芯片行业正在拒绝数字化？

在疫情期间遭受芯片短缺的公司正在改变策略以防止未来出现问题，他们采取了供应链映射、第二供应商和数字化转型相结合的策略。

这些短缺给汽车制造商造成了2000亿美元的损失，而且中断的影响更为广泛，在许多情况下持续数年。各类公司不得不加强数字化转型，提高与供应商和客户的可见性，并签订更多长期协议。

“毫无疑问，半导体OEM厂商一直在迅速投资于改进韧性、规划和管理流程，”Emerson公司旗下NI公司的客户体验、S&OP和供应链副总裁Scott Studer表示。“最近，Gartner指出，未来几年供应链规划软件的支出将翻一番，这一趋势我们深有体会。”

去年，SEMI启动了供应链倡议，汇集和分享最佳实践，旨在提高供应链的灵活性和韧性。“并不是所有人在短缺之前都建立了风险管理计划，这次警钟的敲响无疑是非常痛苦的，”SEMI的首席职员和公司战略主管Bettina Weiss表示。“因此，实施最基本的风险监测计划非常有帮助，而多级映射可以深入了解您的供应基础和您的供应商的供应商，从而更快地做出更好的决策。同样重要的是真正监控关键指标，如领先和滞后指标、产能监测和交货时间。我们正在与我们的供应链咨询委员会合作，开发一个仪表板，以捕获最重要的指标。”

图1：大多数行业参与者不签订长期协议。来源：SEMI半导体短缺调查，2022年春季

短缺也证明了长期协议的价值，这在业内是一把双刃剑。SEMI和麦肯锡的一项研究显示，半导体供应链中的四分之三的公司没有与供应商签订长期协议（LTA），而已经存在的LTA通常并未涵盖公司的大部分需求（见图1）。缺乏这种保障的原因是该行业著名的兴衰周期，在这个周期中，晶圆厂似乎要么以高平均销售价格（ASP）满负荷运行，要么需求滞后，ASP暴跌，尤其是存储设备。

加剧疫情期间供应链中断的一个因素是由于准时制造做法而缺乏库存。“关于将‘以防万一’的库存管理转向‘准时’库存管理的讨论很多。人们愿意承担更多的库存作为缓冲来减轻问题，”Techcet总裁、首席执行官兼创始人Lita Shon-Roy说。但是，囤积芯片的数量确实存在限制。“如果一家公司持有更多库存，这是否会限制你无法转向下一代芯片？”

半导体是全球第四大交易产品，虽然供应链中断对该行业来说并不新鲜，但它们在2020年至2021年间同比增长了88%。其原因可能包括疫情（这是最近短缺的主要驱动因素之一）、工厂火灾、港口中断、劳动和贸易争端、战争、网络攻击、化学泄漏、飓风、地震、洪水、停电等。

一些对半导体生产水平和定价产生严重影响的最著名事件包括：

1993年：住友环氧树脂工厂发生爆炸，该工厂占全球环氧树脂供应量的60%。

1999年：中国台湾发生里氏7.7级地震，导致新竹的晶圆厂关闭6天。

2011年：日本本州岛发生地震和随后的海啸，影响了硅晶圆和过氧化氢的供应。

2020-21年：中国台湾一家封装基板工厂发生火灾，造成更多中断。

目前：俄乌冲突使全球超过50%的氖气产量岌岌可危。

面对这种不确定性，公司必须准备好共同解决问题。

“整个供应链的协作变得至关重要。在供应链中共享数据可以使公司更快地解决问题，预测潜在的故障，做出基于数据的决策，并推动创新，”Brewer Science公司的质量工程总监Meredith Green表示。“共享特定缺陷类型的数据可以快速消除缺陷，并提高产量。引入高级分析和人工智能将进一步支持这一趋势。但即使有了这些进步，关于标准化的担忧仍然存在。利益相关者使用不同的格式和系统，并制定了不同的专有规则。确保供应链数据的准确性和完整性对于数字线索的成功至关重要。”

“关于数据共享，我们看到设备和材料供应商与他们的直接供应商以及供应商的供应商进行共享，但并未实现跨层级共享。因此，这实际上并未使整体努力达到最优化，”SEMI的Weiss解释说。“单个公司可能得到了更好的加强，但如果他们不左右共享，真正的利益就会流失。”

到目前为止，该行业已经拒绝了广泛的数据共享。“总的来说，数据共享需要一种文化转变，”Green说。“原材料供应商不愿意共享数据，因为这常常导致他们面临更严格的要求。这成本高昂，并可能导致一些小型供应商无法在这个行业中保持竞争力。随着行业朝着这个方向发展，必须开放和透明地阐明目标和期望，以使这一过程对所有参与方都有利。”

但整个行业内的公司都在分享数字化转型战略，这进一步加速了先进技术的采用。“由于供应链危机，NI迅速用一流的基于云的MRP替换了我们已有二十年历史的本地MRP软件。我们转变了需求规划、统计预测、供应规划，甚至生产计划等多个方面，”Studer说。“从经验来看，我们每月被要求作为一流软件供应商的参考案例参与几次，这无疑是市场对转型需求的明确指示。”

联华电子（UMC）采用企业风险管理政策作为其全面可持续发展计划的一部分（见图2）。该公司表示：“联华电子积极执行企业风险管理、危机前预防和演练，以便对任何可能出现的危机做出及时、适当的响应。”其风险管理程序已融入其所有设施和晶圆厂的日常运营中。一个企业风险管理委员会整合了战略、运营、财务和危害方面的风险，评估这些风险发生的可能性和严重性，确定风险项目的优先顺序和风险级别，并确定适当的应对措施。

图2：一项企业风险管理政策将风险与公司目标相结合，包括运营程序、风险意识和风险级别及潜在补救措施的沟通。来源：联华电子

供应链的相互依赖、定价压力以及市场集中在少数供应商手中，甚至某些特定零部件或材料的唯一供应商手中，会在发生中断时导致供应链中的瓶颈。同时，正在逐步上升的不成熟技术也可能出现短缺。“有人告诉我，先进的封装产能非常有限，”Techcet公司的Shon-Roy说。

业务流程的数字化程度越来越高，意味着要构建公司信任的系统。“人们在疫情之前已经做了很多数字化工作，以便了解库存水平。下一步真的是数据共享，但很少有公司愿意在安全平台上进行大数据共享和可视化，”Shon-Roy说。“人们需要一些时间来信任这一点，但现在它在质量方面已经开始以有限的方式进行。”

事实上，对全面供应链映射和全天候供应链中断检测的需求，已经促使Resilinc等第三方供应商提供专门针对多层级供应链监控的安全、受保护的数据环境，以及用于加速应对和从中断中恢复的警报。

SEMI/McKinsey供应链分析的一项关键发现是，80%的供应链中断发生在第二级和第三级供应商层面。离芯片制造商本身（第一级）越远，可见性通常就越差，因此随着向前体和原材料供应商的下移，风险水平也急剧增加，这是有道理的。

对于较大的工具制造商来说，在集群化的晶圆厂附近拥有支持设施能够实现更紧密的合作。“我们的供应链植根于‘贴近客户’的商业战略，”Lam Research公司供应链企业副总裁Peter Holland说。“通过与我们在客户运营区域的供应商合作，我们可以建立对可能影响供应可用性和流动的问题的韧性。我们还通过投资韧性强的供应商网络和库存来确保备件和消耗品，进一步确保我们客户的连续性。”

更好的映射

在最近的供应链危机之后，公司重新评估了供应链风险和实践。一项积极的措施是供应链映射，这可以使公司在下一次中断中处于更好的位置。提前映射供应商网络、制造地点、零部件，并识别有风险的产品或材料，可以使公司在发生变化时更好地调整方向。

供应链映射涉及绘制构成组织业务流程的关系和程序。这些映射图很详细，通常与供应商合作开发。它们概述了供应商和供应商的供应商的地理位置，一直追溯到原材料。通过绘制仓库、配送中心、制造工厂和运输路线，公司可以更好地掌握交货时间。地图通常包含每个地点进行的活动、可以执行相同操作的替代地点、发货频率、产品组合和数量、交货时间和供应商交货表现。

“作为一个数据驱动的组织，将所有用于管理供应链的数据整合在一个系统中，是我们供应链所依赖的优势之一，”Brewer Science公司的财务系统和采购总监Kamal Malhotra说。“此外，数据完整性同样重要。跨职能团队不断监控趋势并根据未来预测调整系统，以确保数据的相关性和准确性。对于任何物料需求计划（MRP）系统来说，98%以上的库存准确率是成功的关键，我们一直在通过定期循环计数和实物计数计划来努力实现这一目标。”

所有这些都与满足日益严格的质量水平息息相关。“随着特征尺寸越来越小，一次失败的成本呈指数级增长，这就是为什么在供应链中拥有零缺陷心态如此重要，”Brewer Science公司的Green说。“此外，先进的封装技术越来越普遍。这意味着整个供应链中的公司都必须致力于质量，因为每一步的缺陷成本都会放大。”

供应链管理包括提供特定的产品和工艺解决方案，以满足各种需求。“我们的供应链跨越六大洲和二十多个国家，”Lam公司的Holland说。“这是一个复杂的网络，需要强有力的监督和治理来管理。我们在供应商生命周期的每个步骤中都与供应商紧密合作，从预选到入职及以后。我们是一个唯才是举的模式，供应商基于业绩进行公平竞争，以确保我们不会留下任何未满足的客户需求。”

第二供应商和更好的协调

半导体设备和材料的第二来源提供了更高水平的供应链韧性。然而，芯片制造商需要时间来验证新的材料或工具，当晶圆厂接近满负荷运行时，这段时间可能会很昂贵。

“拥有第二供应商一直是业务连续性规划的一条好经验法则，但当量很小时，对于某些前驱体来说，这很可能很难证明其合理性，而且你可能在其他任何地方都找不到那种分子，”Techcet公司的Shon-Roy说。“当需求如此之高时，晶圆厂不想开始尝试验证新的来源，因为从开始到结束运行测试批次会中断你部分流程的流程。然后你就会冒着向你的客户供应关键量的风险。”

第二供应商必须满足第一供应商的所有严格资格要求，同时从第一供应商那里获取量。这反过来又可能影响定价。“在疫情期间，人们对一些他们认为这种问题风险较低的材料进行了有限的紧急资格验证，”她说。

一些最难找到第二来源的材料包括光刻胶、CMP浆料和特种清洗化学品，这些材料可能需要材料供应商工程师与晶圆厂工艺工程师合作数月或数年才能开发出来。

除了寻找替代来源外，有时公司还会扩大自己的能力。“除了第二和第三合格来源外，我们还在最合理的方面加大了垂直整合的投资。随着质量要求的不断提高，您可能需要通过内部供应链来控制自己的命运，”Brewer Science公司的制造和物流执行董事Mike Mathews说。

NI公司的Studer强调了芯片制造商采用的三种策略。“首先，他们加快了产品生命周期管理的步伐和广度，淘汰了在最近危机中特别具有挑战性的旧技术，转而采用性能更高、外形更小的技术。其次，他们要求客户在更长的时间范围内进行预测。在危机之前，60到90天的预测就足够了，但现在我们体验到了提前一年预测的需求，尽管需要的信心和承诺水平各不相同。最后，特别是在最大的OEM中，我们正在体验到主动与供应商建立关系的愿望。不同之处在于，这是由供应商而不是客户发起的。”

Studer指出，这种合作可能采取长期协议的形式，也可能不采取这种形式。“长期协议无疑会改变游戏规则。然而，目前宏观经济基本面过于动荡，因此长期协议对双方来说都不是双赢的。”

事实上，SEMI和麦肯锡对半导体供应链中多个层级公司的调查显示，大多数晶圆厂客户提供了一到三个季度的需求可见性（见图3），而晶圆代工厂和集成设备制造商也大致为他们的客户提供相同水平的供应可见性。

图3：大多数晶圆代工厂、无晶圆厂设备制造商和集成设备制造商提供1到2个季度或更少的供需可见性。来源：SEMI半导体短缺调查，2022年春季

根据调查，半导体设备和材料供应商及其供应商之间的供需情况也主要集中在较短的通知期限上。大约67%的设备和材料供应商提供三到九个月的需求保证，但当涉及到供应通知时，不到三分之一的供应商提供三到九个月的通知，而大约三分之一的供应商只提供一到三个月的通知。

调查提到了所谓的“牛鞭效应”，即电子层面的小幅需求波动会导致分销商、半导体晶圆厂、设备和材料，以及最终用于制造工艺工具的芯片、子组件和材料的需求波动越来越大。

事实上，正是这种不断加剧的效应催生了SEMI的供应链倡议，该倡议源于工具制造商无法获得制造晶圆处理工具所需的芯片。“这一推动力确实来自芯片短缺期间的设备供应商。他们无法获得制造工具所需的一小部分物联网芯片，”SEMI的Weiss说。五家公司——谷歌、英特尔、默克、英飞凌和科磊——早早地联合起来，以解决半导体供应链问题，这一核心基础已经扩展到14家公司。

“该倡议为竞争对手、同行、客户和最终客户提供了一个安全的交流空间，让他们能够聚在一起，分享各自公司中似乎有效的已实施项目的最佳实践。我们集体合作，汇编了一个最佳工具包，”Weiss说。

该倡议正在解决行业中最棘手的问题，如网络安全。“我们已经设置了防护栏，”Weiss说。“这一切都由我们的反垄断指导原则保护，并支持这些标准，因此个人可以自由发言，我们从不将任何事情归咎于特定公司。我们有安全的方式收集和汇总数据，这些数据SEMI永远看不到，但公司可以报告发现结果[注：这项报告工作由为SEMI提供世界晶圆厂预测和其他市场研究报告的同一组织进行]。因此，他们喜欢这个想法，即在不泄露商业秘密的同时，为所有公司都需要的更广泛的行业解决方案做出贡献。”

网络安全是这种需求的一个很好的例子，因为虽然大型芯片制造商和工具制造商拥有强大的网络安全措施，但中小型公司的保护水平可能不足。供应链团队进一步与SEMI的网络安全和标准团队合作，以防止工作重复。

图4：多种能力可以影响供应链效率。来源：SEMI和Resilinc

SEMI/麦肯锡的白皮书指出了数字化转型、机器学习、神经网络、协作决策系统和自主流程等解决方案如何影响半导体价值链（见图4）。Weiss表示：“数字化转型，特别是在供应链管理中应用通用人工智能（genAI），无疑很有帮助，仅仅从减轻管理负担的角度来看就是如此。此外，其他一些能力包括内部文件创建和外部利益相关者协调，这实际上涉及层级映射和可见性，以及真正掌握你的供应基础，促进客户互动，报告和税务状态更新，因此，任何可以通过人工智能自动化的事情都可以得到改进和加速。”

结论

大规模的半导体短缺促使半导体供应链中的公司加强其风险管理计划。SEMI供应链倡议现在对所有SEMI会员公司开放，将监测行业产能，并提供一系列在实践中行之有效的供应链战略的最佳工具包。虽然该行业对天气等外部干扰的控制力很小，但它可以更好地准备应对不可避免的干扰。

Brewer Science的Malhotra表示：“本地化、地缘政治趋势、贸易战、行业内的整合、劳动力短缺以及追求独立性的竞赛正在改变半导体行业的格局。向前发展的关键是垂直整合以及通过合格的多家供应商来灵活切换供应商。风险缓解计划是另一个重要的关键方面。”