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(shí)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(yùn)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，一個汽車制造廠通常可以安排兩個班次，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(shí)都在運(yùn)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(shí)間，并在短短6個月內(nèi)達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。而同樣的過程，對芯片工廠來說，需要長達(dá)5年時(shí)間。

此外，制造一輛汽車需要15－30個小時(shí)，而芯片的生產(chǎn)、包裝和運(yùn)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(shí)，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(bào)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(shí)，韓國電子產(chǎn)品巨頭三星公司，計(jì)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(shí)，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(shí)很長，放在阿格拉特這個地方，比通常更長。因?yàn)檫@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(shí)，與疫情有關(guān)的運(yùn)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(yàn)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(jì)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(shí)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(diǎn)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(fèi)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(yùn)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?yàn)?span id="vinvsilnud" class="hrefStyle" style="font-size: 18px; padding: 0px; margin: 0px;">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(shí)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(xiǎn)

國際咨詢公司科爾尼（Kearney）在一份市場展望報(bào)告中寫道，當(dāng)前的應(yīng)用構(gòu)建在成熟的工藝節(jié)點(diǎn)之上，隨著時(shí)間推移，將轉(zhuǎn)向更高級的節(jié)點(diǎn)。這純粹是因?yàn)椋冗M(jìn)的節(jié)點(diǎn)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(yùn)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(diǎn)或更少的晶圓廠。

投資的高風(fēng)險(xiǎn)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(bào)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(xiàng)“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(diǎn)生產(chǎn)階段才可以獲得激勵。

預(yù)計(jì)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(shí)，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(shí)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(jì)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(fèi)爾（Markus Sch?fer）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？