全球晶片荒:誰害的?有解嗎?

作者 : Bill Schweber, EE Times/EDN/Planet Analog資深技術編輯

除了等待新的晶圓廠上線,您對於IC短缺的原因和解決方案有什麼看法?您認為電路重新設計是一種可行的方法嗎?系統或整體的產品重新設計可行嗎?使用更少的IC呢?其它方法可行嗎?或者我們應該再等等?

「晶片」(chip)短缺的問題備受全球關注,對此,業界專家、顧問、名嘴和分析師們都在解釋可能的原因。如同往常一樣,他們既對也錯,因為晶片短缺的問題有著多種原因和複雜的解決方案,並非是有哪一方造成的。無疑地,你應該已經聽過他們的說法了,而且還加入了自己的評估和觀點。

事實上,要增加目前所需求的IC供應,就只能藉由建造新的晶圓廠來實現——但這畢竟是一個非常昂貴的過程,而且要花上兩到三年的時間才能完成。另一個方式是藉由將產品組合移植到體積較小或是生產步驟較少的IC。

以類比為主的IC在晶圓廠生態系統中佔據了一個有趣的利基點。有些分析師認為,車用IC短缺的部份原因在於——現實中,許多此類IC利用較大幾何製程在較舊也較小的晶圓上生產的,而且是在產能有限的較舊晶圓廠生產。其他人則聲稱問題出在對於高階處理器和高性能數位IC的需求不斷地消耗新晶圓廠的產能;此類IC所用之處囊括個人電腦(PC)、智慧型手機、伺服器和資料中心等。

總而言之,類比和相關的傳統IC對汽車製造商和其他廠商的困境負有責任,也可說不用負責,您可以自行決定選邊站,或者兩者可能都算。

請注意,儘管汽車廠商大聲疾呼「求援」,事實上,他們在整體IC市場的實際佔有率卻只在5%和10%之間而已,這要取決於您是否是按照美元或單位來衡量。當然了,汽車有非常大的乘數效應(Multiplier Effect);如果一輛車子因為沒有IC而無法完工,那麼就會有很多幾近完成的相關產品堆在倉庫裡。

若干「快速」解決方案

由於新的晶圓廠產能無法快速上線,下一個問題是:那該怎麼辦?我讀過大部份是屬於軼事的報導,內容關於有若干廠商重新設計其產品,以便能使用取用性較高的IC,但我對此抱持懷疑態度。首先,如何保證此類IC仍然可以取用?其次,要重新設計或移植甚至是一個簡單的設計(即使理論上如此),在實踐上也並非微不足道。幾乎所有的設計都存在佈局的問題,以及電磁干擾(EMI)、封裝、品質認證和其它令人不悅的意外,即便是簡單的「重做」(re-do)也是如此。

為了解決這個問題,一家汽車製造廠聲稱將改用機械式的類比里程計來代替數位讀取(Digital Readout)。同樣地,我也質疑這樣的行動,因為如此一來對於物料清單(BOM)變更、相關控制台零件和配件、組裝程序等等的「漣漪效應」(The Ripple Effect)必定是非常顯著的。

關於電子產品業者如何應付短缺的問題,也有一些立足點相互矛盾的故事。一篇知名的文章描述家用電器製造商正把重心放在其較為低階的機器,因為此類產品所需的IC比較少。因此,他們可以快速完工並出售產品。另一篇文章則聲稱,汽車廠商正為較高階且昂貴的車輛保留有限的IC供貨。我想這兩個報導都可能都是事實,因為電器和車子是非常不同的產品,而且有各自不同的客戶情況。

有其它替代方案嗎?

既然幾乎每個人似乎都有自己的答案,那麼我分享我設想的解決方案:也許在設計時不要把低階IC放到其實不需要它們的產品中,藉以釋放晶圓廠的部份產能。在很多情況下,通常添加電子元件,尤其是加入IC的話,即能讓設計人員增加功能和特性,然而成品實際上對於客戶而言並沒有更大的用處,只是多了些附加功能而已。

這方面的例子很多,包括從小型到中型產品:其中有一個1小時的基本的發條式計時器(8美元)。它使用起來非常簡單,完全不需要電池,而且對於大部份的家用而言就夠準確了(1)。

1:這款簡單、機械式彈簧驅動的1小時計時器只有一種功能,這在許多情況下是件好事。(來源:Wayfair)

還有這個配備發條計時器的基本非電子式小烤箱也仍然受到廣泛的使用,其標價為35美元(2)。

圖2:這款Black & Decker小烤箱已經生產了幾十年,幾乎沒什麼變化;它直接且完全地從交流(AC)電源線供電,而不使用任何電子產品。(來源:Target)

另一個例子是1970年代經典的Maytag A608洗衣機。一些洗衣機愛好者將它視為同類產品中最可靠的機器(3)。它使用了開關和繼電器、沒有電子產品,典型使用壽命為25年。大部份此類洗衣機所需的維修是每7年到10年更換一次馬達和滾筒之間的傳動皮帶(使用維修服務需要花100美元,如果您自己動手的話,則只要花15美元和30分鐘的時間),而且它其中有許多零件或配件仍然還可以用。

3Maytag A608洗衣機的控制面板顯示其功能上的簡易性,可比擬其機電設計的方法。(來源:https://www.automaticwasher.org)

當然了,並非所有的小型非電子產品都比電子產品好。出於基本的精確度、便利性、功能和可重複性等原因,我並不打算丟棄我的電子卡尺,而換用我也留著的全機械式游標卡尺(4)。更有趣的是,高品質游標卡尺的成本相當於基本的電子游標卡尺(20到50美元)。

4電子卡尺(左圖)和機械式游標卡尺(右圖)以大致相同的成本執行同樣的基本測量功能。然而,電子卡尺更容易使用,使用者出錯的可能性較低,而且還提供其它實用的功能,例如重新歸零、可選擇的英制/公制讀數等等。(來源:Mitutoyo Corp.)

除了等待新的晶圓廠上線,您對於IC短缺的原因和解決方案有什麼看法?您認為電路重新設計是一種可行的方法嗎?系統或整體的產品重新設計可行嗎?使用更少的IC呢?其它方法可行嗎?或者我們應該再等等?

作者註:我不喜歡那些分辨不出IC和塑料塊的人使用「晶片」(chip)一詞來表示IC。雖然讀者們知道什麼是「積體電路」,很多隨意使用「晶片」一詞的人卻不知道。這些稱其IC晶片的人貶低了我們現在全都當作理所當然的這些微奇蹟,並使IC聽起來與薯條、木片和油漆片同等。雖然我並未低估在工廠環境中製造這些產品的時間與資源—我看過它們在工廠量產的影片,確實令人印象深刻—但是它們在設計或製造的複雜性方面根本比不上IC。

(參考原文:The IC shortage: Many causes and some solutions,by Bill Schweber)

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