電子元件短缺衝擊全球航太產業

作者 : Rajan Bedi,Spacechips執行長暨創辦人

值此全球疫情大流行時期,當還有醫療電子等其他更立即的優先事項需要解決時,航太產業要求更多的晶片是否適當?

2021年全球衛星製造產業總值為250億美元,預估在未來十年內還會顯著增加,從每年380顆新衛星增加至1,700顆。衛星與太空載具需要大量的電子元件,尤其是半導體,業已在太空科技上促成許多新的應用。

新冠肺炎(COVID-19)疫情迫使原材料停產、在家辦公(WFH)的商用裝置諸如筆記型電腦、平板電腦以及路由器等等的需求飆升,加上太空科技市場持續成長,進而引發供應鏈問題,包括元件短缺、交貨前置時間延長、價格上漲而且大部份的新品發佈活動也因此被迫延期。

2021年全球半導體市場總值為4,500億美元,預估到了2028年將增加到接近 1 兆美元;而全球太空微晶片業總值約21億美元,預估到2028年將增加至33億美元,年複合成長率(CAGR)為6.9%。所有元件中約有20%都將用於發射器!但航太級的晶片銷售額在整個半導體市場的比例還不到1%。值此全球疫情大流行的時期,當還有其他更立即的優先事項需要解決時,航太產業界要求更多的晶片是否適當?

以作為OEM的航太公司Spacechips為例,這家公司歷經了交貨前置時間延長以及元件價格上漲的挑戰。多家潛在客戶在簽約之前,都要求提出能夠取得元件的證明,以確保其太空電子產品能準時交貨。近來在與世界各地多家不同製造商的討論中,筆者有機會進一步瞭解了全球航太產業所經歷的供應鏈問題及其影響,期望能與半導體代工廠、無晶圓廠IC設計公司、被動元件供應商、元件經銷商以及衛星和子系統OEM分享來自航太級半導體製造商的反饋。

多家擁有自家代工廠的航太級半導體製造商都宣稱「原物料」採購延遲,諸如陶瓷封裝以及導線架等。這些物料通常都在亞洲製造,而COVID-19導致的封城措施,對於這些物料的取得造成了衝擊,進而使一部份符合航太規格的IC產品交貨前置期變得更長了。雪上加霜的是,有些製造商必須根據AS9100品質管理系統的標準進行生產,而其中一項稽核是準時交貨。因此,材料成本一增加,最終就轉嫁給終端客戶。

但我不知道我們是否還能撐到降價的那一天,將來,一旦供應鏈恢復正常,是否會出現零件過剩?美國和歐洲一些航太級晶圓代工廠使用專門製程(含輻射硬化的有利特色)製造特定應用的產品,例如絕緣層上覆矽(SOI)、低電荷收集聚積以及矽鍺(SiGe)等等。

幾家製造商目前已經能夠藉由儲存材料以及晶圓庫存來緩衝短缺了。為了有助於快速採購零件,部份擁有自家代工廠的供應商,現在已容許直接從其線上商店購買零件。這些網站提供庫存顯示、日期編碼、批次資訊,如果您並非採購新的、非預測之500衛星星座,所訂購之元件在幾天內就會送達。

有幾家航太級IC供應商正競相爭奪晶圓以及代工時間。這聽起來真的令人意外嗎?處於這一產業的我們所面臨的問題是,雖然為了完全合格的元件明顯付出更高的成本,但其實這個航太產業在全球半導體市場的佔有率還不到1%,而同時還要與突然激增的在家工作和在家學習裝置展開激烈競爭。因此,為了滿足這種迫切需求,製造成本就隨之上升了,其結果導致太空載具製造商的元件價位更高,交貨前置時間也更長了。

就在不久前,台積電(TSMC)公佈了創紀錄的季度利潤報告,並計劃在今年大幅增加投資。一家知名的航太級半導體供應商對我說:「我們接到一張數百萬美元合約的大單,真是令人雀躍不已;你知道我們的能耐吧?也知道我們的計劃有多重要吧?問題是我們根本拿不到足夠的晶片。」在此全球疫情大爆發之際,優先考慮生產的應該是迫切需要的救命醫療電子產品吧?這個問題又涉及諸多道德與人道的考量!

航太級元件經銷商過去時常會維持一定的庫存,但這種趨勢越來越少見了,更何況他們如今也面臨更長的交貨前置期以及更高的價格。經銷商中流傳著一個重要看法是,以車規或工業級商用現貨(COTS)元件為主的所謂「新太空」(New Space)企業預期都會歷經延遲。對於那些投資者眾的太空科技公司有幫助的做法取決於其採購能力,並能保留元件在手直到準備動工製造之時,如此才能確保未來準時將產品交付給客戶。

根據與幾家OEM的交流,那些動作快且願意承擔風險的廠商都已掌握元件落袋為安了。有些廠商是在2020年初即購買大量庫存,目前庫存狀況健全,因此能按時交貨。然而,商用現貨以及工業與車規元件難以取得的挑戰在疫情爆發前就已經存在,這是因為部份太空載具製造商與來自其他產業的大量買家之間競相購買元件所致。有幾家英國OEM提到,英國脫歐(BREXIT)使得歐盟(EU)和歐洲其他地區的出口管制要求變得複雜,進而拖延了交貨期。

處於這一產業的我們能做些什麼,才能減輕供應鏈短缺、交貨前置期延長以及價格上漲的衝擊?

許多衛星/太空載具製造商只在簽訂合約後才訂購零件,這當然可以理解;然而,有鑑於目前的困境,就保證準時交貨而言,這可能是一種冒險的做法。身處這個產業,我們必須提升預估未來銷售的能力,並據以訂定採購計畫。為了增強在材料和晶圓取得的影響力與購買力,我認為經銷商更能發揮主導作用,藉由結合多家OEM的採購需求,同時尊重個別的敏感度,直接與製造商/晶圓代工廠談判。這其中還隱含著商機!我也看好代理機構、政府和產業加速器在這個議題的討論上更能發揮正面的影響力,亦即可提供貸款或預付合約款,以加快早期採購進而縮短交貨時間。

量產智慧型手機、平板電腦及筆記型電腦的製造商們能夠更準確地預估未來的銷售狀況,然後據此訂定採購計畫,例如,他們手中握有明年有多少客戶想升級手機的資料。這種確定性的優勢讓製造商敢於下大量訂單,而此時航太產業卻還在採取更謹慎的風險規避做法。話雖如此,即使是蘋果(Apple)也受到了影響,延後iPhone12的上市時間,甚至整個2021年的生產都受到影響;晶片短缺也影響了SpaceX的新用戶終端。

有些國家投資在地的新半導體代工廠以減少對外國晶圓廠的依賴,這已經引發了一波波政治與國家層面的迴響。然而,建造新的代工廠需要時間,還得斥資數十億美元,如今有幾家航太產業的半導體供應商也已經開始這方面的投資了。

雖然我認為目前的困境並不至於會更糟,但確實也預期這種情況還會持續2022年一整年。晶圓代工廠正傾全力擠壓出更多的產能並提高產量,但這需要時間。

您的航太專案是否受到交貨前置期延長、元件成本增加、進度延誤或新品發佈延期的影響?如果是,您如何因應這種情況?您認為航太產業能做些什麼,才能有效的減緩當前短缺以及新品延遲發佈的影響?我們應該如何規劃未來?

(參考原文:The impact of electronic component shortages on the global space industry,by Rajan Bedi)

本文同步刊登於EDN Taiwan 2022年3月號雜誌

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