是什么導致了芯片短缺？為什么會發(fā)生這種情況？我們該如何擺脫它的負面影響？知名科技媒體The Verge近期邀請到了哈佛商學院教授，前IBM、Silicon Graphics芯片和半導體供應鏈專家——史兆威（Willy Shih），為我們?nèi)轿唤馕鰹槭裁创舜稳蛐酒倘钡暮軌騻鲗е料M者？

 

 

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問題一：持續(xù)的芯片短缺似乎不會很快結(jié)束，而且似乎沒有人能預測它什么時候結(jié)束，那么影響如此巨大的芯片短缺指是什么？以及芯片短缺后發(fā)生了什么？

 

當我們談論芯片時，實際上有很多不同的芯片。從用于筆記本電腦的微處理器芯片到用于手機的芯片或用于索尼 PlayStation 游戲機、電視機、汽車、冰箱或其他任何東西的芯片，芯片無處不在?，F(xiàn)在人們傾向于認為，在我的手機中只有內(nèi)存和處理器這兩個芯片，實際上手機中有幾十個芯片（例如電容芯片）。而在現(xiàn)代汽車也需要100多個不同的芯片來控制如引擎、儀表板、控制臺、導航系統(tǒng)等等，甚至像電動車窗這樣的東西也會有微處理器芯片，因為用芯片來做它們比用機械連接和類似的東西做更便宜。

 

然后當你看到一個復雜的產(chǎn)品，比如一輛汽車，你可以在這輛車上消耗100多個控制器芯片和各種其他芯片，你現(xiàn)在面臨的問題是，我只需要缺一個這些芯片，然后我無法制造車輛，這才是真正的問題所在。而這一些芯片是否短缺取決于一天中的時間、一周、一個月等等，以及其他人在購買什么。所以這就是問題所在，我們遇到的這些短缺阻礙了制造商制造產(chǎn)品。如果您是產(chǎn)品制造商，您經(jīng)常會談到這個產(chǎn)品是否訂單明確？我們是否擁有制造它所需的所有組件？這就是我們現(xiàn)在看到的麻煩所在，因為一個芯片或幾個芯片都不夠。

 

前幾天有一個故事，關(guān)于福特在制造卡車時去掉了一些芯片，把它們放在停車場等待，然后重新安裝芯片，因為他們可能只是想運行工廠。

 

因為汽車廠是非常昂貴的資產(chǎn)，你有數(shù)億美元被捆綁在其中，而你想要做的是讓它繼續(xù)運行。如果你是汽車制造商，例如底特律的三巨頭之一，通常這些生產(chǎn)線每分鐘生產(chǎn)一輛，但你卻沒有零件。我認為最近一輛汽車的平均售價超過了 4萬美元，這意味著他們每分鐘都會損失 4萬美元的銷售額，所以他們所做的是把這些車輛拿出來停在某個地方，希望當芯片進來視，他們可以迅速把它們放回去，但是這樣做時后面你必須把它們帶回來把它們送回工廠，有時你將不得不拆卸一些東西來把芯片放進去，所以這又增加了很多額外的工作。

 

 

 

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問題二：我們談論芯片時，會面對很多不同種類、晶圓廠、供應商、工藝節(jié)點的芯片，但如果只是在基本層面上來看芯片是如何制造的？它們來自哪里？以及供應鏈是怎樣的？

 

實際上有兩個部分。一個是設(shè)計部分，設(shè)計部分涉及工程師布置電路，該電路將具有晶體管，并且它將以特定方式連接許多其他組件，他們通常使用計算機軟件設(shè)計芯片，然后將設(shè)計文件交送給制造商。

 

現(xiàn)在，這種設(shè)計可以從相對簡單的設(shè)計（如今有成百上千個晶體管）發(fā)展到最復雜的設(shè)計（單個芯片設(shè)計中將包含 120 億個晶體管）。因此，當您涉及到那些更復雜的設(shè)計方面時，還有一個與之相關(guān)的供應鏈。因為如果您要設(shè)計具有 120 億個晶體管的芯片，坦率地說，第一次將每個晶體管都連接到正確位置的可能性為零。所以現(xiàn)在人們在現(xiàn)代芯片設(shè)計中所做的是，他們使用稱為知識產(chǎn)權(quán)塊或 IP 塊的預先設(shè)計的塊，這些塊是已知的。所以你決定，“我想制造一個控制器芯片。”所以你從英國的 ARM 之類的公司那里購買了一個處理單元設(shè)計，他們很受歡迎，然后你可能需要 USB 接口，所以你得到了一個 USB IP 塊，你獲得了許可。軟件工具供應商擁有所有這些庫，允許您將芯片與已知的良好邏輯塊拼接在一起，然后您設(shè)計需要定制的東西。然后你把它送到要制造這個芯片的代工廠或工廠。所以這實際上也是一個非常復雜的供應鏈，需要你有一個工具制造商，還需要 IP 塊和類似的東西，這就是設(shè)計部分。

 

實際的制造是從硅片開始的。在這里，你所擁有的是某人在一個巨大的硅錠中制造的單晶硅，然后他們把它切成最先進的是300毫米直徑（大約12英寸直徑）的硅片，當他們切開它并拋光這些硅片時，它們是一個完美的晶體。然后他們要做的是在晶圓上制作晶體管和互連的圖案。現(xiàn)在，這個供應鏈也是相當復雜的。你有一個制造硅錠的人，然后把它切成晶圓。然后這些晶圓被送到這些巨型工廠（制造芯片的工廠）。

 

在工廠內(nèi)，制造商將首先在硅上鋪設(shè)晶體管的圖案。他們要做的是多步驟的光刻、蝕刻和沉積。他們將使用一系列復雜的步驟來建立一層又一層的晶體管。他們將使用多層來建立它。然后他們會鋪設(shè)一個由小銅線組成的互連網(wǎng)絡(luò)，他們也在上面打印，以連接所有這些晶體管。現(xiàn)在，在舊技術(shù)中，這經(jīng)常是350個步驟，這可能需要45至60天才能從頭到尾完成。而一些較新的技術(shù)，如最先進的芯片，進入你的新臺式電腦、筆記本電腦或你的iPhone等等，這些將使用多達700多個步驟。 

 

但是，如果你通過700個步驟獲得99%的產(chǎn)量，當你完成時，你將在最后沒有得到任何可行的東西。所以你真的需要在每一步都有99.99%以上的收益率?，F(xiàn)在，當您考慮一個有 700 個步驟的流程時，您需要以非常高的產(chǎn)量執(zhí)行每個步驟。因為如果第一步的收益率為 99%，第二步的收益率為 99%，你和我會想，“哇，這很好，對吧？”但是，如果您通過 700 個步驟獲得 99% 的收益，那么當您完成時，您最終將一無所獲，這是可能的。所以你真的需要每一步都有 99.99% 以上的收益率。因為當你走到第690步時，如果你有一個低收益的步驟，你就不得不把之前的所有東西都扔掉，這真的是一個阻力。因此，這是一個非常嚴格的過程，需要很多步驟，這將需要60天或更多的時間，才能讓晶圓全部通過。

 

所以，這就是晶圓廠所做的工作?，F(xiàn)在你有一個晶片，如果它是一個微處理器，上面可能有大約 500 個芯片。如果它是汽車控制器之類的東西，你可能會在上面安裝 4000 個芯片，因為它們不會占用太多空間。那么他們所做的就是將晶圓拿走，通常將其運往東南亞或中國。還有一些稱為外包組裝和測試工廠的公司，他們會將這些小探針放在每個芯片上并測試哪些是好的，以確保它們是好的。然后把好的他們記錄在電腦里，他們會記住，然后他們會把它們分開，然后把它們打包。所以，這是另一組這樣做的公司。其中很多在馬來西亞和越南。我今天早上剛聽說越南將對 COVID-19 進行嚴格的封鎖。因此，這將影響那里的許多包裝工廠。

 

在這些芯片被封裝后，它們會被送到其他人那里，后者會將它們放在電路板上，有時會一直組裝成成品。有時它會交給將它們放在電路板上的人，然后他將電路板發(fā)送給其他人。因此，您在供應鏈中有多個層次，從原始硅片、設(shè)計、晶圓廠、組裝和測試以及封裝到電路板等等。這是一個跨越許多國界的漫長、連續(xù)的過程。當遇到 COVID-19之類的疾病時，任何一個環(huán)節(jié)出錯后果都將被放大數(shù)倍。

 

 

 

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問題三：硅錠是一個巨大的硅塊被切成片？就像字面意思一樣，一塊巨大的石頭進入工廠的一側(cè)，然后硅片從另一側(cè)出來，被變成芯片？

 

首先他們要做的是融化它。所以他們有這個巨大的熔融硅桶，然后他們在這個桿上取一個晶體，然后他們拉出一個看起來像魚雷的東西。但這將是一個巨大的錠，直徑大約為一英尺，直徑為 300 毫米。有很多這些高科技制造工藝令人難以置信，人們從未見過，但這就是他們對硅錠所做的。

 

如果你想看到一些非常瘋狂的東西，就像你和我現(xiàn)在正在看著對方的平板顯示器，它們由半毫米厚的玻璃板制成，通常有一張大床那么大，而這些都是在一個單一的、光學上完美的板材中鑄造的?？祵帉@種熔融玻璃有一種工藝，它從槽的兩側(cè)溢出，從槽溢出，在槽下方熔化，然后作為光學完美的薄片冷卻，厚度為 0.5 毫米，相當于一張?zhí)卮筇柎驳膶挾?，然后一個機器人在它冷卻時抓住它并用金剛石切割機將其切掉。

 

在硅制造過程中，對于一個工廠內(nèi)最先進的工具，通常你會有數(shù)百個不同的工具。實際上，在大型晶圓廠中，例如您可能會在臺積電（臺灣半導體制造公司）看到的晶圓廠，您將擁有數(shù)以千計的此類工具。這些工具是處理這些晶圓并做各種事情的大型機器。大多數(shù)工具的成本從幾百萬美元開始，最昂貴的工具超過 1.5 億歐元。因此，一臺機器的成本遠遠超過1.5億美元。這是在晶圓上實際打印圖案的光刻機，最先進的光刻機，例如，如果你正在看你的iPhone的芯片，它使用臺積電最先進的工藝，那些有所謂的極紫外光光刻系統(tǒng)。

 

為了得到這種極紫外光，他們所做的是，用激光蒸發(fā)錫，即金屬。然后當汽化的錫掉落時，他們用另一個激光器擊中錫滴，并產(chǎn)生這種等離子體，從而發(fā)射出這種極紫外光。這很瘋狂。然后它穿過這個鏡子系統(tǒng)，因為你不能用鏡頭來照射極紫外光。你必須使用鏡子將其聚焦到這些小的狹窄圖案中。我實際上去過他們制造這些鏡子的工廠，鏡子的表面光滑到一個原子的水平。所以當我看著這些鏡子時，制造鏡子的人說："如果我們把這個系統(tǒng)對準月球，當那束光到達月球時，其寬度也僅有20厘米寬。"

 

 

 

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問題四：你所描述的是一個異常復雜的系統(tǒng)，其中嵌入了許多異常復雜的技術(shù)，我也與很多消費品 CEO 交談過，他們有的認為芯片短缺是因為疫情導致工廠停工所致。難道只是因為工廠停止生產(chǎn)，做出重新啟動的決定需要很長時間？是消費者對PS5的需求猛增嗎？究竟是什么原因?qū)е铝诵酒倘保?/div>