據(jù)彭博社報道焙逝，半導體短缺正打擊汽車制造商和科技巨頭。從美國到歐盟再到中國话弹，都對此發(fā)出了警鐘年笋。半導體的緊縮對政策制定者、客戶和投資者提出了一個問題：為什么我們不能制造更多的半導體味专？

關于這個問題雌她，簡單的回答是“制造芯片非常困難，而且越來越難数荤≌茫”“這不是火箭科學，這要困難得多阴戚√染模”行業(yè)如此戲稱。

更為復雜的答案是相速，建造半導體制造設施要花費數(shù)年時間數(shù)十億美元碟渺，而且如果制造能力落后于競爭對手鲜锚，將會面臨失敗突诬。前英特爾公司老板克雷格·巴雷特（CraigBarrett）曾如是稱“微處理器是人類制造過的最復雜的設備”。

這就是為什么國家要實現(xiàn)半導體自給如此困難的原因芜繁。中國在最新的五年計劃中將芯片獨立性視為國家的首要任務旺隙，而美國總統(tǒng)拜登則誓言要通過復興國內(nèi)制造業(yè)來建立安全的美國供應鏈绒极。甚至歐盟也在考慮采取措施制造自己的芯片。但是沒有誰能保證成功蔬捷。

制造芯片通常需要三個月以上時間垄提，其中涉及大型工廠、無塵室周拐、價值數(shù)百萬美元的機器铡俐、熔融錫和激光。最終目標是將硅片（一種從普通沙子中提取的元素）轉(zhuǎn)變成數(shù)十億個稱為晶體管的微小開關的網(wǎng)絡妥粟，這些開關構成電路的基礎审丘，最終將使電話，計算機犀进，汽車嵌鳖，洗衣機或衛(wèi)星得以成功運轉(zhuǎn)。

精細而復雜的芯片

芯片公司試圖將更多的晶體管封裝到芯片中膊节，以提高性能并提高設備的電源效率及裂。英特爾的第一個微處理器4004于1971年發(fā)布，僅包含2300個晶體管原拉，其節(jié)點尺寸為10微米嘀矢。但是在接下來的幾十年中，英特爾無可爭議的領導地位在2015年至2020年間結束燃圾，其競爭對手臺積電和三星電子開始制造具有更好晶體管的芯片：尺寸更小至5納米或十億分之一米的芯片（相比之下龟栗，人的平均頭發(fā)是100,000納米寬。）

比手術室更清潔的環(huán)境

在將硅放入芯片制造機中之前弧泊，首先需要一個無塵室焰醇。單個晶體管比病毒小很多倍。僅有一小點灰塵會造成嚴重破壞近们，并浪費數(shù)百萬美元的精力腿扒。為了減輕這種風險，芯片制造商需要將其機器安置在基本上沒有灰塵的房間中术瓮。

為了維持這種環(huán)境康聂，空氣不斷被過濾，只有很少的人進入胞四。如果在芯片生產(chǎn)線上出現(xiàn)一兩個以上的工人（從頭到腳包裹在防護設備中）恬汁，這可能表明出現(xiàn)了問題。即使采取了所有這些預防措施辜伟，也不能保證硅片也不會被人觸摸或暴露在空氣中氓侧。

原子級制造

芯片由多達100層材料組成，將它們沉積导狡，然后部分去除约巷，以形成連接所有微小晶體管的復雜三維結構偎痛。其中一些層只有一個原子薄。由應用材料独郎、泛林集團和東京電子制造的機器需要處理許多變量踩麦，例如溫度、壓力以及電場和磁場氓癌，才能實現(xiàn)這一目標谓谦。

該過程中最困難的部分之一是光刻，它由ASML制造的機器處理她蛉。ASML的設備使用光將圖案燃燒成沉積在硅上的材料翎襟，這些圖案最終成為晶體管。這一切都是在很小的規(guī)模上發(fā)生的镊僚，當前使之起作用的方法是使用極紫外光寿针，這種光通常僅在太空中自然發(fā)生。為了在可控的環(huán)境中重現(xiàn)這種情況镰钦，ASML用激光脈沖對錫的熔融液滴進行打磨径卜。當金屬蒸發(fā)時，它會發(fā)出所需的EUV光箫驻。但是芽茄，這還不夠，最后還需要鏡子以將光聚焦到更薄的波長绍挤。

復雜的經(jīng)濟學

芯片廠每周7天章神，每天24小時不間斷運行。他們這樣做出于一個原因：成本籽榕。建立一個入門級工廠每月生產(chǎn)5萬片晶圓的成本約為150億美元爷耀。其中大部分都花在了專用設備上，該市場在2020年的銷售額首次超過600億美元拍皮。

大部分投資由英特爾歹叮，三星和臺積電三家公司承擔。也因此铆帽，他們的工廠更先進咆耿，據(jù)悉每個工廠的成本超過200億美元。臺積電今年將在新工廠和設備上花費高達280億美元爹橱。相比之下萨螺，美國政府試圖通過一項支持國內(nèi)芯片生產(chǎn)的法案，但這項立法將在五年內(nèi)僅提供500億美元愧驱。

然而慰技，即便花費大量資金來建造大型設施，這些設施在五年或更短的時間內(nèi)就會過時。為了避免虧損惹盼，芯片制造商必須從每個工廠產(chǎn)生30億美元的利潤。但是惫确，當前只有最大的公司诅鹰，尤其是前三家公司合計創(chuàng)造了1,880億美元的收入，也只有他們才有能力建造多個工廠流沦。

數(shù)據(jù)顯示笋骡，英特爾，三星和臺積電在2020年產(chǎn)生的收入幾乎相當于其后12家最大的芯片制造商的總和邢窜。

晶圓制造行業(yè)的殘酷經(jīng)濟狀況意味著很少的公司可以負擔得起叮盲。當前，每年出貨約14億部智能手機處理器中丘隙，大多數(shù)由臺積電生產(chǎn)只忿。英特爾則擁有80％的計算機處理器市場，三星在存儲芯片中占主導地位伶离。因此禾膀，對于包括中國在內(nèi)的所有人來說，闖入并不容易诺教。

（彭博社）

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