С недостига на чипове все още е сложно и през 2022 г.
Могат ли производителите на чипове да се справят достатъчно бързо, за да решат проблема с недостига на чипове през 2022 г.?
Automotive News
Глобалният недостиг на микрочипове коства на автомобилната индустрия милиони загубени превозни средства и милиарди пропуснати приходи миналата година. Според последните оценки проблемът продължава и през първата половина на 2022 г.
За да се разбере защо проблемът сега се разтяга през втората си година и защо спешността на индустрията да го поправи не даде резултати, трябва да се разгледа по-отблизо защо всичко е толкова сложно.
Европейският доставчик на чипове STMicroelectronics, френско-италиански производител на полупроводници, който е вторият по големина в Европа след германския Infineon, се движи агресивно, за да се справи със световния недостиг. STM инвестира до 3 милиарда долара в новия си завод за производство в Аграте, Италия, близо до Милано.
Работник в STMicroelectronics държи пластина с множество микрочипове
Но полупроводниковите инсталации са бавни за изграждане, изключително скъпи, сложни за работа и в сравнение с производствените линии за масово производство, с които автомобилните производители са свикнали, са само скромни в производството си. Аграте не е изключение.
Заводът за превозни средства обикновено работи на две производствени смени, пет дни в седмицата, за общо 10 смени. Този брой може да бъде увеличен до 21 смени, ако автомобилният производител трябва да увеличи производството чрез добавяне на нощни смени и смени през уикенда.
За сравнение, заводите за чипове на STM работят 24 часа в денонощието, 365 дни в годината, оставяйки малко или никакво място за увеличаване на производството.
Нов завод за автомобили може да премине от новаторски до стартиране на производството за две години и да достигне пълен капацитет само за шест месеца. Същият процес в завод за чипове отнема до пет години.
И докато са необходими 15 до 30 часа, за да се построи превозно средство, са необходими пет месеца, за да се произведе, опакова и изпрати чип до автомобилен производител за инсталиране в превозно средство.
Добрата новина е, че в отговор на световния недостиг, производителите на чипове ускориха темпа си на инвестиции, за да отговорят на нуждите на автомобилната индустрия. Кризата наложи по-директна комуникация между производителите на автомобили и производителите на чипове. И това донесе у дома нагласата, че заводите за чипове трябва да могат да предоставят микрочипове, които могат да отговорят на по-напредналите технологични изисквания на превозните средства, които ще бъдат напълно или частично електрически и постоянно свързани.
Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., или TSMC, започна изграждането на фабрика за чипове в Аризона през юни. Тази компания, която доставя почти една четвърт от световните чипове, планира да похарчи 12 милиарда долара за новия проект в САЩ. Но ще мине 2024 г., преди да започне да дава чипове. Съобщава се, че TSMC също обсъжда възможността за изграждане на нов завод в Германия.
В същото време южнокорейският лидер в областта на електрониката Samsung сега планира да инвестира 17 милиарда долара в нов завод за чипове в Тексас. А американският производител на чипове Intel започна през септември разширяване на капацитета на чипове на стойност 20 милиарда долара в Аризона.
За да подобри доставките на чипове, STM изгражда завод, който ще позволи на доставчика да увеличи броя на чиповете на пластина, като същевременно подобрява производителността на процеса.
Производството на чипове се случва в силно автоматизирани заводи, понякога наричани фабрики, които вземат силициеви пластини и ги трансформират в хиляди полупроводникови чипове.
Готовите чипове се тестват и „опаковат“ в по-нискотехнологични заводи, където много служители изпълняват повече ръчни задачи. Тези заводи често се намират в развиващите се страни.
Размерите на чипа варират от 1 кв. мм до 4 кв. см.
Диаметърът на вафлите варира от 150 до 300 mm (6 до 12 инча).
Характеристиките, вградени в чипа, се измерват в нанометри. Един нанометър е 1-милионна от милиметъра (човешкият косъм има диаметър 1/10-та от милиметъра).
Цената на всеки чип варира от 30 цента до $50 или повече. Повечето автомобилни приложения са в долния край и струват по-малко от $1.
Броят на чиповете в превозното средство варира от 1000 до 4000. Премиум моделите имат повече чипове и броят им нараства с всяка допълнителна опция, особено усъвършенстваните системи за подпомагане на водача.
Шефът на производството и качеството на STM, Орио Белеца, казва, че новата фабрика ще разчита в голяма степен на автоматизация, което значително намалява нуждите от персонал. Компанията започна да инвестира в новия завод през 2018 г., преди индустрията да бъде уловена от срива на недостига и доставките през 2021 г. STM се зае с проекта както за да бъде в крак с прогнозираното увеличение на търсенето, така и да подобри собствената си производствена ефективност.
Фазата на строителство е дълга, а в Аграте тя беше по-дълга от обикновено. Заводът се строи на терен, където по-старите промишлени сгради първо трябваше да бъдат преместени. Свързаните с пандемията оперативни проблеми добавиха допълнителни забавяния в графика.
Фазата на строителство е почти завършена и новият завод току-що получи първата партида машини за така наречената чиста стая, която е голяма колкото футболно игрище. Чистата стая е мястото, където силиконовите пластини се превръщат в чипове.
Белеца каза, че първата вафла ще бъде произведена до края на първото тримесечие на 2022 г., като обемното производство ще започне в края на 2022 г. Чиповете се произвеждат масово в силициеви пластини. Една вафла съдържа до 1000 чипа.
Но автомобилните клиенти, които изискват по-дълъг процес на квалификация за своите полупроводници, ще трябва да изчакат до края на 2023 г., за да получат чипове от новия завод.
След това, започвайки през 2024 г., STM ще започне да разширява новата фабрика – почти удвоявайки чистото си помещение от 91 000 квадратни фута до 161 000 квадратни фута, в зависимост от бъдещото търсене. STM очаква разширяването да отнеме до 2025 или 2026 г.
Новият завод на STM е в процес на изграждане от 2018 г.
След като първата производствена фаза на Аграте бъде завършена през 2024 г., инвестициите в завода ще достигнат 2 милиарда долара. Цифрата ще нарасне, тъй като компанията изгражда допълнителни производствени модули, за да увеличава постепенно капацитета в съответствие с търсенето на пазара, каза Белеца.
Новата фабрика ще бъде изцяло автоматизирана и ще наеме между 700 и 800 оператори в първата фаза, а след това и допълнителни работници, когато се добави повече чисто пространство в стаята, каза Белеца. За сравнение, съществуващият завод на STM наема 1400 оператора и има обща работна сила от 2400 души, включително персонал по качество, логистика, поддръжка и част от производствения персонал.
Но надграждането не оставя другите нужди на автомобилната индустрия без внимание. Сегашният завод на STM произвежда чипове за въздушни възглавници, навигационни системи и влизане без ключ. Продукцията на завода ще включва чипове за аналогови и радиочестотни продукти за превозни средства с надеждата за облекчаване на натрупванията, създадени от недостига.
Един момент, който обърква стремежа към повече капацитет, е, че клиентите на чипове се движат в две противоречиви посоки.
За индустрията на потребителската електроника и персоналните компютри два ключови фактора, променящи производството на чипове, са миниатюризацията и повишената ефективност. Но за автомобилните клиенти факторите са дълголетието и способността да работят при екстремни условия. Отчасти затова Европа, където делът на производството на чипове за автомобилите е по-висок, отколкото в други части на света, няма заводи в сектора на миниатюризацията, което означава под 10 нанометра. Един нанометър се равнява на една милиардна от метъра и колкото по-ниско е числото, толкова по-добре, тъй като по-малкото разстояние между транзисторите на централния процесор подобрява ефективността.
Най-модерният завод на STM е 28-нанометров завод в Кролес, Франция, където се произвеждат чипове за редица автомобилни приложения, включително процесори за зрение за Mobileye и микроконтролери от следващо поколение.
