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半导体制造的新经济模式

华股财经 2008年08月04日 15:00:32 来源:计算机世界
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  摩尔定律给半导体界带来了越来越大的经济压力,尤其是对规模较小、经常生产小批量产品的半导体厂商更是如此。一种新型的模块化设计理念有望重塑半导体制造业的经济模式。   ■ Clayton M. Christensen等   编译 沈建苗   丰田生产体系(TPS)已经应用于芯片制造业,电子行业可能会因此发生巨变。   半导体制造业的成本挑战   半导体行业正在经历一场巨大的变化。它将分化成贫富两极; 每家厂商想获得利润变得极其困难。从来没有那么多的聪明人在为那么少的利润如此拼命地工作。   步入一家耗资数十亿美元兴建的芯片制造厂,你很可能会有这样的想法: 这个行业即将迎来大灾难。首先跃入眼帘的是两个篮球场大小的车间,堆满了把光刻图案投射到圆片上的设备。还会在旁边看到一只高大的箱子(又叫储料箱),里面摆满了等待这些设备来处理的晶圆。这些晶圆片价值1千万到1亿美元——但它们都是闲置库存。   为什么?一家芯片制造厂的50亿美元投资分摊到五年生产期,每天的成本算下来超过300万美元。传统观点认为,为了获得这么多的收入,就得让所有设备一直处于运转状态; 哪怕这意味着生产的闲置晶圆堆积如山。另外,为了证明搞这么大的规模是值得的,半导体产品每月产量至少要达到5000块到10000块晶圆。   导致成本如此高昂的最主要因素是摩尔定律。需要巨额资金,才能支撑让摩尔定律保持发展的持续不断的投资与淘汰周期。这种快速循环可以解释为什么半导体公司的宝贵生产线会在短短五年后变成鸡肋。   虽然英特尔和三星等业界巨头们从事大规模生产,因而能让这些巨额投资为自己创造效益,但比较小的公司(甚至有些主权国家)再也玩不起这游戏了。行业的大规模重组正在迫使它们进行合并或者外包生产,旨在获得足够大的规模来参与竞争。   几乎每个月都会传出有公司达成联盟和剥离资产的新闻,这恰恰证实了这种趋势。2006年,德州仪器公司宣布,它将与多家芯片代工厂合作,共同开发基于线宽(芯片的最小特征)长度不到65纳米的未来工艺技术。2003年和2006年,摩托罗拉和飞利浦这两家堪称行业典范的公司,分别完全把各自的半导体业务分离出来。2006年,LSI逻辑公司(现名为LSI Corp.)收购了杰尔公司,继续在苦苦挣扎。2006年,AMD公司收购了ATI技术公司,但其现金流和竞争力一直受到此影响。   批量生产的曙光   所有这些战略举动都旨在重现昔日的发展速度和盈利能力,但无一例外地遭到了失败。   不过,现在出现了一线希望,而这线希望居然来自与半导体行业毫不相干的丰田汽车公司。30多年来,丰田采用的生产体系让它得以提高质量、产能翻番、生产品种更广的车型,并且灵活改变产品组合。去年,丰田生产的汽车比其他任何一家公司都要多,超过了通用汽车公司。   更重要的是,丰田的批量生产方法带来了可观的利润。2005年,它赚到的利润比全球其他所有汽车生产商的利润总和还要多。不过,虽然许多学者和公司主管细细研究了丰田的工厂和生产方法,通用汽车公司甚至在加州与丰田开了一家合资企业,但还没有哪家厂商能够完全复制它取得的成功。   2007年年初,半导体业界不仅有机会仿效丰田的生产体系,还有机会把其原则运用到隶属集成设备制造商(IDM)的一家逻辑芯片制造厂。这家工厂通过遵循摩尔定律求得了生存,并且业务蒸蒸日上,总是处在技术和经营方面的前列。但摩尔定律把这家芯片制造厂的宝贵生产线变成了鸡肋,尽管其生产设备仍比较新。   短短七个月后,这家公司把每块晶圆的制造成本降低了12%,并把生产周期(空白硅圆片加工成嵌满逻辑芯片的成品晶圆所用的时间)缩短了67%。这一切是在没有投资新设备,或者改变产品设计或产品规格的情况下实现的。而这个短暂试验揭露的只是冰山一角。这些早期结果指明了半导体制造业的新经济——这会对行业带来持久而深远的影响,还会创造新的发展机会。   新的规则   这是运用了丰田生产体系(TPS)的原则和思想,它们最早由当时供职于哈佛商学院的Steve Spear和Kent Bowen在发表于《哈佛商业评论》的《破译丰田生产体系的DNA》一文作了描述。丰田的设计和重新设计严格遵照一套流程,分析当前的生产状态,对如何改进生产进行假设,并对预期结果作了高度明确。   这是基于反复试验的经验主义方法,这种方法长期以来没有引起许多丰田观察家的注意,他们通常掉入了一个陷阱: 把丰田公司的工具(如用来订购零部件的看板卡)与TPS的原则混同起来。   Spear和Bowen提炼出了TPS的四大规则,概括起来就是(1)高度明确活动; (2)清楚地定义材料和信息的转移; (3)确保每种产品和服务的流转路线简单而直接; (4)使用科学方法,查明及解决某个环节出现的问题。当我们列出这些规则时,客户们通常会抗议,声称自己“早已在这么做了。”但我们在审查客户的芯片制造厂时,细细分析一下,常常会发现情况大不相同。   以下是我们给出的一些规则。   第一条规则针对活动,阐明“所有工作的内容、次序、时间和结果都应当予以高度明确。”按照惯例,在这家芯片制造厂,维护技术员应当从上向下清洗蚀刻室,但是我们发现,他们有时从下而上清洗。如果一贯是这么做的,那这种次序不至于太糟糕,因为这种行为会成为新的设定点,可根据这个设定点作进一步的改进。但实际上,清洁方法会发生变化,不可预测。这项工作具有极强的随机可变性,无法从结果中学到什么。   第二条规则阐明“每一种客户-供应商关系都必须是直接的,发送要求和得到回应的方式必须明确无误,非是即否”。比如说,如果一工人(姑且称之为Jane)操作的沉积工艺机器负责接收另一员工(姑且称之为Bill)供应的晶圆—Jane因而成了Bill的“客户”,就违反了这条规则。在井然有序的体系中,只有Jane需要晶圆时,Bill才发送晶圆给她。实际上,她需要晶圆时,他有时没有晶圆; 而另一些时候,她明明不用晶圆,他却会发送给她晶圆。那样,Jane只好把那些过剩晶圆扔到成本高昂的库存里面。   第三条规则阐明“确保每种产品和服务的流转路线都必须简单而直接”。如果一盒晶圆出现在了配备10个相同处理工具的车间,任何一个工具都可以用来处理这盒晶圆,就违反了这条规则。但是工人们应该使用哪一个工具呢?没有人能够随口而出,因为流转路线不是简单而直接的; 这个关键决策交给了车间操作人员。   如果一开始不知道直接的流转路线,以后要是有一批晶圆出现了瑕疵,就很难重新构建这条路线。更糟糕的是,要是不知道流转路线,整个体系就无法及时发现有缺陷的机器,从而防止瑕疵一再出现。瑕疵怎么出现,很快会被人忘记; 如果员工避开功能异常的机器、而不立即解决问题,也就错失了学习及改进的机会。丰田体系规定: 问题要由明确定义的行动者在本地、立即、彻底解决,而不是仅仅由碰巧在场的“专家”来解决。   第四条规则阐明“任何改进都必须在老师的指导下,按照科学的方法、在尽可能低的组织层面上进行”。 一名工人发现了更好的办法为客户提供所需的材料。他帮助客户从供应商获取材料,而不是像以前那样,让供应商把材料推送给客户。工人必须分析当前的生产状态,记入文档,并进行假设(包括对可以衡量、与实际结果进行对照的预期结果进行试验)。这种解决问题的机制调动了每个人,并且造就了致力于不断改进和组织学习的一批技术专家。   思想重塑   实现这些想法比想象的要困难; 这需要对思想进行某种调整。 我们研究了试图提高经营效率的多家公司。一开始,他们通常把TPS归在精益制造这个类别之下。但尽管许多精益制造方法大有好处,丰田体系却明显不同。   大多数半导体公司是在办公室和会议室,使用计算机模拟和电子报表来开展复杂的理论工作。他们通常致力于制订重大项目,有望获得“万无一失”的解决方案。虽然这种方法肯定会带来成效,但丰田不是这么做的。   TPS采用一种高度经验主义的方法来管理分多个步骤的制造过程。这种经验主义胜过模拟,因为没有哪种模拟模型足够复杂,从而能体现半导体制造过程所固有的复杂性。要真正了解制造过程,最快速的办法就是,在车间执行多次小规模、快节奏的科学试验。工厂就是实验室。这就是TPS的精髓: 通过快速、反复、试验的机制来解决问题。   这种试验在工厂车间的普通生产过程中进行,未必会得出最终、完美的方法来解决某个问题。TPS也不使用现成的“机械刻板”的方法,而是适应战略要素,比如成本、质量、灵活性,或者公司希望在某个特定时间强调的其他任何度量标准。就这个项目而言,应该把精力集中在缩短周期时间和成本上,这两个要素对这家芯片制造厂打开新市场来说很关键。   为了让这家公司的员工认同我们的计划,我们成立了一个项目小组,包括八名成员,代表重要职能部门,如制造管理、设备维护、财务、战略规划和工程技术部门,还包括车间人员。作为首项任务,小组制订了一个目标: 在头六个月内把成本削减12%、把周期时间缩短32%。另外,我们竭力构建一家学习型组织,那样我们离开后,仍能在很长时间内继续运作。   下一项任务是,对人员进行丰田体系和制造技术方面的培训。培训工作主要在制造厂车间进行,这与丰田的原则相一致。工厂管理层扮演了新员工的角色: 试图获得认证,以便在高级技术人员的指导下处理圆片。换句话说,他们充当的是学徒。 这种方法的基本前提是,每个人自己要有解决问题方面的直接经验,才好去指导、辅助或者教授别人解决问题。   虽然一开始这种学习方法遇到了相当大的阻力(及怀疑),但结果证明它非常有效。工厂的许多管理人员在体验了平常的一天对实际制造产品的人员来说到底是什么样后,觉得非常吃惊,也非常疲惫。   经过这些优化,这家制造厂把生产周期缩短了67%,把成本降低了12%。另外,产品数量增加了50%,生产量也提高了10%,这一切都没有追加投资。如果这家制造厂继续走组织学习这条道路,并且改进设备维护的不稳定性等方面,我们预计收到的成效还要大。   TPS的魔力   丰田生产体系可能会产生深远的影响,
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