汽車行業(yè)能否跨越半導(dǎo)體“傻瓜的圍墻”？

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什么是“傻瓜的圍墻”

日本作家養(yǎng)老孟司的暢銷作《傻瓜的圍墻》中有這樣一句話：“我自動屏蔽自己不想知道的事情，這里存在一堵墻，而且，這是一堵“傻瓜的圍墻”。

我認(rèn)為，半導(dǎo)體領(lǐng)域也存在這種墻，并且數(shù)不勝數(shù)。曾經(jīng)是半導(dǎo)體技術(shù)人員的我，現(xiàn)在作為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的顧問，以一種對半導(dǎo)體通識的口吻來寫專欄，實(shí)際上，在自己的專業(yè)領(lǐng)域外，還有很多壁壘。而且，由于半導(dǎo)體行業(yè)非常復(fù)雜，我甚至認(rèn)為沒有一個人能夠真正理解這個行業(yè)。

半導(dǎo)體行業(yè)如此復(fù)雜，到處都是壁壘。從外行的視角來看，一定很難理解吧。因此，傻瓜的圍墻存在也是不得已的。

正因如此，汽車與半導(dǎo)體之間矗立著巨大的壁壘。但是，被稱為新四化的汽車正迎來百年一遇的變革。在產(chǎn)業(yè)鏈上，無法跨越半導(dǎo)體壁壘的汽車制造商會被淘汰。

在本文中，首先論述半導(dǎo)體業(yè)界中存在著怎樣的“傻瓜的圍墻”。接下來，由于半導(dǎo)體行業(yè)內(nèi)到處都有壁壘，所以行業(yè)內(nèi)外之間存在著巨大的差異。然后進(jìn)一步說明汽車與半導(dǎo)體之間的壁壘。在此基礎(chǔ)上，車企要想在新四化時代生存下去，就必須克服這道障礙。

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半導(dǎo)體的傻瓜圍墻

半導(dǎo)體是經(jīng)過設(shè)計(jì)、前道晶圓制造、后道封測這3個過程生產(chǎn)出來的。我是從事前道晶圓制造的精密加工技術(shù)出身，所以在設(shè)計(jì)和后道封測間，總覺得有巨大的障礙。

圖1 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)各部分之間的壁壘

例如，在2022年6月召開的VLSI研討會上，設(shè)計(jì)、電路、系統(tǒng)等“Circuit”話題和設(shè)備、工藝等的“Technology”話題同時進(jìn)行。

今年VLSI上，Circuit部分有116項(xiàng)，Technology有82項(xiàng)，合計(jì)198項(xiàng)發(fā)表。我主要通過點(diǎn)播收看Technology部分的演講，而Circuit部分幾乎沒聽。

對于前道工程出身的我來說，聽關(guān)于制造內(nèi)容相關(guān)的更加熟悉點(diǎn)（雖然是英語，仍有很多地方聽不明白），而關(guān)于設(shè)計(jì)方面的內(nèi)容就像聽天書。實(shí)際上，在設(shè)計(jì)領(lǐng)域有獨(dú)特的專業(yè)術(shù)語，而當(dāng)在普通演講中使用簡寫或縮略語來表達(dá)時，真的不知道在說什么。這里便存在一堵巨大的墻。

后道工序也是如此。圖2是顯示半導(dǎo)體封裝技術(shù)發(fā)展的PPT，從迭代路徑來看，到處都是縮略語，如DIP、SOJ、QFJ、SOP.。..。.后道工程的專家們，應(yīng)該是下意識地使用了這些略語吧。因此，在能夠理解這些略語的前提下，制作這些PPT并進(jìn)行演講。

圖2 半導(dǎo)體封裝技術(shù)的發(fā)展 但是，前道工序出身的我對這些略語一無所知，所以它出現(xiàn)的那一刻起便一頭霧水。也就是說，這里存在著巨大的“傻瓜的圍墻”。

而且，從設(shè)計(jì)者的角度看，前道和后道工序間也有一道墻，后道工序人員也在想，設(shè)計(jì)和前道之間是不是也有一道墻呢？

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前道工程中的“傻瓜圍墻”

我是前道晶圓制造出身，所以對這個領(lǐng)域更加了解。但是，光在晶圓制造上也存在著墻（圖3）。

圖3 前道工程的主要要素及壁壘

在前道工序中，晶圓表面形成薄膜，通過光線將電路圖案印刷到晶圓上，除去多余氧化膜，最后呈現(xiàn)電路圖的過程要進(jìn)行30-50次以上，在晶圓上同時形成約1000個芯片。此外，還有離子注入、熱處理、化學(xué)機(jī)械研磨等技術(shù)，整個工程數(shù)達(dá)500-1000道以上。

我在半導(dǎo)體行業(yè)工作的約16年的時間中，從事的是刻蝕技術(shù)，準(zhǔn)確地說是使用等離子體的干法刻蝕技術(shù)。在這個領(lǐng)域，我在2000年獲得了工學(xué)博士，所以自以為很清楚。

然而，盡管光刻和刻蝕被稱為“精密加工”，兩者之間卻存在巨大的壁壘。除此之外，在成膜、清洗、檢查等之間也存在著壁壘。以下將對光刻和干法刻蝕的壁壘進(jìn)行說明。

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光刻和干法刻蝕之間的傻瓜圍墻

首先，在半導(dǎo)體工廠的無塵室內(nèi)，只有光刻工藝由特殊的隔板隔開。該區(qū)域充滿了黃光，被稱為 “黃光區(qū)”，以防止光敏電阻被改變。僅僅這一點(diǎn)就使光刻區(qū)看起來無法進(jìn)入（事實(shí)上，我從未真正進(jìn)入過黃光區(qū)，或者說我從未被允許進(jìn)入）。

而將光刻膠暴露在光線下的曝光系統(tǒng)是非常昂貴和復(fù)雜的。目前，最先進(jìn)的EUV曝光系統(tǒng)每套成本高達(dá)180億日元?？紤]到發(fā)射一枚火箭的成本是100億日元，這設(shè)備貴得離譜。

一部分參與開發(fā)這種復(fù)雜而昂貴的曝光系統(tǒng)的光刻工程師認(rèn)為，干法刻蝕并不是他們所關(guān)心的問題。例如，他們會說：“如果我們不通過光刻技術(shù)形成抗蝕劑圖案，則干法刻蝕等后續(xù)工序?qū)o法完成”，或者 “一旦通過光刻技術(shù)形成圖案，晶體管就會自動制成”。

對于沉浸在這種思維中的光刻工程師（也許還有一些不是）來說，存在著一堵傻瓜圍墻。同時，反對這種高壓光刻技術(shù)，拒絕理解光刻技術(shù)的干法刻蝕技術(shù)者也有傻瓜圍墻。

光刻和干法刻蝕被稱為“微細(xì)加工”的兩個輪子，這兩者原本應(yīng)該相互合作，但卻出現(xiàn)了對立的情況（或者說，光刻工程師看不起干法刻蝕工程師）。也可以說，兩者之間有一堵傻瓜圍墻。

這已經(jīng)是距今20多年前的事了，但我們今天有時仍會聽到半導(dǎo)體工廠里有同樣的傻瓜圍墻?？磥?，傻瓜圍墻不會輕易消失。

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半導(dǎo)體行業(yè)內(nèi)部和外部 之間的傻瓜圍墻

正如前文所解釋的那樣，半導(dǎo)體行業(yè)內(nèi)部存在許多傻瓜圍墻。半導(dǎo)體是如此復(fù)雜和困難，因此，我認(rèn)為在半導(dǎo)體行業(yè)內(nèi)部和外部之間有一堵非常厚的圍墻（圖4）。我來介紹一些這樣的插曲。

圖4 半導(dǎo)體行業(yè)內(nèi)部和外部的圍墻

2021年新年伊始，半導(dǎo)體短缺使汽車無法生產(chǎn)。事實(shí)上不僅僅是汽車，半導(dǎo)體的短缺已導(dǎo)致各種產(chǎn)品都無法生產(chǎn)，包括智能手機(jī)、個人電腦、各種電器產(chǎn)品和游戲機(jī)。最重要的是，半導(dǎo)體的短缺使得半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備（例如成本為180億日元的EUV光刻設(shè)備）無法生產(chǎn)。更嚴(yán)重的是導(dǎo)致脈搏血氧儀等醫(yī)療設(shè)備無法再生產(chǎn)。

因此，在2000年后就被日本視為夕陽產(chǎn)業(yè)的半導(dǎo)體突然進(jìn)入人們的視線，突然出現(xiàn)了“半導(dǎo)體是戰(zhàn)略物資”、“加強(qiáng)半導(dǎo)體供應(yīng)鏈非常重要”、“半導(dǎo)體不是產(chǎn)業(yè)的大米，而是產(chǎn)業(yè)的心臟和大腦”等說法。

在此背景下，我于2021年6月1日作為半導(dǎo)體專家被眾議院邀請，就“回顧、分析、反省日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的過去，并在此基礎(chǔ)上對未來該怎么辦”進(jìn)行了15分鐘的意見陳述。

我對這一突然的要求感到頭疼。這是因?yàn)槲也坏貌辉诙潭?5分鐘內(nèi)向?qū)Π雽?dǎo)體一無所知的幾十名眾議院議員作上述發(fā)言。我為演講的內(nèi)容和PPT的準(zhǔn)備工作苦惱了兩個星期，也正是在這個時候，我切身感受到了行業(yè)內(nèi)外的巨大圍墻。

盡管如此，憑借智慧和聰明才智，還是準(zhǔn)備了一個PPT，并做了意見陳述。由于努力工作，這一意見陳述得到了很好的回應(yīng)。眾議院還向公眾提供了這一聲明的視頻，許多看過視頻的人都對其表示贊賞。

然而，就在我們以為松了一口氣的時候，新的困難開始了。

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電視臺和半導(dǎo)體之間的傻瓜圍墻

上述意見陳述的視頻一經(jīng)流傳，我就收到了來自電視和報(bào)紙等大眾媒體的大量采訪請求。幾乎所有的電視臺都發(fā)出了演出邀請，然而，卻不得不拒絕其中的大部分。一個典型的案例如下所示。

某家電視臺要求我在他們的一個節(jié)目中現(xiàn)場直播，并要求我在節(jié)目中做如下解釋。

“首先，請?jiān)?分鐘內(nèi)解釋一下什么是半導(dǎo)體；接下來，請?jiān)?分鐘內(nèi)解釋為什么會出現(xiàn)半導(dǎo)體的短缺；然后，在1分鐘內(nèi)解釋一下半導(dǎo)體短缺問題何時能得到解決。”

而且，在說明過程中，被要求完全不能使用前工序、晶體管、處理器等半導(dǎo)體的專業(yè)術(shù)語。

要滿足這一要求是不可能的（即使是眾議院的意見陳述也需要20多分鐘）。電視臺和其他機(jī)構(gòu)之所以要求完成這樣一個不可能完成的任務(wù)，是因?yàn)榘雽?dǎo)體太復(fù)雜和困難，以至于他們放棄自行了解半導(dǎo)體，把一切都扔給了我。

在一次又一次地遇到同樣的事情后，我開始相信，在外界（如電視臺）和半導(dǎo)體行業(yè)之間存在一堵巨大的傻瓜圍墻。

2021年4月15日，我在豐田汽車公司總部發(fā)表了題為“為什么汽車半導(dǎo)體短缺——原因分析及其對貴公司的建議”的演講。

我接到豐田汽車的熟人打來的電話，說“28nm的半導(dǎo)體短缺，有麻煩了，原因也不清楚”，決定進(jìn)行上述主題的演講。當(dāng)時，新冠疫情被宣布為緊急狀態(tài)，演講廳的聽眾縮小到10人左右，大多數(shù)聽眾通過電腦遠(yuǎn)程觀看。

我在演講中提到，“不應(yīng)將及時生產(chǎn)策略（Just In Time）應(yīng)用于無法靈活增加或減少產(chǎn)量的半導(dǎo)體”，“瑞薩等汽車半導(dǎo)體制造商將28nm及以后的先進(jìn)產(chǎn)品外包給臺積電，臺積電已成為供應(yīng)瓶頸”（圖5）。及時生產(chǎn)策略是豐田汽車的生產(chǎn)模式，它在需要時采購必要的零件。

圖5 汽車制造商和半導(dǎo)體制造商之間的障礙

然而，在會場的與會者中，一位前不久擔(dān)任采購部總經(jīng)理的高管告訴我：“我們公司沒有半導(dǎo)體短缺問題，為什么要關(guān)心Tier 1到芯片企業(yè)再到臺積電的三級外包？”

我問道：“你沒遇到麻煩嗎？那么，這次講座是干什么用的？” 并感到憤怒。與此同時，豐田汽車公司（前采購部總經(jīng)理）認(rèn)為半導(dǎo)體是被看不起的。簡而言之，豐田汽車（前采購總部總經(jīng)理）和半導(dǎo)體之間有一道愚蠢的墻。

在6天后的4月21日，我在半導(dǎo)體專業(yè)網(wǎng)站“EE Times Japan”上發(fā)表了一篇文章，題為“半導(dǎo)體短缺是‘just in time’造成的弊端，臺積電掌握著自動駕駛汽車的關(guān)鍵”。

在2021年5月，豐田汽車在財(cái)務(wù)業(yè)績發(fā)布會上提到，由于半導(dǎo)體短缺，汽車將減產(chǎn)，我在《日經(jīng)新聞》上讀到，汽車半導(dǎo)體的采購必須考慮年度計(jì)劃（而不是及時生產(chǎn)）。

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為什么汽車半導(dǎo)體短缺 沒有解決？

然而，即使到了2022年5月，在我演講過后一年多，汽車半導(dǎo)體短缺問題仍未解決，汽車無法制造。5個月后，到2022年10月底，盡管許多半導(dǎo)體供應(yīng)過剩，價(jià)格暴跌，半導(dǎo)體陷入衰退，但汽車半導(dǎo)體短缺問題尚未解決。

原因有很多，但首先我認(rèn)為汽車制造商的態(tài)度有問題。

接下來引用2022年8月18日商業(yè)雜志的拙稿，題為“汽車半導(dǎo)體短缺無法解決的原因是汽車制造商的態(tài)度問題”，以及2022年8月3日路透社報(bào)道《角度：半導(dǎo)體不足，與汽車企業(yè)間的力量關(guān)系發(fā)生地殼變動》有一段令人擔(dān)憂的記載：

世界最大半導(dǎo)體代工企業(yè)臺灣積體電路制造（TSMC）首席執(zhí)行官（CEO）魏哲家在最近的活動中表示，在汽車半導(dǎo)體嚴(yán)重短缺之前從未接到過汽車行業(yè)高管的電話，但過去兩年，他們給他打電話，表現(xiàn)得像他最好的朋友一樣，引來聽眾的笑聲。魏哲家透露，這些高管要求緊急訂購25片晶圓，但臺積電接單多以2.5萬片起跳。

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汽車制造商和半導(dǎo)體之間仍然存在傻瓜的圍墻

眾所周知，臺積電是世界尖端半導(dǎo)體代工企業(yè)，是壟斷全球半導(dǎo)體銷售額50%以上的大型企業(yè)。

誰會給臺積電的CEO打電話呢？考慮到臺積電的存在感，如果不是汽車制造商的社長就不合適了。但是，我認(rèn)為，可能是汽車制造商采購部門的科長，或者充其量是部長級別的職員給臺積電的CEO打了電話。（更何況，臺積電是第三級供應(yīng)商，這是不是在拼命地命令呢？）

此外，正如臺積電CEO所說，盡管臺積電的訂購單位至少為2.5萬片，但車廠提出的訂單數(shù)量僅為25片，這是最低訂單單位的千分之一。也就是說，他們完全不考慮世界上最大、最強(qiáng)的半導(dǎo)體代工廠的內(nèi)情，打了太不合常理的電話（也許從上往下看），難道算不上是“傻瓜的圍墻”嗎？

正如我在開頭所寫的那樣，汽車行業(yè)正在經(jīng)歷一個百年一遇的重大變革時期，稱為Connected（網(wǎng)絡(luò)化）、Autonomous（智能化）、Shared（共享化）和Electric（電氣化）。為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，大量的半導(dǎo)體是必不可少的。在這種情況下，那些不能超越半導(dǎo)體之間的愚蠢障礙的汽車制造商將被淘汰。

那么日本的汽車制造廠真的沒問題嗎？

審核編輯 ：李倩