の混乱を招くことになります。

多くのプレイヤーは、2020年と2021年のチップ不足を予想していなかったため、危機を乗り切るための在庫は非常に限られていたと考えられます。

家電

また、アップルやサムスンなどの家電メーカーは早くからチップの備蓄を始めていました。

しかしアップルは先日、チップ不足によりiPhoneの生産が遅れる見込みであることを発表し、すでにiPadやMacの販売にも影響が出ています。また、Xboxやプレイステーションも不足しています。

半導体不足はいつ解消される?

世界的な半導体不足は、半導体製造の複雑さや、自動車設計に必要なチップの高度化などの要因により、短期的に解消されるものではありません。

そこで、半導体の需要と供給の不均衡に対処するために、半導体のメーカーが考えるべき短期的および長期的な戦略を以下のように提案します。

  • 短絡的な戦略
  • 長期的な戦略

短期的な戦略

そもそも短期的には、半導体の需要と供給のバランスが崩れることはないと考えられます。というのも、半導体の生産リードタイムは、すでに製造ラインに組み込まれている製品でも4ヵ月を超えることがあるからです。

既存の工場であっても、製品を別の製造拠点に移して生産能力を高めると、通常はさらに6ヵ月を要します。また、製造元を変更する場合(ファウンドリの変更など)、新しい製造元の製造プロセスに合わせてチップの設計を変更する必要があるため、通常はさらに1年以上かかります。

さらに、チップにはメーカー固有の知的財産が含まれている場合があり、その変更やライセンスが必要になることもあります。また、自動車業界の代替サプライヤーは、長くて複雑な認定プロセスを経なければなりません。

自動車業界では、短期的にはチップの生産能力が需要に追いつかないと考えられます。

これは主に、先進運転支援システムや自律走行などの新技術を動かすために必要なチップの数量と高度化が継続的に増加するためです。

長期的な戦略

長期的には、自動車業界は、半導体関連の調達に関する契約のあり方を見直す必要があると考えられます。

半導体のOEMメーカーや半導体製造企業は、前もって数量の約束をより強固なものにすることが可能です。

また、バリューチェーンに沿って、よりバランスのとれたリスクシェアリングプランを導入することも、導入率の向上につながるでしょう。

さらに、企業はバリューチェーンに沿ったジャストインタイムの納品と低い在庫水準という現在の慣行を、少なくとも部分的には見直さなければならないかもしれません。

多くの政府指導者は、サプライチェーンの脆弱性や、重要なニーズを単一のサプライヤーや遠方の国に依存することを懸念しているため、各国政府が推進している地域調達の拡大にも対応する必要があります。

また、自動車メーカーは様々なチップを調達するための戦略を見直さなければなりません。

特定の種類のチップを調達する場合、書類上では他の選択肢よりも安価に見えるかもしれませんが、調達の回復力やソフトウェアのライフサイクルなどの複雑さに伴うコストを考慮すると、評価が変わる可能性を十分に考慮しなければなりません。

認定プロセスにおいては、調達機会の拡大と製品の信頼性のバランスをとるために、パラメータの制約条件(温度範囲など)を再検討する必要もあります。

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半導体不足に関するQ&A

半導体不足に関してよくある質問をまとめました。

  • コロナ禍が終われば半導体不足は解消するか?
  • 半導体不足の構造的原因は何?
  • 半導体業界の改善のポイントは?

それぞれわかりやすくお答えします。

コロナ禍が終われば半導体不足は解消するか?

半導体チップの需要は依然として非常に高く、コロナ禍が終わればすぐに半導体が余ってくるということはありません。現在、チップメーカーの数は世界でも少なく、世界の半導体供給の多くは台湾のTSMCという会社が担っています。

パンデミックの初期に自動車メーカーが放棄したチップを回収したにもかかわらず、民生機器メーカーも半導体が不足しています。

そのため、ノートパソコンやテレビの価格が上昇したり、スマートフォンやゲーム機の注文が遅れたりしているのが現状です。これが急に解消されるとは考えられません。

半導体不足の構造的原因は何?

2020年前半、自動車業界は需要の大幅な落ち込みに直面しました。

さらに、下半期には新車販売台数が増加しましたが、当時の販売見通しが非常に曖昧であったため、自動車メーカーは半導体の受注を大幅に増やすことができませんでした。

その一方で、リモートワークの増加に伴い、半導体を多用するパソコンやサーバー、有線通信機器などの消費者ニーズが大幅に高まりました。

つまり、自動車業界がチップの発注を大幅に削減したにもかかわらず、他の業界ではニーズが高まっていたことが要因だと考えられます。

半導体業界の改善のポイントは?

さまざまなアナリストが、最も問題となっているチップ不足は2021年の第3四半期か第4四半期には緩和され始めるだろうと考えていますが、結果的にチップがサプライチェーンを経て製品になるまでには2022年の大半を要する可能性があります。

その際には、韓国、米国、欧州が現在進めている大規模な国家的投資ではなく、最先端から遠く離れた場所で比較的小さなシリコンウェハーを使ってプロセスを行っている古いチップ工場やファウンドリーからの供給が必要となると考えられます。

長期的に見れば、チップ不足は景気拡大のシグナルかもしれません。

自動車や家電、パソコンなどの高額商品の需要が高まっていることから、チップ不足は個人消費の回復を意味しているからです。

半導体技術への依存度が高まっている経済においては、半導体市場は経済活動全体の指標となる可能性が高く、チップ需要の増加は関連産業の潜在的な生産量の増加を示唆しています。 

半導体企業にとっては、すでに必要な拡張が行われています。少ない生産能力を補うために、「ビッグ3」と呼ばれるチップメーカー(TSMC、サムスン、インテル)は、総額1,500億ドル近い大規模な設備投資計画を発表しました。

世界最大のチップメーカーであるTSMCの設備投資額は、前年比47%増となり、その後も増加が見込まれています。この設備投資計画の鍵となるのは、米国南部に建設されると思われる半導体工場です。

アリゾナ州は新たにチップメーカーの拠点として注目されており、TSMCとインテルは、アリゾナ州に数十億ドル規模の工場を建設することを発表しています。

まとめ

2021年の第1四半期から始まった世界的な半導体不足により、世界中の組み立てラインが停止するなどの影響が出ています。半導体チップのリードタイムが長いため、スマートフォンや家電製品から運転支援システムに至るまで、あらゆる製品の生産が滞ってしまっています。 

現在の半導体チップ不足は経済的な混乱を引き起こしていますが、忘れてはならないのは、高い需要は有望で、低い生産能力は一時的なものだということです。

半導体企業は拡大を続けており、政府も世界で最も急速に成長している産業の一つに投資する機会を捉えています。

恐怖を煽るような報道や短期的な生産量の小ささなどの裏には、長期的な経済の拡大の可能性が示されていることがわかるようになるはずです。

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