深度解讀 | HBS供應(yīng)鏈專家全方位解讀芯片短缺問題（連載一）

因?yàn)楫?dāng)我們談?wù)撘惠v車時(shí)，他們不只是單純地把微控制器放進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)艙里，對(duì)嗎？他們必須先把芯片組裝到某種計(jì)算產(chǎn)品上，組裝到電路板上，然后才把這些東西安裝到汽車上。但是，我們?cè)鯓硬拍芟鹊玫揭粋€(gè)芯片呢？這個(gè)過程是怎樣的？

實(shí)際上有兩個(gè)部分。首先是設(shè)計(jì)部分。工程師布置一個(gè)電路，晶體管和許多其他組件以特定方式連接。目前他們都是在電腦上進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，他們會(huì)用電腦軟件設(shè)計(jì)芯片，然后把文件發(fā)送給制造商。

設(shè)計(jì)可以是只有幾百或幾千個(gè)晶體管的相對(duì)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，也有一個(gè)芯片中集成20億個(gè)晶體管的非常復(fù)雜的設(shè)計(jì)。因此，當(dāng)你進(jìn)入那些更復(fù)雜的設(shè)計(jì)時(shí)，也有一個(gè)與此相關(guān)的供應(yīng)鏈。因?yàn)槿绻阋O(shè)計(jì)一個(gè)有20億個(gè)晶體管的芯片，坦率地說，你一次性把每個(gè)晶體管連接在正確位置的可能性是零。所以人們?cè)诂F(xiàn)代芯片設(shè)計(jì)中常規(guī)的做法是，使用現(xiàn)成的IP模塊，這些模塊已是行業(yè)普遍認(rèn)可的。所以當(dāng)你決定設(shè)計(jì)一個(gè)控制器芯片，你會(huì)從像英國(guó)的ARM這樣的公司那里購買一個(gè)處理單元的設(shè)計(jì)，也許你還需要USB接口的IP授權(quán)。最后，還有軟件工具供應(yīng)商為你提供這些庫，允許你用這些授權(quán)IP模塊來設(shè)計(jì)你想要定制的芯片。最后你把它送到生產(chǎn)芯片的工廠。所以這實(shí)際上也是一個(gè)非常復(fù)雜的供應(yīng)鏈，有工具供應(yīng)商，有IP授權(quán)和類似的東西。這是設(shè)計(jì)的部分。

實(shí)際的制造是從硅晶圓開始的。先在一個(gè)巨大的硅錠中制造出單晶硅，然后把它切成晶圓，最先進(jìn)的是300毫米直徑，或大約12英寸。當(dāng)切割并拋光這些晶圓時(shí)，就得到一個(gè)完美的晶體。然后要做的是在晶圓上刻出晶體管和連接的圖案。這部分的供應(yīng)鏈也是相當(dāng)復(fù)雜的。有專門制造硅錠并切割晶圓的公司，然后這些晶圓被送到那些制造芯片的巨型工廠。

在制造工廠，首先會(huì)在晶圓上布置晶體管的圖案。需要經(jīng)過光刻、蝕刻和沉積等多個(gè)工序。他們使用一系列復(fù)雜的步驟來搭建一層又一層的晶體管。然后他們會(huì)鋪設(shè)一個(gè)由小銅線組成的連接網(wǎng)絡(luò)，他們會(huì)把銅線印在上面連接所有的晶體管。在相對(duì)老的技術(shù)中，通常要經(jīng)過350道工序，大概需要45至60天。而目前用在最新的iPhone、筆記本或臺(tái)式機(jī)的芯片，可能多達(dá)700多道工序。

700多道工序，就需要每道工序都達(dá)到極高的良品率。如果第一道工序良品率是99%，第二道也是99%，這時(shí)一般人可能會(huì)想“哇，還不錯(cuò)啊？”但如果以99%的良品率經(jīng)過700多道工序后，你就什么都不剩了。所以你真的需要在每個(gè)工序上都達(dá)到99.99%以上的良品率。因?yàn)楫?dāng)已經(jīng)走完了第690道工序后，突然出現(xiàn)一個(gè)良品率低的工序，你就不得不把之前所有東西都扔掉。因此，這是一個(gè)非常嚴(yán)格的過程，需要很多工序，需要60天或更長(zhǎng)的時(shí)間，讓晶圓一路順利通過每個(gè)工序。
So，這就是工廠所做的工作?，F(xiàn)在你有了一個(gè)晶圓，如果是微處理器，上面可能排布著500個(gè)芯片。如果是汽車控制器之類的東西，可能是4000個(gè)芯片，因?yàn)樗鼈儾徽寄敲炊嗫臻g。然后會(huì)把晶圓運(yùn)到東南亞或中國(guó)。封裝和測(cè)試工廠會(huì)把一些小探頭放在每個(gè)芯片上，測(cè)試哪些是合格的，將那些合格的錄入電腦。然后他們會(huì)進(jìn)行切割、封裝。所以，這又是另一組專門的公司，很多位于馬來西亞和越南。今早我剛聽說，越南因新一波的疫情進(jìn)行了嚴(yán)格的管控，這勢(shì)必會(huì)影響到那里的很多封裝工廠。

這些芯片被封裝后，它們會(huì)被繼續(xù)送到其他公司，在那里會(huì)把它們放在電路板上，或把它們直接組裝成成品。有時(shí)會(huì)被送到某公司，將它們安裝在電路板上，然后將電路板再送到其他公司。因此，供應(yīng)鏈中有多個(gè)層級(jí)，從原始硅，到設(shè)計(jì)、制造、組裝、測(cè)試和封裝，再到電路板，等等。這是一個(gè)漫長(zhǎng)、連續(xù)的過程，跨越了許多國(guó)家。所有當(dāng)出現(xiàn)像新冠這樣的突發(fā)狀況時(shí)，出問題的機(jī)率就變得極大。

我想我以前從未想象過硅錠是什么樣的，那是一個(gè)巨大的硅塊，然后被切成片？就像字面意思一樣，一塊巨大的石頭從一側(cè)進(jìn)入工廠，然后被切成片狀后從另一側(cè)出來？

他們先會(huì)進(jìn)行融化。所以他們有一個(gè)用來熔化硅的大桶，然后從這個(gè)容器中取出晶體，形狀有點(diǎn)像魚雷。但這是一個(gè)巨大的硅錠，直徑約為一英尺，或300毫米。在這個(gè)過程中會(huì)涉及許多科技含量很高的制造工藝，大部分人很少了解。

如果你想了解一些真正瘋狂的東西，就像你和我現(xiàn)在正在通過平板顯示器面對(duì)面，這些屏幕是用半毫米厚的玻璃片制成的，通常有一張大床那么大。而這些都是在單一的、光學(xué)上完美的板材中鑄造的?？祵幘陀幸粋€(gè)類似的工藝，這種熔化的玻璃從一個(gè)槽的兩邊流出，在槽的下面熔合，然后冷卻成一個(gè)半毫米厚的光學(xué)上完美的薄片，相當(dāng)于一張大床的寬度，然后機(jī)器人在它冷卻的時(shí)候抓住它，用鉆石切割器把它切下來。這就更瘋狂了，但確實(shí)也存在著這些瘋狂的制造工序。

在芯片制造過程中，一個(gè)芯片生產(chǎn)廠通常有數(shù)百個(gè)非常先進(jìn)的工具。事實(shí)上，在一個(gè)大型工廠中，比如臺(tái)積電，會(huì)有成千上萬個(gè)這樣的工具。這些工具就是處理這些晶圓和進(jìn)行各種生產(chǎn)過程的大型設(shè)備。大多數(shù)工具的成本，最低有幾百萬美元的，最昂貴的工具超過1.5億歐元。比如用于在晶圓上印刷圖案的光刻機(jī)，比如iPhone中的芯片，它就要用到臺(tái)積電最先進(jìn)的工藝，即所謂的極紫外光光刻（extreme ultraviolet light lithography）系統(tǒng)。

為了獲得極紫外光，他們會(huì)用激光氣化金屬錫。當(dāng)汽化后的錫滴落時(shí)，他們用另一束激光器擊中錫滴，產(chǎn)生等離子體，從而發(fā)出這種極紫外光。這很瘋狂。然后它穿過這個(gè)鏡子系統(tǒng)，因?yàn)槟悴荒苁褂脴O紫外光鏡片，你必須使用鏡子將其聚焦到這些狹窄的小圖案中。我曾去過制造這些鏡子的工廠，鏡子的表面光滑到一個(gè)原子的水平。所以當(dāng)我看著這些鏡子時(shí)，產(chǎn)線的人對(duì)我說：“你知道，如果我們把這個(gè)系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)月球，當(dāng)那束光到達(dá)月球時(shí)，它就會(huì)像（我忘記確切的數(shù)字了）20厘米寬或類似的東西。”

二. 接二連三的黑天鵝事件

你剛描述的是一個(gè)異常復(fù)雜的系統(tǒng)，其中涉及許多非常復(fù)雜的技術(shù)。我在節(jié)目中曾訪談過很多消費(fèi)類電子產(chǎn)品行業(yè)的CEO，也和很多軟件人員交談過。我們往往會(huì)忽視，是背后這些極其復(fù)雜的制造技術(shù)，在支撐著所有的互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字世界?，F(xiàn)在問題聚焦在了芯片短缺問題上。

當(dāng)我們談?wù)撔酒倘睍r(shí)，更多在說是新冠的影響。這僅僅是因?yàn)楣S停產(chǎn)后重啟需要很長(zhǎng)時(shí)間嗎？是消費(fèi)者對(duì)PS5的需求猛增嗎？芯片短缺的誘發(fā)事件是什么？

當(dāng)新冠來襲時(shí)，發(fā)生了幾件事。讓我們從汽車行業(yè)說起，因?yàn)槠囆袠I(yè)的芯片問題已經(jīng)嚴(yán)重影響到了生產(chǎn)。此外，汽車行業(yè)的問題還會(huì)讓你知道一個(gè)更廣泛的事實(shí)。

當(dāng)我們談到汽車行業(yè)時(shí)，我們應(yīng)知道中國(guó)是全球最大的汽車市場(chǎng)。中國(guó)每年的汽車產(chǎn)銷量通常約為2500萬輛，而美國(guó)通常為1150萬輛左右，而且美國(guó)還會(huì)大量進(jìn)口。因此，中國(guó)市場(chǎng)比美國(guó)大得多。2020年1月，中國(guó)汽車市場(chǎng)剛剛經(jīng)歷了連續(xù)兩年的銷量下滑。2018年銷量下降了8%，而2019年也不理想。2020年1月，中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)銷量將下降2%，而這是在新冠爆發(fā)之前。

然后新冠襲來，結(jié)果2月汽車銷量下降了82%，3月下降了46%。而歐洲和美國(guó)的反應(yīng)是滯后于中國(guó)的。歐洲3月的汽車銷量下降46%，4月下降了80%。美國(guó)3月份下降了39%，4月下降52%?，F(xiàn)在，我們必須回想一下當(dāng)時(shí)的情況。汽車制造商，特別是底特律三巨頭，都在盤算著“我們可不想破產(chǎn)”。銷量下降，他們一定會(huì)試圖節(jié)省現(xiàn)金開支。所以他們進(jìn)行裁員，關(guān)閉工廠，甚至停止了采購。因?yàn)樗麄冊(cè)噲D節(jié)省現(xiàn)金流，不想破產(chǎn)，這并不是不合理的。

與此同時(shí)，隨著人們開始居家辦公，隨之出現(xiàn)了一波巨大的消費(fèi)高峰：筆記本電腦、游戲機(jī)、平板電視、運(yùn)動(dòng)器材、家用電器……我那時(shí)想買一臺(tái)冰柜，經(jīng)銷商說：“你在開玩笑嗎？你沒留意現(xiàn)在是什么情況嗎？”他就像在說“我們已經(jīng)好幾個(gè)月沒有冰柜的庫存了”。而這是因?yàn)楸褚灿玫叫酒?/p>

剛才說到車廠取消了訂單，因?yàn)樗麄冇X得不會(huì)需要所有這些芯片?；氐?020年5月，當(dāng)時(shí)波士頓咨詢提出了這樣的預(yù)測(cè)，總體而言，2020年全球汽車銷量將下降14%-22%，最樂觀的預(yù)測(cè)是下降12%。

問題是從夏天開始的，因?yàn)槭澜玳_始重啟，特別是美國(guó)。車廠們猛然開始意識(shí)到，“Wow，我們需要采購更多的芯片。”但芯片的產(chǎn)能卻已經(jīng)被其他行業(yè)搶去了。所以，這是一個(gè)原因。

另一個(gè)原因是，美國(guó)制裁了一些中國(guó)公司，如華為。所以，中國(guó)公司在2020年夏天向芯片工廠下了大量訂單，因?yàn)橐诜e芯片。中國(guó)公司當(dāng)時(shí)非常依賴美國(guó)的芯片。所以他們開始囤積大量的芯片，只有這樣才能維持正常的經(jīng)營(yíng)業(yè)務(wù)。

制裁將在六個(gè)月后生效，屆時(shí)就不能采購像英特爾的芯片了。

嗯，確實(shí)存在著這樣的擔(dān)憂。所以他們購買了很多其他芯片。

所以他們只是想趕在最后期限之前。

最后期限的威脅，或任何制裁的威脅。所以他們非常擔(dān)心，因?yàn)槟阒撇盟麄儯闱袛嗔斯?yīng)，他們就不能制造任何產(chǎn)品。
因此，那時(shí)中國(guó)的芯片需求激增，其他公司生產(chǎn)其他產(chǎn)品的需求也很旺盛。

然后，第三件事是我們遇到了一些真正的破壞性原因。早在2020年10月，日本半導(dǎo)體公司旭化成微系統(tǒng)（AKM），他們的工廠發(fā)生了火災(zāi)。他們是一家專業(yè)的芯片制造商，制造模擬和數(shù)字轉(zhuǎn)換器以及類似的東西，用于許多許多產(chǎn)品。所以，那里的火災(zāi)造成了很大麻煩。然后是德州的極寒天氣，恩智浦和三星的奧斯汀工廠都停產(chǎn)了。當(dāng)你切斷電力并關(guān)閉這樣的工廠時(shí)（它們消耗大量的電力），你不可能用簡(jiǎn)單的發(fā)電機(jī)讓它們繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，重啟需要幾個(gè)月的時(shí)間。然后在今年3月，日本瑞薩的工廠發(fā)生火災(zāi)，該工廠生產(chǎn)40%的車載微控制器。因此，在所有這些供需轉(zhuǎn)變的基礎(chǔ)上，你實(shí)際上是在幾個(gè)小公司中占用了很多產(chǎn)能。同樣，如果你沒有這些特定的芯片，就有麻煩了。

火災(zāi)發(fā)生的頻率是多少？我覺得因?yàn)楫?dāng)前的芯片短缺問題，每一次供應(yīng)鏈中斷的消息都異常讓人敏感。在一個(gè)正常的年份，會(huì)發(fā)生多少這樣的意外？

這是相對(duì)不尋常的。瑞薩現(xiàn)在的那家工廠就是在2011年日本東北部地震和海嘯期間遭受大規(guī)模破壞的工廠。實(shí)際上，在那次停產(chǎn)的幾個(gè)月后我拜訪過那個(gè)工廠。2011年當(dāng)時(shí)瑞薩工廠發(fā)生那樣的突發(fā)狀況時(shí)，豐田、日產(chǎn)和本田，通用的幾條生產(chǎn)線，甚至歐洲PSA生產(chǎn)線都受到了波及。他們召集了數(shù)萬人來修復(fù)工廠。但是，像豐田這樣的公司就會(huì)說：”哦，我們要從中吸取教訓(xùn)。“他們就從此就開始保有更多的芯片庫存。因此，直到最近，豐田也沒有像美國(guó)車廠那樣遭受重創(chuàng)。但一般來說，這類事是相對(duì)罕見的。