丰田大面积停产，除了缺芯质量危机也深受困扰

据在线车评从央视 财经 频道获悉，丰田宣布规模停产，9月全球减产36万辆，其中日本本土14万辆，其他地区22万辆。虽然减产数字看起来有些大，但是丰田仍然表示，本次大规模停工不会影响全年的生产计划！

根据丰田 汽车 最新公告显示，元町工厂、宫田工厂、宫城大衡工厂、高冈工厂等丰田 汽车 在日本本土14家工厂共计27条生产线将在8月24日至9月期间实施生产调整，皇冠、卡罗拉、普锐斯、雅力士和埃尔法等主力车型都将进行生产调整，少量的丰田和雷克萨斯 汽车 用于出口。

未雨绸缪的丰田，终于扛不住了

在全球芯片短缺持续影响整个 汽车 行业之际，我们鲜为少见的看见丰田对于缺芯造成困扰的新闻。如果按照去年的 汽车 销量计算，那么这家全球最大的 汽车 制造商比其它竞争对手来讲，更好的顶住了这种短缺影响。

非常值得注意的是，早在五月份的时候丰田还信誓旦旦的预测，其今年的销售利润将反d到疫情流行之初的水准。丰田这种肆无忌惮的凡尔赛，也刺激了其它的竞争对手。

之所以有这样的底气，源自于丰田一直在囤积用于从发动机维护到 汽车 安全和 娱乐 系统的芯片。当时其表示，它没有看到芯片短缺带来的任何重大的短期影响。但不得不说的是自2011年福岛地震和海啸后，丰田 汽车 就加强了半导体芯片的储备，即便是在没有东南亚疫情的爆发，丰田未雨绸缪的计划让其产销都没有受到太大的影响。

从七月份丰田的销售数据都能看出，像卡罗拉、凯美瑞以及RAV4等车型基本没有什么影响。卡罗拉还位居7月份轿车销量亚军，卖了31950台，凯美瑞也以22042台位居第六位。可以说丰田即使在风控方面做得确实不错。

让人意想不到的是马来西亚日均新增2万病例的情况下，部分芯片基地直接瘫痪。更加重了全球芯片供需的恐慌，导致丰田也无可奈何。

停产下的链式反应

表面上看到丰田减产的规模达到了36万辆，减产占比高达40%。这种趋势下降导致除了日本本土的多条生产线关闭之外，中国和北美的产量也可能随之收紧。9月份的全球产量明显会低于预期，有市无价将会明显体现出来，届时肯定会导致消费者购买成本的上涨。

就目前的状态来看，在线车评走访了几家4S店，发现多店均出现优惠收紧，而且部分车型的等待周期也相应延长。

具体来看，像凯美瑞、雷凌、威兰达、卡罗拉和RAV4这些主力车型都有涉及。而雷克萨斯作为丰田旗下的豪华品牌，虽然得到资源的相应倾斜，但LS、ES也也会有相应的减产，此番芯片短缺的狂潮中丰田再也无法独善其身了。至于何时能恢复生产的问题，截止发稿前在线车评尚未得到具体回应。

商人逐利，这是必然的现象，在产能溃缩的情况下只能将优惠幅度收紧才能保持利益最大化。所以根本不用指望丰田能在此时此刻念及国内消费者对其多年来的支持，本身自己都深受重创了，怎么可能放过任何回血的机会？

重创不止外在，内损也岌岌可危

如果说缺芯造成全球车企都遭到迎头一击，停产的停产、减产的减产，都不相上下，谁也好不到哪去。但丰田远不止这点外伤，毕竟先见之明的囤积了那么多芯片让它在此次危机中坚挺的时间最长，所受到的外伤也无关痛痒。

但来自内部的伤害算是要丰田半条老命，就在前不久，由于自适应巡航的问题，丰田刚宣布召回了23万多辆车。或许很多人都没想到，丰田今年的召回已经发生了很多次了，仅今年上半年丰田在中国市场就累计召回了6次，召回 汽车 共计52.26万辆，尴尬的是其上半年在华销量才84.22万辆，这比例是不是有点高了？

这是丰田在华市场上从未有过的难堪，同时也让消费者深深的质疑，开不坏的丰田的品控就落到如此境地了嚒？还是金玉其外剥离之后败絮其中异常明显？

结合当前常见的全网都在吹嘘TNGA架构，是多么的神乎其神，所谓TNGA架构有80%的零部件是通用的，这波舆论导向难道让消费者觉得自己花十万买的卡罗拉就可以和几十万的其它车型共通嚒？显然不能，TNGA这一波Campaign属实让人难以接受。再说卡罗拉和速腾的对撞中，卡罗拉的TNGA架构吸能了嚒？后座d起了嚒？车门在对撞后能打开嚒？消费者得到真正的实惠了嚒？

显然，这些都没有，一方面的疫情原因导致大面积的停产，一方面又因为质量的问题导致口碑危机愈演愈烈。正所谓山雨欲来风满楼，丰田此刻正忧愁。内外忧患相继缠身，双重打击之下哪怕再坚强也扛不住吧？

在线车评认为，对于疫情和质量问题，前者在国家的大力治理之下只是时间问题，全世界的车企只能顺其自然。后者对于丰田而言只要拿出相应的诚意，不要再搞那些花里胡哨的营销去诋毁对手成全自己，趁此缓息的机会把质量、品控和服提升上来，这不也是维护自己的品牌形象么？只有这样，在第四季度没准还能超常发挥，届时全球销量霸主的位置还不是妥妥的嚒？

守护·文

我们在 ExtremeTech 上讨论了很多半导体工艺节点，但是从技术上讲，我们并不经常提及什么是半导体工艺节点 。 随着 Intel 的 10nm 节点进入生产阶段，对于半导体工艺节点的困惑越来越多了，而且对于台积电和三星的技术是不是优于英特尔（以及如果拥有的优势，他们拥有多少优势），也打上了问号。

半导体工艺节点通常以数字命名，后跟纳米的缩写：32nm，22nm，14nm等。CPU 的任何功能与节点名称之间没有固定的客观联系。半导体工艺节点的命名方式也并非总是如此，在大约 1960s-1990s ，节点是根据门的长度来命名的。IEEE 的这张图显示了这种关系：

长期以来，栅极长度（晶体管栅极的长度）和半间距（芯片上两个相同特征，如栅级，之间的距离的一半）与过程节点名称相匹配，但最后一次是 1997年 。半间距又连续几代与节点名匹配，但在实际意义上两者并没有什么关系。实际上，特征尺寸和芯片实际上的样子匹配，已经是很长很长时间之前的事情了。

如果我们达到几何比例缩放要求以使节点名称和实际特征尺寸保持同步，那么六年前我们就该将生产线降至 1nm 以下（这怎么可能嘛）。我们用来表示每个新节点的数字只是代工厂为了宣传选取的数字。早在2010年，ITRS（国际半导体技术发展蓝图，稍后对此组织进行详细介绍）把在每个节点上应用的技术集称为“等效扩展”（而不是几何扩展）。当我们接近纳米级的极限时，宣传可能会开始使用埃而不是纳米，或者可能会使用小数点。当我开始在这个行业工作时，通常会看到记者提到微米而不是纳米的工艺节点，例如 0.18微米或 0.13微米，而不是 180nm 或 130nm。

半导体制造涉及大量的资本支出和大量的长期研究。从论文采用新技术到大规模商业化生产之间的平均时间间隔为10到15年。几十年前，半导体行业认识到，如果存在针对节点引入的通用路线图以及这些节点所针对的特征尺寸，这对每个电子工业的参与方都是有利的。这将允许生产线上的不同位置的厂商同时克服将新节点推向市场遇到的难题。多年来，ITRS（国际半导体技术路线图）一直在发布该行业的总体路线图。这些路线图长达15年之久，为半导体市场设定了总体目标。

ITRS于1998-2015年发布。从2013年至2014年，ITRS重组为ITRS 2.0，他们很快意识到传统的推进方法遇到了理论创新的瓶颈，新组织的任务目标是为大学、财团和行业研究人员提供“未来的主要参考方向，以激发技术各个领域的创新”，这个目标也要求新组织大幅扩展其覆盖范围和覆盖范围。ITRS就此宣布退休了，成立了一个新的组织，称为IRDS（国际设备和系统路线图），其研究的范围大得多，涉及更广泛的技术。

范围和重点的转移反映了整个代工行业正在发生的事情。我们停止将栅极长度或半间距与节点大小绑定的原因是，它们要么停止缩小，要么缩小的速率减慢。作为替代方案，公司已经集成了各种新技术和制造方法，从而继续进行节点缩放。在40 / 45nm，GF和TSMC等公司推出了浸没式光刻技术。在32nm处引入了双图案。后栅极制造是28nm的功能。FinFET是由Intel在22nm处引入的，而其他公司则是在14 / 16nm节点处引入的。

公司有时会在不同的时间推出功能。AMD和台积电推出了40 / 45nm浸没式光刻技术，但英特尔等到32nm才使用该技术，并选择首先推出双图案。GlobalFoundries和台积电开始在32 / 28nm使用更多的双图案。台积电在28nm处使用后栅极构造，而三星和GF使用先栅极技术。但是，随着进展变得越来越慢，我们已经看到公司更加依赖于营销，拥有更多定义的“节点”。像三星这样的公司，没有像以前一样瀑布式下降节点名字（90、65、45），而是给不同的工艺节点起了数字部分相同的名字：

我认为您可以吐槽该产品名称不明不白，因为除非您有清晰的图表，否则很难分辨哪些流程节点是早期节点的演变变体。

尽管节点名称不 依赖 于任何特征尺寸，并且某些特征尺寸已停止缩小，但半导体制造商仍在寻找改善关键指标的方法。这是真正的技术进步。但是，由于现在很难获得性能上的优势，并且更小的节点需要更长的开发时间，因此公司正在尝试更多所谓的改进实验。例如，三星正在准备比以前更多的节点名称。那是某种营销策略，而不是他们真的能做出来多么超前的改进。

因为英特尔10纳米制程的制造参数非常接近台积电和三星用于7纳米制程的值。下面的图表来自WikiChip，但它结合了英特尔10nm节点的已知功能尺寸和台积电和三星7nm节点的已知功能尺寸。如您所见，它们非常相似：

delta 14nm / delta 10nm列显示了每个公司从其上一个节点开始将特定功能缩小的程度。英特尔和三星的最小金属间距比台积电更严格，但是台积电的高密度SRAM单元比英特尔小，这可能反映了台湾代工厂的不同客户的需求。同时，三星的单元甚至比台积电的单元还要小。总体而言，英特尔的10nm工艺达到了许多关键指标，台积电和三星都将其称为7nm。

由于特定的设计目标，单个芯片可能仍具有偏离这些尺寸的功能。制造商提供的这些数字是给定节点上的典型预期实现方式，不一定与任何特定芯片完全匹配。

有人质疑英特尔的10nm +工艺（用于Ice Lake）在多大程度上达到了这些宣传的指标（我相信这些数字是针对Cannon Lake发布的）。的确，英特尔10纳米节点的预期规格可能会略有变化，但14纳米+也是14纳米的调整，10nm+肯定比14nm工艺有非常大的改进。英特尔已经表示，一定会把10nm工艺节点的晶体管密度相对14nm增加2.7倍作为目标，因此我们将推迟任何有关10nm +可能略有不同的猜测。

理解新流程节点的含义的最佳方法是将其视为总括性术语。当一家代工厂商谈论推出一个新的流程节点时，他们所说的其实是：

“我们创建了具有更小特征和更严格公差的新制造工艺。为了实现这一目标，我们集成了新的制造技术。我们将这组新的制造技术称为流程节点，因为我们想要一个总括的术语，向大众传递我们改进了某些具体的工艺参数。”

关于该主题还有其他问题吗？将它们放到下面，我会回答他们。

天天谈论芯片 你可知芯片究竟是什么?

作者：刘植荣

我们天天议论芯片，你可知道芯片究竟是什么？

1.芯片的发明改变了人类生活方式

1947年12月23日，美国贝尔实验室3位科学家约翰·巴登、威廉·肖克利和瓦尔特·布拉顿发明了锗晶体三极管，电子世界进入半导体时代。晶体三极管的3位发明人获得1956年诺贝尔物理学奖。

20世纪50年代是半导体的黄金时期，几乎所有的半导体材料和基本工艺都是在这一时期研发出来的。

1954年10月18日，美国德州仪器公司发明了晶体管收音机，这个有4只晶体三极管的收音机小到可以装到口袋里。

1958年9月12日，德州仪器公司电子工程师杰克·基尔比（1923年-2005年）发明了集成电路，并在1959年成功制造出世界上第一块集成电路，即芯片。该集成电路就是在一块锗片上蚀刻出PNP型晶体管（三极管）、电阻和电容，用外部导线把它们连接成电路。这块简陋的集成电路拉开了芯片产业的序幕，也把人类 科技 水平推向一个新的高峰，并彻底改变了人类的生活方式。

芯片制造技术的不断进步让单个晶体管价格大降。1959年，一块芯片上有6个晶体管，折合每个晶体管10美元； 1971年，一块芯片上有2000个晶体管，折合每个晶体管0.3美元；2004年，一块芯片上有上百亿个晶体管，单个晶体管价格跌至十亿分之一美元。芯片性价比的提高，让芯片进入普通百姓家庭成为可能。

芯片可谓20世纪最伟大的发明，其他很多发明也建立在芯片的基础上。今天，我们生活在一个被芯片包围的世界里，没有芯片寸步难行。

百姓日常生活离不开芯片，手机、电脑、智能手表等智能设备有芯片，光猫、路由器、U盘、储存卡、移动硬盘等网络设备和电脑外设有芯片，身份z、护照、yhk、购物卡、消费卡等随身证件有芯片，电视、音响、投影仪、充电器、LED灯、电子秤、空调、冰箱、微波炉、电磁炉、热水器等家用电器也有芯片，门禁、监控、太阳能电池等也需要芯片。如果谁发明一种代码让世界上所有的芯片失效，那人类生活将会停滞。

杰克·基尔比因发明芯片获得2000年诺贝尔物理学奖。他也是手持计算器和热感打印机的发明人。基尔比被人称作科学家时，他谦虚地说：“科学家是解释事物的人，要有伟大的思想；而我是解决问题的人，就是个工程师，职责就是发明新工艺，制造新产品，而且还要从发明创造中赚钱。”

2.认识芯片必须首先了解“PN结”

从上文可知，在半导体材料上制作出二极管、三极管、电阻、电容等电子元件，再用导线把它们连接起来，这就是集成电路，也叫芯片。要想认识芯片，必须首先了解“PN结”，它是半导体技术的核心。

半导体材料掺入五价元素，电子浓度增大，形成N型半导体；半导体材料掺入三价元素，空穴浓度增大，形成P型半导体。“空穴”指的是共价键上的电子获得能量后摆脱共价键的束缚成为自由电子后，在共价键上留下的空位。

P型半导体与N型半导体紧密接触后，带负电的电子和带正电的空穴便向对方扩散；电子和空穴在扩散中导致接触面形成内电场，内电场又阻止这种扩散，让电子和空穴向回漂移。当电子和空穴的扩散速度和漂移速度达到动态平衡时，P型半导体与N型半导体的接触面便形成“PN结”。

“PN结”的主要性能就是“单向导电性”。如果把P型半导体端作正极，N型半导体端作负极，电流便可通过PN结；如果把N型半导体端作正极、P型半导体端作负极，电流则不能通过PN结。计算机用二进位就是由“PN结”的性能决定的，电流通过“PN结”代表“1”，电流不能通过“PN结”代表“0”。

“PN结”就是二极管。如果让两块P型半导体中间夹着一块N型半导体,就构成三极管，也就是上文提到的PNP型三极管。当然，如果让两块N型半导体中间夹着一块P型半导体，这就成了NPN型三极管。

普通人是看不到芯片“真身”的，芯片小如人的头皮屑，大的也就像人的指甲盖，因为它太单薄，必须封装在密封的壳中才能连接到外部电路上。打开电脑、电视等电器，可以看到一块很大的电路板，电路板上有很多电子元件，那些有多个引脚的电子元件就是芯片，这些引脚连接着芯片的输入输出端，有的在芯片封装体的两侧，有的在四个面上，有的则是在底部成矩阵排列，密密麻麻，有1000多个引脚。

3.造芯片好比在一粒米上雕刻地球及所有道路建筑

这里需要提及一个概念，那就是“摩尔定律”。1965年，世界著名芯片制造商美国英特尔公司的创始人之一戈登·摩尔提出，单片芯片上的晶体管数量会每年翻一番。后来他更正为每两年翻一番。这一判断经过实践验证基本正确。2011年，英特尔酷睿i7芯片上有22.7亿个晶体管。目前，一些高端芯片上的晶体管数量超过数百亿个。几年前，半导体厂商Cerebras Systems用台积电16纳米制程工艺生产的AI芯片WSE，则集成了1.2万亿个晶体管！

“制程”指的是芯片上晶体管栅极宽度，我们可以把它通俗地理解成晶体管的大小。制程越小，在一块芯片上制作的晶体管就越多，集成电路的规模就越大。

芯片运算速度不断提高，得益于芯片的集成度越来越高。芯片的集成度越高，上面的电子元件就越小，各电子元件之间的导线也就越短，电流通过时用的时间随之缩短，能耗减少，处理速度加快。

让一块芯片承载更多的晶体管，有三种方法，一是增加芯片面积，二是缩小晶体管体积，三是让集成电路立体化。增大芯片面积一般不被考虑，因为这会增加能耗，降低芯片的效率。现在，人们主要采取后两种方法增加芯片上的晶体管数量。

芯片制造属于微观世界，上面的电子元件小到只有几个原子或几个分子大，要用更小的度量衡单位纳米和埃来衡量。一般尺子上的最小刻度是毫米，1毫米等于1000微米，1微米等于1000纳米，1纳米等于10埃。人的头发直径是7万纳米，周长是22万纳米。用制程5纳米工艺制造芯片，就好比沿着一根头发修建4.4万条公路。

缩小电子元件体积是有极限的，人们便考虑在一块芯片上搭建多层集成电路来增加晶体管数量。这就好比是建居民住宅，平房容纳的居民数少，盖成几十层高的楼房容纳的居民数就多。集成电路的叠加要比盖楼房复杂得多。楼房各层布局是相同的，而芯片各层电路是不同的，层与层之间的连接异常复杂。

我们再进一步比喻，制造芯片就像在一颗米粒上雕刻出一个完整的地球，而且还要把地球上所有的道路和建筑都要雕刻出来。道路就是芯片上的导线，建筑就是芯片上的电子元件。通过这个比喻，读者便可想象，制造芯片该有多复杂，难度该有多大。

4.硅的提纯是芯片产业的基础　

半导体材料很多，但在实际应用中，九成以上都选用硅，因为硅的熔点是1415摄氏度，可在芯片加工中允许高温工艺。

硅是从沙子冶炼来的，但要把沙子冶炼成能制造芯片的硅，需要极高的纯度。我们把纯度是99.99%的金叫纯金（4个9），但制造芯片的硅的纯度至少要达到11个9，即每10亿个硅原子里的杂质原子不得超过1个，这一纯度的硅1955年美国贝尔实验室就提炼出来了。目前一块芯片上有数以千亿计的电子元件，对硅的纯度要求更高，至少为13个9，这是芯片制造的基础，不掌握硅的提纯技术，是不可能造出芯片来的！

读者会问，为什么制造芯片的硅要求纯度这么高? 芯片上的电子元件非常微小，如果用5纳米制程工艺制造芯片，上面有1纳米的杂质就会把整块芯片废掉。我们不妨打个比方。如果一条公路40米宽，公路中间有块1米宽的大石头， 汽车 可避开这块石头走，不会造成交通拥堵。但是，如果一条公路只有5米宽，公路中间有块1米宽的大石头， 汽车 就避不开这块石头了，这条公路就堵死了。

所以，制造芯片不但要求硅的纯度高，还要求制造工艺的各个环节是无尘的，其纯净度是医院外科手术室的10万倍，甚至有一半的工艺是在真空环境下进行的。正因为如此，新冠肺炎疫情下芯片制造厂无需停工抗疫，因为工作人员从头到脚全身防护，有的防护服甚至自带呼吸系统，以防人体新陈代谢的脱落物和呼出的气体污染芯片。

5.光刻机其实是集成电路投影仪

“光刻机”这个名字翻译不准确，很有误导性，很多人误认为光刻机通过物理接触在晶体硅表面上“刻”出集成电路来，就像电脑刻字一样。其实，芯片不是“刻”出来的，而是“照”出来的。所以，光刻机叫“集成电路投影仪”更贴切。

当制造芯片的晶圆进入光刻工艺阶段时，光刻机通过掩模版把集成电路图投影到晶圆表面的光刻胶上，光刻胶曝光后，通过化学药液把曝光区域蚀刻，然后清洗，这样，集成电路的图形就出来了。光刻过程和传统照相的照片冲印是一个道理，光线通过底片让相纸感光，然后把感光的相纸放在药液里显影、定影。

一块芯片要经过数十次甚至数百次光刻，光刻后的若干工艺还需要几个星期，然后才能进入封装阶段。

芯片制造技术日新月异，但芯片制造的大多数核心技术出自贝尔实验室，贝尔实验室为信息技术革命所做的贡献永垂青史。

7.有光刻机就能造芯片吗？

很多读者对光刻机很感兴趣，认为有了光刻机就能造出芯片来。其实不然，虽然光刻机在芯片制造中占重要地位，但它仅是芯片制造1000多道工艺中的一道而已，有了光刻机但如果没能掌握其他工艺，照样造不出芯片来。

1961年，美国GCA公司制造出世界上第一台光刻机。目前，世界上有4个国家的7家公司可以制造光刻机，即荷兰的阿斯麦尔，美国的英特尔、超 科技 半导体、鲁道夫，日本的尼康、佳能，德国的速思微科。

上文已述，芯片产业的基础是材料，也就是硅的提纯，不掌握硅的提纯技术，生产不出芯片级纯度的晶体硅，造芯片就无从谈起。

再有，芯片上有数以千亿计的电子元件，这么庞大的电路靠人工是画不出来的，必须使用电子设计自动化软件EDA。EDA是诸多自然学科的综合运用，由美国凯登、新思 科技 和明导三家公司垄断。

EDA在芯片制造过程中起着决定性作用，芯片的功能和集成度，完全取决于EDA的设计能力。有了高纯度硅和光刻机，却没有EDA或不会使用EDA，照样造不出芯片来。

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