2021年，芯片短缺使汽车工业损失了数百万辆汽车的产量和数十亿美元的收入。根据最新的估计，这一问题将持续到2022年上半年。

为了更好地了解这个问题的根本原因，以及它为何会持续存在，《欧洲汽车新闻》11月访问了意法半导体（ST Microelectronics，简称STM）位于米兰附近阿格拉特的两家制造厂。

典型的汽车装配厂和STM的芯片工厂（这两家工厂一个在运营，一个在建设）之间的差异是惊人的。

一家汽车厂通常两班生产，每周5天，总共10班。如果汽车制造商需要通过增加夜班和周末班来提高产量，这一数字可能会增加到21个。

STM的工厂已经或即将完工，一年365天，每天24小时运转，几乎没有提高产量的灵活性。

一家新汽车厂可以在两年内从奠基发展到投产，并在短短六个月内达到满负荷生产。

在芯片工厂，同样的过程需要长达5年。

制造一辆汽车需要15到30个小时，生产、包装和运输芯片到汽车制造商并安装在汽车上需要5个月。

以上是坏消息。

好消息是，危机迫使汽车制造商和芯片制造商之间进行更直接的沟通。还需要强调的是，欧洲的晶圆厂至少在中期能够提供满足汽车先进技术要求的芯片，这些汽车将完全或部分电动，并持续保持网络互联。为了实现这些目标，芯片制造商在过去几年里加快了投资步伐。

STM的新工厂

STM的制造和质量主管奥利欧·贝勒扎（Orio Bellezza）表示，该公司的新工厂将严重依赖自动化，这大大减少了人员需求。

2018年，STM开始投资其位于意大利米兰附近的新制造厂，以跟上需求的预期增长，并提高制造效率。

STM的芯片工厂位于意大利米兰附近，有2400名员工，不间断地运营

建筑施工阶段通常是耗时最长的，因为它需要当地政府的许可。在阿格雷特的工厂所用的时间更长，因为新的工厂是所谓的“棕地”（待重新开发的城市用地），旧的工厂建筑必须首先搬迁。然后，新冠疫情又增加了延误。

建设阶段几乎已经完成，新工厂刚刚收到了第一批机器，用于建造一个足球场那么大的无尘室。无尘室是将硅晶圆加工成芯片的地方。

STM制造和质量主管贝勒扎表示，第一块晶圆将在“2022年第一季度末”生产，并将在2022年底开始批量生产。芯片是用硅晶圆生产的。单个晶圆可生产多达1000个芯片。

汽车客户需要更长的半导体认证程序，他们将不得不等到2023年底才能从新工厂获得芯片。

贝勒扎表示，从2024年开始，STM将开始扩建新晶圆厂。根据未来的需求，其中一个关键部分是将目前8500平方米的无尘室面积增加近一倍，达到15000平方米。STM预计在2025-26年完成扩建。

考虑到市场上的巨额资金，芯片制造商通常会分阶段进行投资。贝勒扎说，建筑和基础设施阶段是最便宜的，只需要几亿美元。

一旦阿格雷特新工厂的第一个生产模块在2024年完成，该工厂的投资将达到20亿美元。贝勒扎说，随着我们建立更多的模块，根据市场需求逐步增加产能，这一数字还会上升。

贝勒扎表示，新工厂将采用完全自动化的传送带，第一阶段将雇用700至800名操作员，随着增加更多的无尘室空间，还会有更多操作员。相比之下，STM现有工厂拥有1400名操作员，2400名员工中还包括质量、物流、维护和一些生产职能人员。

巨大的投资

意法半导体正在为其位于米兰附近的新工厂投资30亿美元。意法半导体是仅次于德国英飞凌的欧洲第二大半导体制造商，它认为新晶圆厂的关键优势是可以将每块晶圆生产的芯片数量增加2.4倍，同时提高工艺生产率。

汽车客户必须等到2023年底才能从STM的新工厂获得芯片，该工厂自2018年以来一直在建设中

STM8英寸晶圆厂的产品包括用于汽车应用的芯片，如安全气囊、导航系统和无钥匙系统。新晶圆厂的产品将包括用于汽车模拟和射频产品的芯片，希望以此缓解短缺。

新工厂将能够制造节点尺寸与目前的8英寸工厂相当的电路，与目前行业领先者达到的微型化程度相差甚远；该公司在2015年左右决定退出竞争，不再生产电路微型化程度更高的芯片。

这一决定背后的主要原因是巨大的前期投资成本：根据咨询公司科尔尼的数据，单个晶圆厂每月可生产3.5万块5纳米节点晶圆，前期投资成本高达180亿欧元。芯片（或单个器件）上的晶体管之间的距离用纳米表示，取决于光刻设备和工艺。

因此，据咨询公司科尔尼的说法，在美国、以色列、韩国和中国台湾等地，只有不到12家具备这种生产能力的工厂在运营。

这些地方的晶圆厂生产10纳米或10纳米以下节点的晶圆。1纳米等于1米的十亿分之一，数字越小越好，因为中央处理器中晶体管之间的距离越短，效率就越高。

微型化和效率是消费电子和个人电脑行业的关键因素，而汽车客户则看重寿命和在极端条件下运行的能力等因素。这也是欧洲没有10纳米以下晶圆厂的部分原因，欧洲的汽车芯片生产份额高于世界其他地区。

STM最先进的工厂是位于法国Crolles的28纳米芯片工厂，该工厂生产的芯片用于许多汽车应用，包括为英特尔子公司Mobileye生产的视觉处理器和下一代微控制器。STM还设计和销售许多几何尺寸小到纳米的产品，这些解决方案由亚洲的第三方代工厂制造。

虽然STM的汽车客户并没有要求它建造10纳米或以下的晶圆厂，但对这种技术水平的需求是存在的，而欧洲没有这样的需求。

“今天构建在成熟节点半导体上的应用，将随着时间的推移转向更先进的工艺节点，这纯粹是因为更先进的节点技术对任何半导体应用都具有优势；例如，降低功耗、提高密度等等。”科尔尼在一份报告中说。

据科尔尼称，在欧洲投资5纳米晶圆厂的潜在长期成本比韩国高33%，比中国台湾高43%。据估计，80%的差距是由于后者这些政府提供的慷慨激励。

9月，欧盟委员会介入，提出了“芯片法案”，以促进研究和本地生产，目标是将欧盟的份额恢复到20%。一个可能的障碍是，欧盟竞争规则禁止在芯片生产阶段使用国家援助来推迟成本，只允许对研究和试点生产进行奖励。

欧盟预计将在2022年正式提出一项指令，但规则的任何改变都需要得到所有27个欧盟国家的批准。

替代方案

2021年9月，STM的汽车部门主管马可·蒙提（Marco Monti）表示，越来越多的汽车制造商和一级供应商正在重新设计汽车芯片，比如电子控制单元，以获得更灵活的解决方案，也可以在12英寸的晶片厂生产。

此外，为解决芯片危机寻找替代方案的汽车制造商已经开始直接从制造商那里购买电脑芯片。

这是一个很大的变化，因为就在不久前，芯片制造商还被视为二级供应商，向罗伯特·博世或法雷奥等一级供应商提供产品，为汽车制造商制造更大的零部件。

戴姆勒采购经理马库斯·夏弗尔（Markus Schäfer）表示，梅赛德斯-奔驰母公司直接与包括中国台湾晶圆生产商在内的芯片供应商进行谈判。

大众汽车集团首席执行官赫伯特·迪斯（Herbert Diess）表示，他的公司现在与亚洲制造商建立了“战略伙伴关系”。

STM的总裁兼首席执行官让-马克·奇瑞（Jean-Marc Chery）证实，汽车制造商现在越来越多地要求芯片制造商生产什么，向一级供应商交付什么。

现在预测欧盟的举措将如何发挥作用还为时过早。可以肯定的是，汽车制造商今年已经能够解决一些与芯片相关的关键挑战，但他们仍将不得不在2022年应对这种短缺。

关于半导体要知道的7件事

芯片生产的核心是高度自动化的工厂，这些工厂有时被称为晶圆厂，它们将硅晶圆转化成数以千计的半导体芯片。

成品芯片在技术含量较低的工厂进行测试和“封装”，许多员工在那里执行更多的手工任务。这些工厂通常位于发展中国家。

每个芯片的尺寸范围从1平方毫米到4平方厘米。

晶圆的直径范围为150至300毫米。

嵌入在芯片上的单一特征的微型化已经达到了几纳米的规模。一纳米是一毫米的百万分之一（人类头发的直径是一毫米的十分之一）。

每块芯片的价格从30美分到50美元不等，甚至更多。大多数汽车应用都是低端的，成本不到1美元。

一辆车上的芯片数量从1000到4000个不等。高级车型有更多的芯片，而且芯片的数量随着每一个额外选项而增加，尤其是高级驾驶辅助系统。

阿格雷特工厂的关键数字

3个月——每个硅晶圆的生产过程

180000——任何时间段正在生产中的晶圆数

500——每个芯片的生产步骤（最长耗时12小时）

900——芯片生产所需的机器

50——每个芯片所需的光刻层硅氧化物、铝和其他材料

2000——8英寸晶圆日产量

多至1000——每片晶圆生产的芯片数

资料来源：意法半导体公司