搭建弹性产链：台湾一个晶圆厂中断10天，整个半导体产业链受伤1年

2022-11-03 11:59:53

来源
哈佛商业评论

行业观察

台湾的半导体制造厂（fab）短暂中断10天，可能会导致整个供应链持续近一年的一系列额外中断。

原文名称：修复美国半导体供应链

Covid-19 大流行的挥之不去的影响之一是全球半导体短缺。它引发了政府和公司采取行动，以防止此类短缺再次发生。但麻省理工学院和电装进行的研究表明，仅靠扩大美国半导体制造设施的数量是不够的。渡过难关并防止未来出现类似短缺所需的其他步骤包括：关注弹性，而不仅仅是生产能力;不要只关注先进的芯片;采取措施充分利用现有供应;并建立通用芯片标准。

搭建弹性产链：台湾一个晶圆厂中断10天，整个半导体产业链受伤1年

全球半导体的持续短缺促使世界各地的政府和芯片制造商采取行动扩大生产，防止此类短缺再次发生。但在制定计划时，他们应该包括确保未来计算机芯片供应链具有弹性的措施。我们与总部位于日本的全球汽车零部件制造商电装公司进行的一项研究强调了半导体供应链对中断的脆弱性。我们发现，台湾的半导体制造厂（fab）短暂中断10天，可能会导致整个供应链持续近一年的一系列额外中断。

我们研究的目的是了解半导体供应链的弹性，并确定公司和联邦政府可以采用的策略来改进它。为此，我们建立了一个模型，一个供应链的数学描述，使我们能够模拟供应链中断及其在整个价值链中的连锁反应。

绝大多数半导体晶圆厂位于台湾、中国大陆和韩国。一批芯片的生产提前期——从晶圆厂开始生产到完成的时间——从20天到60天不等，具体取决于工厂和集成电路的复杂性。这些芯片随后被运往组装和测试设施，几乎所有这些设施都在亚洲，以生产各种组件;这些过程可能需要 30 到 40 天。最后，组件用于各种零件、模块和系统（例如，车辆的车身控制模块、电子照明模块、无钥匙进入系统、逆变器、制动器、动力转向和信息娱乐系统），然后将其组装成成品。这意味着，从晶圆厂开始的短缺只有在供应商通知他们无法运送零件时，才会对汽车制造商在长时间延迟后变得透明。

我们的模型包含各种绩效指标，其中一些是在《哈佛商业评论》杂志专题和本《哈佛商业评论》后续数字文章中描述的早期研究中开发的。一个核心要素是生存时间（TTS）：在设施中断后，供应链可以使供需相匹配的最长持续时间。另一个是恢复时间（TTR）：特定节点（例如供应商设施、配送中心或交通枢纽）在中断后恢复到全部功能所需的时间。我们的模拟显示，与晶圆厂中断相关的TTS短至几天。我们发现，供应链从一个晶圆厂10天的生产中断中恢复或恢复正常运营所需的时间将近12个月，并将给所有供应链合作伙伴带来重大财务损失。

在我们目前的研究中，我们正在用一种新的衡量标准来补充TTR和TTS：TTR库存，即中断结束后整个供应链的库存水平恢复正常所需的时间。我们的分析表明，在一个晶圆厂中断10天后，芯片库存至少需要300天才能恢复正常。

为了减轻美国对外国芯片生产的依赖，国会通过了《芯片和科学法案》，乔·拜登总统于8月签署成为法律，商务部于9月初公布了“重建美国在半导体行业的领导地位”的战略，其中包括建立和扩大国内尖端芯片的生产，建立充足而稳定的旧技术半导体供应，并投资于研发，以确保下一代半导体技术在美国开发和生产。预计该法案将刺激在美国建设六个半导体制造设施。这些措施将增加和确保半导体的供应，这不仅对经济而且对国家安全都很重要。

鉴于过去三年的经验教训和我们的研究，政策制定者和行业领导者在制定和实施他们的计划时应采取以下行动：

为复原能力而构建

在为新建的半导体设施设计供应链时，请重点关注弹性。使供应链具有弹性需要一个耗时的过程.

仅靠回流并不一定能产生弹性——2020 年美国在 Covid-19 大流行期间发生的肉类短缺凸显了这一现实。该行业的供应链完全是国内的。为了降低成本，许多公司专注于整合制造活动。结果：相对较少的屠宰厂处理了美国消费的大部分牛肉和猪肉。大流行表明，关闭一家工厂，即使是几周，也会对全国产生重大影响;它压垮了支付给农民的价格，并导致数月的肉类短缺。

牢记这一点，美国政策制定者应该激励行业对美国新的半导体供应链进行压力测试，并在必要时投资创建双重产品来源。

不要只关注先进的芯片

重要的是，政策制定者考虑的不仅仅是晶圆厂的尖端工艺节点。（工艺节点是制造特定一代半导体电路或架构的操作）。政策制定者正在讨论的大部分投资都集中在先进的工艺技术节点上，例如那些制造具有7纳米（nm）及以下晶体管元件的芯片的节点。但是，确保向汽车和航空航天以及军事等行业供应老一代芯片（45至65纳米）至关重要。这些技术节点负责汽车行业使用的大部分芯片。

如果北美生产的半导体芯片需要运回亚洲进行组装和测试，供应链的重大风险将继续存在。考虑到这一点，联邦政府应该为该行业提供激励措施，以在美国发展这些能力。