美国芯片制造，没那么简单！

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经过几十年的衰退，美国制造业的新一轮增长正在引起媒体的广泛关注。尤其是半导体行业，通过《CHIPS法案》倡议，成为美国政府的优先支持行业，政府拨款约 500 亿美元。

但要增加并维持美国高科技制造业，需要什么呢？先进制造业的真正复苏需要的不仅仅是投资新工厂的更先进的设备。

需要培训新一代高技能人员来成功运营此类工厂。虽然日益复杂的技术是许多竞争性制造业的关键，但只有经过专业培训的员工在复杂的工厂环境中操作才能提高生产效率。管理不善的机械化会阻碍而不是促进价值创造。

我从半导体制造的经验中学习到了一些东西。在 RCA 的职业生涯早期，我负责设计和运营首批硅晶体管工厂之一，以生产 2N2102，这是我为构建计算机和其他电子系统而开发的晶体管。

我给工厂配备了实验室里的设备。当时，还没有商业生产设备。例如，光学光刻设备是由新泽西州萨默维尔的当地照相馆以几百美元的价格建造的。

当需要增加产量时，就需要新设备，我们购买了新的、自动化程度更高的商用生产设备，当时还没有上市。我希望这样的设备能够提高产量和产量。

然而产量增加了，产品良率却下降了，我们发现，原因是自动化设备的流程定义不充分。

我们发现，在原来的手动流程中，生产技术人员会根据需要引入变更，以便在遇到诸如化学溶液温度等细微变化时保持质量和生产率。

新机器的设计目的是在固定的预设条件下运行，变化无法自动调整。为了让工厂正常运转，我们必须投入时间和精力来定义所有生产要素，避免随机引入人为干预来纠正异常情况。

必须对机器进行高精度编程才能达到预期效果。这需要进行大量流程研究以了解变量。

在这里，我学到了生产管理中宝贵的一课——非常精确的流程定义和控制的重要性。随着新的、更自动化的设备被引入，产品产量最初往往会下降。

直到生产流程改进到新的水平，他们才得到改进，因为新的自动化设备需要新水平的流程知识和控制。

为了成功生产，生产工艺工程师和设备操作员之间需要建立密切的工作关系。这些工程师必须接受培训，以充分了解该技术。这是一门新的工程学科。

这种必然导致的生产方法改变成本高昂，而且对于在自动化程度较低的旧时代接受培训的生产经理来说难以接受。但随着新一代生产经理进入芯片制造业，他们确实做出了改变。

然而，我发现，在同样的设备条件下，工厂绩效在很大程度上取决于当地管理质量和员工培训。通过自动化控制和调整的变量实际上是无穷无尽的，工厂必须发展自己的工艺工程技能才能实现经济效益。

实际上，从实验室设计的设备开始，将其投入生产是一项全新的努力，需要与原始设计团队一样宝贵的人才。

显然，随着芯片复杂度的增加，生产对资本和人力资源的要求也变得异常苛刻。对于我最初的晶体管，设备尺寸只有几分之一厘米，Photoshop 可以将设备调整到这个尺寸。

如今，集成电路芯片上互连的晶体管多达数十亿个，尺寸接近原子级。无论我面临什么样的挑战，如今的工厂都比以前复杂得多，成本也高得多。

时间快进到 2024 年，我自制的简单光刻工具已经为用于最复杂的芯片生产而演化为一台由 ASML生产的巨型紫外激光设备，其售价约为 3 亿美元，需要经过专门培训的人员才能操作。

面对如此高的成本和管理挑战，我们不难理解为什么这么多芯片公司的领导认为制造难度太大，而将生产外包给专门负责芯片制造的台湾台积电。

台积电的成功并非基于独特设备的发明，而是源于其对人力和资本资源的出色管理。该公司对员工进行高水平的培训，并运营工厂以使其昂贵的设备发挥出最佳性能。

一座设备齐全的新工厂耗资 200 亿美元，但正是训练有素的管理人员和员工让工厂运转起来。目前，台积电生产了全球 90% 以上的高性能芯片。任何想要参与竞争的人都必须投资所需的人力资源，而不仅仅是设备。

本文作者:Henry Kressel ，他是一位技术专家、发明家、作家和行业高管。他是科技企业的长期私募股权投资者。顺便说一句，原始的 2N2102 产品仍在市场上销售。

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