芯片短缺迫使工程师设计各种备用方案

供应链断裂导致企业重新设计产品。

在发达国家的所有消费品市场，全球芯片短缺对现有产品的影响是很明显的：汽车经销商场地有一半是空的，汽车生产线也关停了。很多人将其归因于新冠疫情，但这样的指责也无济于事。事实上，半导体市场供需长期失衡是基本日常生活所需的电子产品剧增造成的。可惜的是，短缺何时结束尚不清楚。全球最大的芯片合约制造商台积电的研发总监米玉杰最近告诉本刊，他认为需要两到三年时间，有足够的新芯片生产设施上线，才能适当缓解短缺问题。

因此，芯片短缺不仅仅影响目前电子产品的可得性，而且正在刺激并改变未来产品的设计，推迟下一代设备出现。安富利公司的一项最新调查表明，芯片短缺还在迫使工程师设计各种备用方案。

参与研究调查的全球工程师中，有64%表示，其公司越来越多地根据元器件的可得性而非性能来进行产品设计。该结果和其他发现表明，在未来几年，芯片短缺将改变技术，甚至改变技术职业工作。“就像（技术专家）必须考虑可生产性和可测试性一样，我们需要开始考虑‘可获得性’了。”美国南阿拉巴马大学的电气工程副教授塞缪尔•罗斯（Samuel Russ）说，“工程师必须考虑这个问题，我们必须要找到更好的方法，变得更灵活。”罗斯强调，技术工人在设计时，不应将短缺视为需要解决的临时性问题。短缺是真实世界的组成部分，正在从根本上改变技术专家、设计师和工程师的工作方式，而且可能会成为何人、何时、采用何种技术的基本要素。“过去，设计与采购是分离的。设计以技术为基础，设计交给采购组织后，下一步就是投入生产了。”安富利的全球销售支持和供应商开发副总裁佩吉•卡里雷斯（Peggy Carrieres）说。她说：“如今，从设计的第一天开始就要考虑（组件的）可得性。”安富利发现，微控制器（即微控制单元，MCU）的可得性特别低（见图4）。罗斯指出，中央处理器行业有英特尔和超微半导体公司（AMD），还有一些“看风景”的公司，微控制器行业则不同，该行业有十几家规模大致相当的公司。“问题在于，微控制器不是一两个部件，而是涉及大约100多个不同的部件，而且都是小批量生产的。”罗斯说，“因此，要保持库存很困难，特别是在生产线启动时，就必须决定如何分配部件。很显然，生产线要用大批量生产的部件。”

供需不平衡大幅推升了微控制器的成本，但这并不是其价格高涨的唯一原因。卡里雷斯指出，影响经济的宏观因素也在起作用，例如通货膨胀、劳动力成本升高、间歇的停工和元材料价格的飙升，例如，2022年3月，钯金的价格达到每盎司3000美元。

“重新平衡整个供应链需要一段时间，我们看到这个大趋势正在到来。”卡里雷斯补充道，“需求越来越大，制造成本不断上升，这都反映在销售价格上。”当涉及设计和生成产品路线图时，工程师不得不被迫改变“行为”。卡里雷斯说：“他们正在推迟下一代项目，延长正在生产产品的市场周期，因为他们可能已有前期生产所需的元材料组合（采购方案）。他们推出新增加的改动或被迫放弃现有生产周期的功能，那是因为他们必须专注于解决‘我们还能生产什么？’的问题。”面对诸多不利因素，设计工程师的替代方案很有限。“没有一个选择是最好的，如果能找到一模一样的替代品，那是最简单的。但这可能有，也可能没有。”罗斯说，“要么重新设计电路板，要么寻找某种适配器。你必须开始考虑：重新设计电路板的难易程度如何？这种电路板的产量如何？”

罗斯还说：“在这种情况下，行业把球抛给你。你必须360度全方位考虑你的产品。是否可以生产？是否能得到？对成本有何影响？对性能有什么影响？（技术设计师和工程师）需要让采购组织和生产组织保持高速运转。”

虽然工程师总是需要在某种程度上具有战略眼光，但卡里雷斯指出：“目前起作用的力量非常复杂。因此，在开始设计时，即便是从头开始，（也必须）关注到电路板以外的因素。虽然深入研究设计并专注于技术很有诱惑力，但最终要取得成功，必须要考虑电路板之外的问题。”

审核编辑：彭静