2022年,芯片危機(jī)會解決嗎
發(fā)布日期:2022-01-03
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2021年的關(guān)鍵詞,絕對少不了芯片。
這一年,全球芯片危機(jī)導(dǎo)致行業(yè)損失數(shù)百萬輛汽車和數(shù)十億美元收入。最近預(yù)測數(shù)據(jù)顯示,這一問題還將延續(xù)到2022年上半年。
為什么芯片問題如此復(fù)雜?為什么這個問題會持續(xù)到下一年?為什么行業(yè)如此急于解決這個問題,卻沒有產(chǎn)生什么效果?或許這里能找到部分答案。
作為歐洲第二大芯片制造商,意法半導(dǎo)體(STMicroelectronics)正用實際行動解決全球芯片短缺問題。其在意大利靠近米蘭的阿格拉特市,投資30億美元建立新工廠,或稱晶圓廠。意法半導(dǎo)體是一家法國和意大利合資的半導(dǎo)體制造商,在歐洲規(guī)模僅次于德國的英飛凌(Infineon)。
不過,半導(dǎo)體工廠建設(shè)并不容易。這種工廠不僅建設(shè)緩慢、成本高昂,而且運營復(fù)雜。更重要的是,與汽車制造商的大規(guī)模生產(chǎn)流水線相比,它們產(chǎn)量有限。意法半導(dǎo)體的新工廠自然也不例外。
一方面,一個汽車制造廠通??梢园才艃蓚€班次,每周5天,總共10個班次。如果汽車制造商需要提高產(chǎn)量,它可以增加夜班或周末班組,這樣一周就可以增加到21個班次。
相比之下,意法半導(dǎo)體現(xiàn)在(或建成后)的芯片工廠一年365天、每天24小時都在運轉(zhuǎn),幾乎沒有提升產(chǎn)量的空間。
另一方面,一家新汽車工廠從開工到投產(chǎn)需要2年時間,并在短短6個月內(nèi)達(dá)到滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)。而同樣的過程,對芯片工廠來說,需要長達(dá)5年時間。
此外,制造一輛汽車需要15-30個小時,而芯片的生產(chǎn)、包裝和運輸,需要5個月才能安裝到汽車上。
以上是不利的一面。利好的一面是,為應(yīng)對全球芯片短缺,芯片制造商已經(jīng)加快投資步伐,以滿足汽車行業(yè)需求。同時,這場危機(jī)迫使汽車制造商和芯片制造商之間進(jìn)行更直接的溝通。
它讓我們認(rèn)識到,芯片廠應(yīng)該能夠提供微芯片,以滿足汽車更先進(jìn)的技術(shù)要求。
▍投資不菲,投產(chǎn)更長
今年6月,臺積電(TSMC)在美國亞利桑那州投資120億美元,建設(shè)一家芯片工廠。全球近1/4芯片都由臺積電供應(yīng)。但這家芯片工廠真正投產(chǎn),則要等到2024年。有報道稱,臺積電正在討論在德國建造新晶圓廠的可能性。
與此同時,韓國電子產(chǎn)品巨頭三星公司,計劃在德克薩斯州投資170億美元建立一個芯片工廠。9月,美國芯片制造商英特爾在亞利桑那州破土動工,耗資200億美元擴(kuò)大芯片產(chǎn)能。
為改善芯片供應(yīng)情況,意法半導(dǎo)體正在建造一個12英寸晶圓廠,提高工藝生產(chǎn)率的同時,將每片晶圓芯片數(shù)量增加2.4倍。
意法半導(dǎo)體制造和質(zhì)量主管奧利奧·貝勒澤(Orio Bellezza)表示,新工廠嚴(yán)重依賴自動化,將大大減少人工需求。該公司從2018年開始投資阿格拉特工廠,早于2021年芯片短缺和供應(yīng)鏈危機(jī)。但意法半導(dǎo)體當(dāng)初啟動這個新工廠,目的是滿足其預(yù)測的需求增長,也為提高制造效率。
建設(shè)階段耗時很長,放在阿格拉特這個地方,比通常更長。因為這座工廠的建設(shè),不得不等待這塊土地上舊工業(yè)建筑搬遷。同時,與疫情有關(guān)的運作問題進(jìn)一步導(dǎo)致進(jìn)度延誤。
建設(shè)階段目前已接近尾聲。新晶圓廠剛收到第一批用于無塵室的機(jī)器。無塵室是硅片加工成芯片的地方,有一個足球場那么大。
貝勒澤表示,第一批晶圓將于2022年第一季度末投產(chǎn),2022年年底開始批量生產(chǎn)。芯片用硅片大規(guī)模生產(chǎn),一塊晶圓可以生產(chǎn)約1000個芯片。
不過,汽車客戶的芯片需要更長驗證程序,因此,他們不得不等到2023年年底才能從新工廠獲得芯片。
到2024年,意法半導(dǎo)體將開始擴(kuò)建新的晶圓廠——根據(jù)未來需求,將91000平方英尺的無塵室擴(kuò)大近一倍,至161000平方英尺,預(yù)計擴(kuò)建將持續(xù)到2025年或2026年。
等到2024年阿格拉特工廠第一個生產(chǎn)階段完成,其投資將達(dá)到20億美元。在貝勒澤看來,隨著公司建立額外生產(chǎn)模塊以逐步增加產(chǎn)能,這一數(shù)字還會上升。
新晶圓廠完全自動化。第一階段將雇傭700-800名操作員,當(dāng)增加更多無塵室時再增加額外工人。相比之下,意法半導(dǎo)體現(xiàn)有工廠1400名,加上質(zhì)量、物流、維修和一些生產(chǎn)人員,員工總數(shù)為2400人。
但升級到12英寸的晶圓廠,并不意味著舍棄汽車行業(yè)其他產(chǎn)品需求。意法半導(dǎo)體目前的8英寸芯片廠為安全氣囊、導(dǎo)航系統(tǒng)和無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)生產(chǎn)芯片。該工廠產(chǎn)品包括汽車模擬和射頻產(chǎn)品芯片,希望能緩解因供應(yīng)短缺造成的訂單積壓。
▍芯片制造商的困惑
擴(kuò)大產(chǎn)能道路上,有一點非常令芯片制造商困惑,那就是芯片客戶正在向相互矛盾的兩個方向推進(jìn)。
對消費電子和電腦行業(yè)來說,改變芯片生產(chǎn)的兩個關(guān)鍵因素是微型化和提高效率。但對汽車客戶來說,壽命和極端條件下的運行能力才是關(guān)鍵。
這部分解釋了為什么在歐洲汽車芯片生產(chǎn)份額高于世界其他地區(qū),卻沒有微型化(10納米以下)的晶圓廠。1納米等于十億分之一米,因為中央處理器中晶體管之間的距離越短,效率越高,所以這個數(shù)據(jù)越小越好。
意法半導(dǎo)體最先進(jìn)工廠是位于法國克萊羅的28納米芯片工廠,在那里生產(chǎn)的芯片用于多種汽車應(yīng)用,包括視覺處理器和下一代微控制器。
意法半導(dǎo)體的汽車客戶并沒有要求他們制造10納米或以下納米能力的晶圓廠,但對這種水平的專業(yè)技術(shù)的需求確實存在。目前,意法半導(dǎo)體的歐洲本土市場還沒有這種需求。
▍投資的高風(fēng)險
國際咨詢公司科爾尼(Kearney)在一份市場展望報告中寫道,當(dāng)前的應(yīng)用構(gòu)建在成熟的工藝節(jié)點之上,隨著時間推移,將轉(zhuǎn)向更高級的節(jié)點。這純粹是因為,更先進(jìn)的節(jié)點對任何半導(dǎo)體應(yīng)用都具有優(yōu)勢。例如,降低功耗、提高密度等。
然而,過去十年間,意法半導(dǎo)體決定選擇保守方案,退出芯片更微型化的競爭,主要原因是巨大的前期投資成本。科爾尼稱,一個5納米晶圓廠每月可以生產(chǎn)35000塊晶圓,前期投資成本高達(dá)200億美元。結(jié)果是,意法半導(dǎo)體目前只有不到12家具備這種能力的工廠在運營,散布在美國、以色列、韓國和中國臺灣等地。這些國家和地區(qū)有生產(chǎn)10納米節(jié)點或更少的晶圓廠。
投資的高風(fēng)險一直是個問題。
1998年,歐洲的半導(dǎo)體產(chǎn)量占全球的22%。行業(yè)協(xié)會數(shù)字歐洲(Digital Europe)透露,2019年這一比例僅為8%,并將比例下降歸咎于世界其他地區(qū)愿意引入“更有利的商業(yè)環(huán)境”。
科爾尼認(rèn)為,在歐洲投資5納米晶圓廠的潛在長期成本,比韓國高出33%,比中國臺灣高出43%。報告還稱,造成這些差距的80%原因是,亞洲各國政府的慷慨激勵。
今年9月,歐盟委員會(European Commission)提出一項“芯片法案”(Chips Act),以促進(jìn)本地芯片的研發(fā)和生產(chǎn),目標(biāo)是將歐盟份額提高到20%。
一個可能的障礙是——在芯片生產(chǎn)階段,歐盟的競爭規(guī)則禁止使用國家援助來遞延成本。只有研究和試點生產(chǎn)階段才可以獲得激勵。
預(yù)計正式指令將于2022年提出。這一規(guī)則的任何更改,都將得到所有27個歐盟國家的批準(zhǔn)。
▍尋找新路徑
與此同時,一些行業(yè)人士正在通過采取不同措施,尋找解決芯片產(chǎn)能危機(jī)的方法。
意法半導(dǎo)體汽車部門主管馬爾科·蒙蒂(Marco Monti)在接受Automotive News采訪時表示,越來越多的汽車制造商和一級供應(yīng)商正在重新設(shè)計汽車芯片,如電子控制單元,以獲得更靈活的解決方案。
有的汽車制造商也開始直接從芯片制造商那里購買芯片。這是一個巨大的變化。過去,芯片制造商被嚴(yán)格視為二級供應(yīng)商,它們向一級供應(yīng)商如博世或法雷奧提供產(chǎn)品。這些一級供應(yīng)商為汽車制造商生產(chǎn)更大的零部件。
戴姆勒集團(tuán)負(fù)責(zé)采購的高管馬庫斯·舍費爾(Markus Schfer)表示,戴姆勒集團(tuán)正在直接與芯片供應(yīng)商談判,其中包括中國臺灣晶圓生產(chǎn)商。
大眾汽車集團(tuán)首席執(zhí)行官赫伯特·迪斯(Herbert Diess)也曾表示,他們與亞洲制造商建立了“戰(zhàn)略伙伴關(guān)系”。
鑒于此,2022年的問題將是——采購程序、技術(shù)和芯片生產(chǎn)流程這些變化,多久可以給汽車行業(yè)帶來寬慰?
(本文部分內(nèi)容綜合Automotive News報道,部分圖片來自網(wǎng)絡(luò))
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