撰文 / 馬曉蕾

編輯 / 張霖郁

設(shè)計(jì) / 師玉超

來源 / Autonews，作者：安德里亞·馬蘭

2020年，小小的芯片讓汽車產(chǎn)量損失了數(shù)百萬輛，汽車行業(yè)收入損失了數(shù)十億美元。而最新的預(yù)測顯示，到2022年上半年，這個問題仍將揮之不去。

為什么缺芯問題會蔓延至明年？為什么全行業(yè)分秒必爭地解決缺芯問題卻收效甚微？要搞清楚這些問題，首先要弄明白芯片問題為何如此復(fù)雜。

意大利與法國合資的意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics，簡稱STM）正在大力解決全球缺芯問題。該公司在歐洲是僅次于德國英飛凌（Infineon）的第二大芯片制造商，它在意大利米蘭附近的意大利小城阿格拉泰（Agrate）投資了30億美元建設(shè)一個新的晶圓廠。

芯片工廠一瞥

意法半導(dǎo)體意大利阿格拉泰工廠的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源：意法半導(dǎo)體公司

• 3個月：生產(chǎn)一塊硅晶圓片的時間長度

• 18萬：任何時候，正在加工的硅晶圓片數(shù)量

• 500： 每個芯片的生產(chǎn)步驟

• 900： 芯片生產(chǎn)所需的機(jī)器

• 50：每個芯片需要的氧化硅、鋁和其他材料的層數(shù)

• 2千：每天生產(chǎn)的8英寸晶圓的數(shù)量

• 1千：每塊晶圓的芯片數(shù)量

但是半導(dǎo)體工廠的建設(shè)速度非常緩慢、成本極高、運(yùn)轉(zhuǎn)復(fù)雜，且與其他汽車制造商熟知的大規(guī)模生產(chǎn)線相比產(chǎn)量并不高。阿格拉泰也不例外。

通常情況下，汽車工廠都是一天兩班倒，一周工作5天，一共10班。當(dāng)制造商需要提高產(chǎn)能時，會增加夜班和周末班，將班次增加至21。

而對比之下，如果STM的芯片廠未來順利完工投入生產(chǎn)，將會是每天24小時，全年無休式的運(yùn)轉(zhuǎn)，根本沒有為提升產(chǎn)能留一點(diǎn)空間。

一個汽車工廠從破土動工到投入生產(chǎn)一般需要2年，之后需要至少6個月的時間達(dá)到全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。而要走完同樣的流程，一個芯片廠則需要5年。

一輛汽車的平均生產(chǎn)時間是15至30個小時，而一個芯片需要生產(chǎn)、包裝、運(yùn)輸至汽車工廠，最后裝到汽車上，整個流程下來卻需要5個月。

阿格拉泰工廠將雇傭2400名工廠，每天24小時，全年無休式運(yùn)轉(zhuǎn)▼

有壞消息，也有好消息。

為了應(yīng)對全球芯片短缺，芯片制造商已經(jīng)加快步伐，為了趕上汽車行業(yè)的需求，不惜花費(fèi)重金。

芯片危機(jī)的到來促成了芯片制造商與汽車制造商之間的直接對話，并表明了一種態(tài)度——晶圓廠應(yīng)該滿足電動車與互聯(lián)汽車趨勢下對于高端芯片的需求。

大舉投資

2021年6月，臺積電（TSMC）開始在美國亞利桑那州建設(shè)芯片廠，計(jì)劃總投資120億美元，要等到2024年才能投入生產(chǎn)。

該公司承擔(dān)著全球芯片市場近四分之一的供應(yīng)量。據(jù)報道，臺積電正在考慮在德國新建晶圓廠的可能性。

與此同時，韓國電子巨頭三星正計(jì)劃投資170億美元在得克薩斯州建廠。美國的英特爾為了擴(kuò)大產(chǎn)能，已經(jīng)在9月份的時候投資200億美元在亞利桑那州破土動工。

為了提升芯片供應(yīng)能力，STM正在建造12英寸晶圓廠，能夠承載更多數(shù)量的芯片，產(chǎn)能提升為原來的2.4倍。

STM的生產(chǎn)與質(zhì)量總監(jiān)奧里奧（Orio Bellezza）說：“新的晶圓廠將高度自動化，對員工的需求會大幅降低?！?/span>

半導(dǎo)體概況介紹

• 芯片生產(chǎn)高度自動化，將硅晶圓轉(zhuǎn)化為成千上萬的半導(dǎo)體芯片。

• 完工的芯片在技術(shù)含量較低的工廠進(jìn)行測試和封裝，主要是手工任務(wù)。這些工廠通常位于發(fā)展中國家。

• 芯片尺寸從1平方毫米到4平方厘米不等。

• 晶片的直徑從150到300毫米（6到12英寸）不等。

• 嵌入在芯片上的內(nèi)容是以納米為單位的。一納米是一毫米的百萬分之一（一根人類頭發(fā)的直徑是一毫米的十分之一）。

• 每個芯片的成本從30美分到50美元或更高。大多數(shù)汽車應(yīng)用處于低端，成本低于1美元。

• 一輛汽車的芯片數(shù)量從1000到4000不等。高級車型有更多的芯片，而且數(shù)量隨著每一個功能的增加而增加，特別是高級駕駛輔助系統(tǒng)。

該公司最早于2018年開始投資新工廠，當(dāng)時尚未被卷入芯片危機(jī)之中，為了迎合需求增長的預(yù)測，以及提升自己的生產(chǎn)效率，STM開始了這項(xiàng)工程。

芯片廠的建設(shè)時間很長，而在阿格拉泰會更長。

新工廠的選址所在地需要先將現(xiàn)有的舊廠房遷移，而疫情給工程帶來了一些麻煩，工期被延長。

即使在完工之后，新工廠將迎來第一批設(shè)備——無塵室，這是將硅晶圓變?yōu)樾酒牡胤?。無塵室的面積相當(dāng)于一個足球場那么大。

奧里奧說新工廠2022年第一季度末將生產(chǎn)出第一片晶圓，批量生產(chǎn)將于2022年末開始。芯片是在硅晶圓上批量產(chǎn)生的，單個晶圓片能承載1000個芯片。

但是，汽車客戶所需的半導(dǎo)體質(zhì)量鑒定時間更長，到2023年底才能出廠。

從2024年開始，STM將對新晶圓廠進(jìn)行擴(kuò)建，根據(jù)未來的需求量，工廠面積將由8454平方米擴(kuò)大近一倍至1.49萬平方米。該公司預(yù)期擴(kuò)建工作在2025或2026年完成。

STM新晶圓廠從2018年開始建設(shè)▼

奧里奧表示，到2024年，阿格拉泰工廠的一期工廠完工后，工廠的總投資將達(dá)到20億美元。隨著產(chǎn)能的擴(kuò)大，后續(xù)還會根據(jù)市場需求追加投資。

新工廠全面自動化，一期將雇傭700-800名操作員，隨著無塵室的增加也會相應(yīng)的增加員工數(shù)量。

相比之下，STM現(xiàn)有晶圓廠雇傭了1400名操作員，總員工數(shù)2400名，包括質(zhì)量、物流、維護(hù)和生產(chǎn)等工種。

升級到12英寸并不意味著該公司放棄了8英寸的市場。STM現(xiàn)有8英寸晶圓廠將繼續(xù)供應(yīng)氣囊、導(dǎo)航系統(tǒng)和無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)的芯片。

新工廠的產(chǎn)品將包括汽車模擬和射頻產(chǎn)品所需的芯片，緩解因芯片短缺而積壓的訂單。

微型化

芯片制造商擴(kuò)大產(chǎn)能還存在一個障礙，那就是客戶需求兩極化。

對于消費(fèi)電子和PC行業(yè)，提升芯片產(chǎn)能的關(guān)鍵因素是微型化，并提升生產(chǎn)效率。而對于汽車行業(yè)來說，關(guān)鍵因素則變?yōu)榱嗽跇O端環(huán)境下的抵抗力和耐久力。

這在一定程度上解釋了為什么歐洲的汽車芯片產(chǎn)量高于其他地方，因?yàn)闅W洲沒有微芯片廠。微芯片指的是10納米以下的，這個數(shù)字越小越好，CPU晶體管之間的距離越短，運(yùn)行速度越快。

STM最先進(jìn)的工廠是一家生產(chǎn)28納米芯片的晶圓廠，位于法國克羅爾市。主要供應(yīng)汽車應(yīng)用程序，包括Mobileye的視覺處理器和下一代微控制器。

STM的汽車客戶不要求它建生產(chǎn)10納米以下芯片的工廠，可這類芯片的需求卻依然存在。目前，STM的歐洲本土市場還沒有。

高風(fēng)險

國際咨詢公司科爾尼（Kearney）在一份市場展望報告中提到：“今天基于成熟節(jié)點(diǎn)技術(shù)的半導(dǎo)體會隨著時間的推移，向更先進(jìn)的節(jié)點(diǎn)技術(shù)發(fā)展。因?yàn)楦冗M(jìn)的節(jié)點(diǎn)技術(shù)可以為所有應(yīng)用程序帶來優(yōu)勢。比如，耗電更低，能力密度更高等等。”

據(jù)科爾尼稱，STM在2015年左右決定放棄內(nèi)部生產(chǎn)微芯片，主要原因前期投資成本太大。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。

事實(shí)上，在美國、以色列、韓國和中國臺灣，有10家左右這樣的工廠在運(yùn)轉(zhuǎn)。這些地區(qū)也同時擁有10納米及以下的晶圓廠。

投資的高風(fēng)險成為了一個阻礙。

行業(yè)協(xié)會數(shù)碼歐洲（Digital Europe）表示，1998年，全球22%的半導(dǎo)體產(chǎn)自歐洲，到了2019年，這個數(shù)字降為8%。

據(jù)科爾尼稱，在歐洲建造一家5納米晶圓廠的長期費(fèi)用比韓國高出了33%，比中國臺灣高出了43%。造成這一差距的主要原因是亞洲國家的補(bǔ)貼力度更大。

9月份，歐洲委員會（European Commission）介入，提出了“芯片法案”（Chips Act），以提升研發(fā)能力，提高本地產(chǎn)能，目標(biāo)是讓歐盟的半導(dǎo)體份額重回20%的水平。

但他們可能遇到一個這樣的障礙：歐盟的競爭條例禁止在芯片生產(chǎn)階段接受國家資助，只有研發(fā)和試驗(yàn)生產(chǎn)激勵是允許的。

2022年將會提出一項(xiàng)正式指令，但要修改條例需要?dú)W盟27國的批準(zhǔn)。

新路線

STM公司的CEO馬爾科·蒙蒂（Marco Monti）透露，與此同時，行業(yè)中很多人在想各種辦法解決產(chǎn)能危機(jī)。

越來越多的汽車制造商和一級供應(yīng)商開始對汽車芯片重新設(shè)計(jì)，包括電子控制單元。以尋求更多靈活的解決方案，使它們能夠在12英寸晶圓廠進(jìn)行生產(chǎn)。

汽車制造商開始從芯片制造商手里直接購買芯片。這是一個大的轉(zhuǎn)變。在過去，芯片制造商被嚴(yán)格定義為2級供應(yīng)商，向1級供應(yīng)商，如博世、法雷奧（Valeo）供貨。1級供應(yīng)商為汽車制造商生產(chǎn)更大的組件。

戴姆勒采購總監(jiān)馬庫斯·謝弗（Markus Sch?fer）說：“梅賽德斯-奔馳的母公司正在與芯片供應(yīng)商直接對話，包括臺積電?！贝蟊娂瘓F(tuán)CEO赫伯特·迪斯（Herbert Diess）說：“現(xiàn)在公司與亞洲的芯片制造商達(dá)成了戰(zhàn)略伙伴關(guān)系?！?/span>

新的一年即將到來，采購、技術(shù)、芯片生產(chǎn)等發(fā)生的一系列變化，需要多久才能讓整個行業(yè)松一口氣？這是問題的關(guān)鍵。