(408) 844-7100 芯片短缺问题越来越严重。为什么我们不能制造更多芯片？
彭博社
2021 年 5 月 5 日
半导体的短缺正在打击汽车制造商和科技巨头，从华盛顿到布鲁塞尔再到北京都在敲响警钟。这种紧缺给政策制定者、客户和投资者提出了一个根本性的问题：为什么我们不能生产更多的芯片？
答案既简单又复杂。简单的答案是，制作芯片非常困难，而且越来越困难。
"这不是火箭科学，而是难上加难"，这是业界的一个内部笑话。
更复杂的答案是，建造半导体制造设施需要数年时间和数十亿美元--即便如此，经济效益也是如此残酷，如果你的制造技术比竞争对手稍逊一筹，你就会输掉比赛。英特尔公司前老板克雷格-巴雷特（Craig Barrett）称其公司的微处理器是人类有史以来最复杂的设备。
这就是为什么各国在实现半导体自给自足方面面临如此大的困难。中国在其最新的五年计划中将芯片自主作为国家的首要任务，而美国总统乔-拜登则发誓要通过振兴国内制造业来建立安全的美国供应链。就连欧盟也在酝酿自制芯片的措施。但是，成功的希望渺茫。
制造一块芯片通常需要三个多月的时间，涉及巨型工厂、无尘室、价值数百万美元的机器、熔锡和激光。最终目标是将硅片--一种从普通沙子中提取的元素--转化为由数十亿个被称为晶体管的微小开关组成的网络，构成电路的基础，最终赋予电话、电脑、汽车、洗衣机或卫星重要的功能。
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芯片由多达 100 层的材料组成。这些材料经过沉积，然后部分去除，形成复杂的三维结构，将所有微小的晶体管连接起来。其中有些层只有一个原子那么薄。应用材料公司（Applied Materials Inc.）、林研究公司（Lam Research Corp.
光刻是这一过程中最困难的部分之一，由 ASML Holding NV 制造的机器负责。该公司的设备利用光将图案刻录到沉积在硅上的材料中。这些图案最终成为晶体管。这一切都发生在如此小的范围内，目前使其工作的方法是使用极紫外光，而这种光通常只在太空中自然出现。为了在受控环境中重现这一过程，ASML 机器用激光脉冲照射熔融的锡滴。当金属蒸发时，就会发出所需的极紫外光。但这还不够。还需要反射镜将光聚焦成更细的波长。
负担沉重的经济学
芯片厂每周 7 天、每天 24 小时运转。这样做的原因只有一个：成本。建设一家每月生产 50,000 片晶圆的入门级工厂大约需要 150 亿美元。其中大部分都花在了专用设备上--2020 年，这个市场的销售额首次超过了 600 亿美元。
重型
英特尔（Intel）、三星（Samsung）和台积电（TSMC）三家公司占据了大部分投资。它们的工厂更为先进，每家耗资超过 200 亿美元。今年，台积电在新工厂和设备上的投入将高达 280 亿美元。相比之下，美国政府正试图通过一项支持国内芯片生产的法案。该法案将在五年内提供 500 亿美元。
一旦花费巨资建造巨型设施，这些设施在五年或更短的时间内就会过时。为了避免亏损，芯片制造商必须从每个工厂获得 30 亿美元的利润。但现在只有最大的公司，特别是去年总收入达 1880 亿美元的前三大公司，才有能力建造多个工厂。
这样做的次数越多，效果就越好。产量--没有被丢弃的芯片的百分比--是关键的衡量标准。低于 90% 就是问题。但是，芯片制造商只有不断吸取昂贵的教训，并在此基础上不断发展，才能超过这一水平。
该行业残酷的经济状况意味着越来越少的公司有能力跟上时代的步伐。每年出货的约 14 亿个智能手机处理器中，大部分由台积电制造。英特尔占据了 80% 的计算机处理器市场。三星在内存芯片领域占据主导地位。对于包括中国在内的其他国家来说，要想打入市场并非易事。