博世不再“芯荒”

譚晶寶

對(duì)博世而言，自建新晶圓工廠的目的并非是要從半導(dǎo)體巨頭手中搶占多少份額，而是出于對(duì)供應(yīng)安全的考量， 同時(shí)也是其戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的有力支撐。

根據(jù)世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計(jì)組織WSTS的數(shù)據(jù)，2020年，全球半導(dǎo)體銷售額約為4，400億美元，較2019年增長(zhǎng)了7%左右。其中車用半導(dǎo)體占據(jù)全球半導(dǎo)體市場(chǎng)份額的10.6%，在歐洲、中東和非洲地區(qū)的半導(dǎo)體市場(chǎng)中，這一占比更是高達(dá)35%。WSTS預(yù)U 2021年半導(dǎo)體市場(chǎng)將增長(zhǎng)11%左右，達(dá)到4，880億美元。

然而，與火熱的市場(chǎng)需求形成鮮明對(duì)比的，是供應(yīng)端產(chǎn)能瓶頸所引發(fā)的全球范圍“芯荒”，而從疫情中快速恢復(fù)的汽車行業(yè)更是首當(dāng)其沖，遭遇了“缺芯少輛”的巨大挑戰(zhàn)。車企的面對(duì)斷供的恐慌心理所產(chǎn)生的囤積行為進(jìn)一步加重了芯片的短缺，不少車企甚至跨過(guò)一級(jí)供應(yīng)商，直接與芯片制造商接洽來(lái)讓其優(yōu)先保證自家供應(yīng)。顯然，這種方式無(wú)法從根本上解決缺芯難題，提升芯片產(chǎn)能才是唯一的途徑。

最大的單筆投資

在一芯難求的危機(jī)關(guān)頭，博世德累斯頓晶圓廠正式落成投產(chǎn)。這座世界上最先進(jìn)的半導(dǎo)體工廠之一總投資10億歐元，是博世有史以來(lái)最大的一次單筆投資，占地100，000平方米，約14個(gè)足球場(chǎng)大小。直徑300毫米（12英寸）的晶圓基片在這里耗時(shí)數(shù)月、歷經(jīng)上百道工序之后變成半導(dǎo)體芯片成品。

博世的新工廠的落成地德累斯頓被稱為“薩克森硅谷”，是整個(gè)歐洲半導(dǎo)體制造的中心，在半導(dǎo)體行業(yè)工作的員工超過(guò)6，000人公司超過(guò)200個(gè)。除此之外，新工廠附件還擁有便捷的交通，只要幾分鐘就可以開(kāi)上通往柏林的高速公路，距離德累斯頓機(jī)場(chǎng)只有幾公里遠(yuǎn)，能讓這里生產(chǎn)出來(lái)的芯片快速運(yùn)往各地。

博世德累斯頓晶圓廠被稱為世界上最先進(jìn)的半導(dǎo)體工廠并非浪得虛名。德累斯頓晶圓廠的集中式數(shù)據(jù)架構(gòu)是新工廠最大優(yōu)勢(shì)之一。在10，000平方米無(wú)塵車間中，約100臺(tái)機(jī)器和生產(chǎn)線都實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化互聯(lián)，并通過(guò)中央數(shù)據(jù)庫(kù)與復(fù)雜的建筑設(shè)施進(jìn)行連接。其生成的生產(chǎn)數(shù)據(jù)相當(dāng)于每秒500頁(yè)的文本，短短一天之內(nèi)，數(shù)據(jù)就超過(guò)4，200萬(wàn)頁(yè)，重達(dá)22公噸。晶圓通過(guò)全自動(dòng)系統(tǒng)傳送，無(wú)需任何人工運(yùn)輸，工廠在任何時(shí)候都精準(zhǔn)地確認(rèn)每個(gè)晶片在生產(chǎn)過(guò)程中的位置、下一步動(dòng)向以及何時(shí)到達(dá)。

德累斯頓晶圓廠是博世集團(tuán)首個(gè)智能物聯(lián)網(wǎng)工廠可利用人工智能來(lái)評(píng)估晶圓廠中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。例如，人工智能算法可以檢測(cè)到產(chǎn)品中出現(xiàn)的微小異常，這些異常在晶圓片表面以特定錯(cuò)誤圖案形式出現(xiàn)，在這些異常影響產(chǎn)品可靠性之前，專家就立即對(duì)原因進(jìn)行分析，并及時(shí)糾正過(guò)程偏差。這一技術(shù)可以讓博世不斷改善制造工藝和半

導(dǎo)體質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)高水平的穩(wěn)定性。

此外，人工智能算法可以精確預(yù)測(cè)制造機(jī)械和機(jī)器人是否需要及何時(shí)進(jìn)行維護(hù)或調(diào)整，與傳統(tǒng)工廠對(duì)設(shè)備進(jìn)行定期檢修不同，這一技術(shù)能夠及時(shí)預(yù)判問(wèn)題并隨時(shí)處理，從而節(jié)省時(shí)間和成本。

更讓人驚嘆的是，德累斯頓晶圓廠在虛擬數(shù)字世界建造了自己的“數(shù)字?jǐn)伾S”。在施工過(guò)程中，工廠的所有部分以及與工廠相關(guān)的全部施工數(shù)據(jù)都以數(shù)字化形式記錄下來(lái)，并以3D模型可視化?！皵?shù)字?jǐn)伾蹦依思s100萬(wàn)個(gè)3D對(duì)象，包含建筑物、基礎(chǔ)設(shè)施、供應(yīng)及處置系統(tǒng)、電纜管道、通風(fēng)系統(tǒng)以及機(jī)械和生產(chǎn)線。工廠的每一制造過(guò)程及單個(gè)晶圓都有其相應(yīng)的“數(shù)字?jǐn)伾薄Ｓ纱?，博世能夠模擬流程優(yōu)化計(jì)劃并進(jìn)行相應(yīng)升級(jí)改造工作，無(wú)需干預(yù)正在進(jìn)行的操作。此外，任何新機(jī)器需要交付給工廠兩次：一次在現(xiàn)實(shí)世界中，一次作為數(shù)據(jù)模型。

此外，該工廠中還應(yīng)用了AR 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、5G通信、能源管理等一系列前沿技術(shù)，這些技術(shù)的實(shí)現(xiàn)也讓工廠建設(shè)難度劇增。據(jù)了解，在整個(gè)工廠的建設(shè)過(guò)程中，所使用的鋼鐵達(dá)到了16，400公噸，挖土達(dá)到了9萬(wàn)立方米，相當(dāng)于7，500輛卡車的運(yùn)載量，電纜長(zhǎng)度達(dá)到380千米，相當(dāng)于德累斯頓到柏林的往返路程。

緩解供應(yīng)壓力

德累斯頓工廠將主要生產(chǎn)汽車所需的芯片來(lái)緩解汽車行業(yè)的缺芯壓力，值得一提的是，博世這座工廠從2018年春季便開(kāi)始動(dòng)工，并非是芯片短缺之后的決策，從中也可以看出博世對(duì)于未來(lái)戰(zhàn)略方向的準(zhǔn)確把控。

在全球范圍內(nèi)，每輛汽車中微電子的平均價(jià)值從1998年的138美元增長(zhǎng)到2018年的559美元，到2023年預(yù)計(jì)達(dá)685美元。隨著電氣化、智能化和網(wǎng)聯(lián)化的發(fā)展，半導(dǎo)體在占到了新車創(chuàng)新的 80%。

2016年，全球新下線的每輛汽車中平均搭載了9塊博世芯片，而2019年這一數(shù)字已上升至17塊。眾所周知，芯片作為車企采購(gòu)周期最長(zhǎng)的關(guān)鍵部件，往往需要提前半年甚至一年時(shí)間下發(fā)訂單，對(duì)于博世這樣的一級(jí)供應(yīng)商來(lái)說(shuō)，可以說(shuō)無(wú)時(shí)不刻不面臨著芯片供應(yīng)的問(wèn)題。所以，對(duì)博世而言，自建新的晶圓工廠的目的并非是要從半導(dǎo)體巨頭手中搶占多少份額，而是出于對(duì)供應(yīng)安全的考量，同時(shí)也是其戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的有力支撐。