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时代杂志:美国短期解决不了芯片制造问题


 “仅有的操作员是在天花板上的机器人”,Chris Belfi说,他身着 Tyvek 兔子套装,在photo-safe灯下染成黄色。机器人则在高架轨迹上仓促而过,眨眼和呼呼。每隔几秒钟,就会有一个机器人在一台巨大的机器上方停下来。从它洗衣篮巨细的肚子里,一个塑料盒子掉在细线上,就像汤姆克鲁斯穿戴紧身连衣裤相同。它装载着宝贵的货品:多达 25 个闪亮的硅片,每个巨细为 12 英寸。咱们将它们转变为微型计算机大脑的进程——称它们为微mgm娱乐平台登录网站芯片、半导体或仅仅芯片——需求近三个月的时刻。“我运用一个像烤蛋糕这样的类比,”芯片制作商GlobalFoundries的自动化工程师 Belfi 说。“仅有的区别是咱们的蛋糕大约有 66 层。”

这座价值 150 亿美元的归纳设备隐藏在纽约Albany以北的树木后边,是美国少量先进的半导体工厂或“晶圆厂”之一,其接纳码头可接纳 256 种特种化学品,如氩气和硫酸。它的运送码头宣布制品硅片,预备好以供切开,然后装入金属和陶瓷外壳中,然后组装成从安全气囊到搅拌机、耳机到战斗机的一切物品。

自 2011 年开业以来,Fab 8 一向坚持低沉。但与卫生纸和鸡翅相同,这场大盛行震动了全球半导体供给链,导致令人惊奇的当地呈现缺少,并将美国半导体职业拉到了舞台中心。轿车职业遭到的冲击最为严峻。这首要由于当开端的封闭导致轿车出售溃散时,轿车制作商削减了包括半导体在内的零部件订单。(一辆典型的新车或许包括超越一千个芯片。)芯片制作商看到了这种疲软,并改变了他们的产能,以满意对网络摄像头和笔记本电脑等消费电子产品的激增需求。

可是,当上一年秋天轿车销量上升时,一个戏剧性的失误变得显着:轿车制作商无法取得满足的芯片。知道现在,他们依然不能。现在估计芯片缺货将导致 2021 年全球轿车产值削减 390 万辆,即 4.6%。仅福特就估计将削减 110 万辆轿车的产值,然后导致 25 亿美元的收益遭到影响。

跟着轿车制作商和芯片制作商力争上游地寻求平衡,白宫介入供给协助,敦促职业领导者理清供给链并添加产值。问题不只在于美国出产的芯片数量缺乏。问题在于底子没有人重视芯片的制作地址——更重要的是,制作它们需求多长时刻。6 月,美国参议院经过了一项拨款 520 亿美元的两党法案,旨在添加芯片出产和顶级研讨——直接与我国成为全球半导体冠军的大志竞赛。但新的芯片工厂需求数年时刻。分析师现在忧虑,轿车芯片缺少将再次影响到消费电子产品,影响制作业一向到圣诞节。

“从未见过这样的工作,”特斯拉首席执行官埃隆马斯克在推特上写道。

芯片长期以来被尊为现代社会的大脑,现在它已成为其最头疼的问题,其时的危险也超出了大盛行时期的缺少。由于芯片是许多战略技能的重要组成部分——从可再生动力和人工智能到机器人和网络安全——它们的制作已成为地缘政治的刺。在 20 世纪,石油是登峰造极的全球资源。但本年的缺少在方针制定者和外交官中引发了 21 世纪的盛行语:芯片是新的石油。跟着美国从头回到大盛行后的日子,安稳的半导体供给已成为预备和恢复能力的高度优先基准。除了有一个更大的问题:半导体是在美国发明的,可是像 GlobalFoundries 这样的晶圆厂已经成为一个病笃的种类。1990年,37%的芯片是在美国工厂出产的,但到 2020 年,这个数字下降到只要 12%。成长中的一切新蛋糕都流向了亚洲:我国台湾、韩国和我国大陆。芯片厂不只仅是工厂,仍是美国自给自足的要害。

半导体令人震动,由于在制作进程中需求将数十亿个晶体管装在一个一角硬币巨细的空间中,而且它们的制作难度惊人。假如亨利福特幻想一条装配线,那么硅片经过工厂的途径更像是一个迷宫。在 GlobalFoundries,从原材料到制品芯片的旅程——像 Belfi 这样的工程师称之为“工艺流程”——一般需求 85 天,包括一千多个过程。一向以来,芯片都在称为 FOUP 的密封舱中运送,彻底不受人手的影响。机器人在小型房车巨细的机器上方的悬挂轨迹上行进。在制作进程中,有机器人用像液体砂纸相同的浆料抛光晶片。另一些机器人则运用激光来压印仅 12 纳米宽的电路——大约是你的指甲在 12 秒内成长的长度。电子显微镜查看晶片是否有缺点,机械臂一次性地将 25 个硅片浸入化学浴中,就像狂欢节的灌篮池相同。“咱们基本上每天都在晶圆厂的每个部分之间来回移动晶圆,”Belfi说。“putting things on, taking it off, printing, putting more on, taking more off。”在这个进程中,有许多工作要做,而人类只要在呈现问题时才会介入。中止器(showstopper)是其间一台光刻机的问题,它决议了整个操作的节奏。每个本钱都超越 1 亿美元。“当其间一个倒下时,一切人都停下来。”Belfi说。其实,在COVID-19 来袭时,晶圆厂从未中止过。“咱们从来没有封闭过一家工厂——一个小时都没有,”GlobalFoundries 的首席执行官 Tom Caulfield 在他坐落晶圆厂楼层上方两层的工作室里回想道。长期以来,工程师们一向习惯于戴口罩和全套个人防护配备,照旧监督机器人。事实证明,商业冲击更难处理。与许多职业相同,Caulfield开端的财政模型让他为最坏的状况做好了预备。“咱们告知咱们的团队,‘咱们一同进入了这场大盛行;咱们要一同退出。国际需求咱们持续制作半导体。'”这不是轻描淡写。芯片为大盛行应对供给了动力——网络摄像头、笔记本电脑、COVID-19 测试机。仅在纽约市,教育部就购买了 350,000 台 iPad。

大盛行器材,好像没有人需求的仅有一个东西便是一辆新车,至少一开端是这样。2020 年 4 月、5 月和 6 月,轿车的出售额下降了三分之一。轿车零部件制作商——不是名牌轿车公司,而是他们的供给商及其供给商的供给商都取消了订单。

可是半导体晶圆厂不能turn on a dime。代工是芯片职业合同制作商的术语,就好像价值 150 亿美元的 Kinko。仅 GlobalFoundries 就为 250 多个客户制作芯片,这些客户又为设备制作商供给组件——苹果或三星等知名品牌,以及大陆或博世等工业品牌,整个供给链很长。制作一个芯片则需求三个月的时刻,但在此之后的几个月内,它不会终究呈现在轿车发动机或智能扬声器中——而且到顾客手中,还需求几个月。在 GlobalFoundries 的任何一天,在某个出产阶段或许只要 10 种不同的芯片。每个共同的新芯片规划都以 6平方英寸的面积呈现. 一块石英玻璃称为标线(reticle)。就像一张旧的相片幻灯片,它包括一张芯片图,预备好用激光投影到硅片上。标线是它自己的商业秘密,归于规划它的公司的受维护知识产权,并依据 GlobalFoundries 专有工艺的共同标准进行了调整。切换晶圆厂并不简单,而且肯定不会很快。

感恩节前后,大盛行八个月后,Caulfield 的电话开端响起,哪些从未听说过 GlobalFoundries 的轿车高管意识到没有他们就无法制作轿车。“假如你是一家轿车制作公司的供给链一切者,而且你没有发货轿车的原因是由于你没有 5 美元或 10 美元的芯片,那么你永久不会让这个再次发生,”Caulfield 说。到了新年,其影响令人震动。2019 年,轿车职业在芯片上花费了 430 亿美元,但它们仅占整个芯片商场的 10%。全球最大代工厂台积电(TSMC) 为轿车职业供给的芯片比其他任何公司都多,但轿车职业仅占其收入的 3%。(苹果占 20% 以上。)在 GlobalFoundries,用于轿车的芯片占其事务的不到 10%——这满足重要,但还缺乏以警醒。

本年状况发生了改变,其时芯片制作商的政治危险急剧上升。Caulfield 呼吁他的工程师“从头混合他们的输出”,放置一些订单并优先考虑轿车芯片。“咱们做出了十分困难的决议,”Caulfield 说。“不管咱们在哪里能够发明更多产能,咱们都会将其有限供给给轿车,以保证咱们不再是制作的大门。” 其影响对他来说是清楚明了的。“我不需求白宫的来信就能够做正确的事。”

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