2021年的關鍵詞，絕對少不了芯片。

這一年，全球芯片危機導致行業損失數百萬輛汽車和數十億美元收入。最近預測數據顯示，這一問題還將延續到2022年上半年。

為什么芯片問題如此復雜？為什么這個問題會持續到下一年？為什么行業如此急于解決這個問題，卻沒有產生什么效果？或許這里能找到部分答案。

作為歐洲第二大芯片制造商，意法半導體（STMicroelectronics）正用實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。意法半導體是一家法國和意大利合資的半導體制造商，在歐洲規模僅次于德國的英飛凌（Infineon）。

不過，半導體工廠建設并不容易。這種工廠不僅建設緩慢、成本高昂，而且運營復雜。更重要的是，與汽車制造商的大規模生產流水線相比，它們產量有限。意法半導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，意法半導體現在（或建成后）的芯片工廠一年365天、每天24小時都在運轉，幾乎沒有提升產量的空間。

另一方面，一家新汽車工廠從開工到投產需要2年時間，并在短短6個月內達到滿負荷運轉。而同樣的過程，對芯片工廠來說，需要長達5年時間。

此外，制造一輛汽車需要15－30個小時，而芯片的生產、包裝和運輸，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，為應對全球芯片短缺，芯片制造商已經加快投資步伐，以滿足汽車行業需求。同時，這場危機迫使汽車制造商和芯片制造商之間進行更直接的溝通。

它讓我們認識到，芯片廠應該能夠提供微芯片，以滿足汽車更先進的技術要求。

投資不菲，投產更長

今年6月，臺積電（TSMC）在美國亞利桑那州投資120億美元，建設一家芯片工廠。全球近1／4芯片都由臺積電供應。但這家芯片工廠真正投產，則要等到2024年。有報道稱，臺積電正在討論在德國建造新晶圓廠的可能性。

與此同時，韓國電子產品巨頭三星公司，計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200億美元擴大芯片產能。

為改善芯片供應情況，意法半導體正在建造一個12英寸晶圓廠，提高工藝生產率的同時，將每片晶圓芯片數量增加2．4倍。

意法半導體制造和質量主管奧利奧·貝勒澤（Orio Bellezza）表示，新工廠嚴重依賴自動化，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年芯片短缺和供應鏈危機。但意法半導體當初啟動這個新工廠，目的是滿足其預測的需求增長，也為提高制造效率。

建設階段耗時很長，放在阿格拉特這個地方，比通常更長。因為這座工廠的建設，不得不等待這塊土地上舊工業建筑搬遷。同時，與疫情有關的運作問題進一步導致進度延誤。

建設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，2022年年底開始批量生產。芯片用硅片大規模生產，一塊晶圓可以生產約1000個芯片。

不過，汽車客戶的芯片需要更長驗證程序，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，意法半導體將開始擴建新的晶圓廠——根據未來需求，將91000平方英尺的無塵室擴大近一倍，至161000平方英尺，預計擴建將持續到2025年或2026年。

等到2024年阿格拉特工廠第一個生產階段完成，其投資將達到20億美元。在貝勒澤看來，隨著公司建立額外生產模塊以逐步增加產能，這一數字還會上升。

新晶圓廠完全自動化。第一階段將雇傭700－800名操作員，當增加更多無塵室時再增加額外工人。相比之下，意法半導體現有工廠1400名，加上質量、物流、維修和一些生產人員，員工總數為2400人。

但升級到12英寸的晶圓廠，并不意味著舍棄汽車行業其他產品需求。意法半導體目前的8英寸芯片廠為安全氣囊、導航系統和無鑰匙進入系統生產芯片。該工廠產品包括汽車模擬和射頻產品芯片，希望能緩解因供應短缺造成的訂單積壓。

芯片制造商的困惑

擴大產能道路上，有一點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。

對消費電子和電腦行業來說，改變芯片生產的兩個關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行能力才是關鍵。

這部分解釋了為什么在歐洲汽車芯片生產份額高于世界其他地區，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，因為中央處理器中晶體管之間的距離越短，效率越高，所以這個數據越小越好。

意法半導體最先進工廠是位于法國克萊羅的28納米芯片工廠，在那里生產的芯片用于多種汽車應用，包括視覺處理器和下一代微控制器。

意法半導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技術的需求確實存在。目前，意法半導體的歐洲本土市場還沒有這種需求。

投資的高風險

國際咨詢公司科爾尼（Kearney）在一份市場展望報告中寫道，當前的應用構建在成熟的工藝節點之上，隨著時間推移，將轉向更高級的節點。這純粹是因為，更先進的節點對任何半導體應用都具有優勢。例如，降低功耗、提高密度等。

然而，過去十年間，意法半導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35000塊晶圓，前期投資成本高達200億美元。

結果是，意法半導體目前只有不到12家具備這種能力的工廠在運營，散布在美國、以色列、韓國和中國臺灣等地。這些國家和地區有生產10納米節點或更少的晶圓廠。

投資的高風險一直是個問題。

1998年，歐洲的半導體產量占全球的22％。行業協會數字歐洲（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愿意引入“更有利的商業環境”。

科爾尼認為，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“芯片法案”（Chips Act），以促進本地芯片的研發和生產，目標是將歐盟份額提高到20％。

一個可能的障礙是——在芯片生產階段，歐盟的競爭規則禁止使用國家援助來遞延成本。只有研究和試點生產階段才可以獲得激勵。

預計正式指令將于2022年提出。這一規則的任何更改，都將得到所有27個歐盟國家的批準。

尋找新路徑

與此同時，一些行業人士正在通過采取不同措施，尋找解決芯片產能危機的方法。

意法半導體汽車部門主管馬爾科·蒙蒂（Marco Monti）在接受Automotive News采訪時表示，越來越多的汽車制造商和一級供應商正在重新設計汽車芯片，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，芯片制造商被嚴格視為二級供應商，它們向一級供應商如博世或法雷奧提供產品。這些一級供應商為汽車制造商生產更大的零部件。

戴姆勒集團負責采購的高管馬庫斯·舍費爾（Markus Sch?fer）表示，戴姆勒集團正在直接與芯片供應商談判，其中包括中國臺灣晶圓生產商。

大眾汽車集團首席執行官赫伯特·迪斯（Herbert Diess）也曾表示，他們與亞洲制造商建立了“戰略伙伴關系”。

鑒于此，2022年的問題將是——采購程序、技術和芯片生產流程這些變化，多久可以給汽車行業帶來寬慰？