Was würden Sie mit einem 5-Tage-Chipvorrat für Leiterplatten tun?

Gerade als man dachte, die Chipknappheit würde sich legen, zeigt die Lieferkette erneut ihr hässliches Gesicht und US-amerikanische OEMs finden sich wieder in einer prekären Lage. Am 25. Januar 2022 veröffentlichte das US-Handelsministerium Ergebnisse einer Umfrage, die besagt, dass die Halbleiterbestände bei OEMs auf weniger als fünf Tage an Vorrat für Schlüsselkomponenten gesunken sind, wie in einer Mitteilung auf der Website des Ministeriums und in anderen Medien berichtet wurde. Unternehmen gaben an, dass sie 2019 typischerweise 40 Tage an Vorrat für Schlüsselkomponenten vorhielten. Diese Halbleiter sind zufällig einige der am schwierigsten zu beschaffenden aufgrund eines erheblichen Angebots-Nachfrage-Ungleichgewichts, und der Druck der Nachfrage holt die OEMs ein.

Wie groß ist die Überschussnachfrage auf dem Markt? Die US-Automobilindustrie war das Aushängeschild für Engpässe, aber es betrifft wirklich jeden. Die Gruppe der Befragten berichtete, dass die mittlere Komponentennachfrage im Jahr 2021 um 17 % höher ist als im Jahr 2019. Dies wird teilweise durch den Kauf von Unterhaltungselektronik angetrieben. Persönliche Computer, Laptops und Tablets waren auch wichtige Treiber in der Nachfrage nach Halbleiterkomponenten während 2020 und 2021. Die Nachfrage nach PCs wuchs 2021 um 14,8 % im Vergleich zum Vorjahr, was dazu führte, dass die Nachfrage Niveaus erreichte, die seit 2012 nicht mehr gesehen wurden. Klar ist dies alles pandemiebedingt, aber es weckt Ängste, dass die Knappheit anhalten wird, da viele nicht erwarten, dass die Nachfrage so leicht nachlassen wird. Elektrifizierungstrends, anhaltende Nachfrage nach mobilen Produkten und Computern sowie der anhaltende Druck, alles zu einem IoT-Produkt zu machen, werden weiterhin Druck auf Halbleiterhersteller, OEMs und kleine Elektronikunternehmen ausüben.

Die Nachricht wirft zwei Fragen auf, die Designer in Betracht ziehen sollten:

1. Ist die Rückverlagerung der Produktion zu wenig zu spät und wird sie langfristig überhaupt wirksam sein?
2. Was können Designer in der Zwischenzeit tun, um sich auf Lieferketten-Schocks bei kritischen Produkten vorzubereiten?

Wird dies zu einer stärkeren Rückverlagerung führen?

Ob jeder amerikanische Halbleiterhersteller seinen kollektiven Fußabdruck in den USA oder Europa erhöhen wird, ist eine offene Frage. Der Bericht des Handelsministeriums ist aufschlussreich in Bezug auf die Kapazität der Halbleiterfertigung. Der Bericht fand heraus, dass die Mehrheit der Halbleiterfertigungsanlagen mit einer Auslastung von 90 Prozent oder mehr arbeiten. Insbesondere ist die Fertigungskapazität in älteren Technologien gebunden, wie beispielsweise in Legacy-Digitallogikkomponenten, die in Automobilen und anderen Produkten verwendet werden. Kapazität wird auch auf analoge Chips gerichtet, die in der Energieverwaltung, RF-Komponenten und optoelektronischen Komponenten verwendet werden. Das umfasst eine breite Palette von Komponenten, die in den meisten Designs verwendet werden, sodass die meisten Designer einem gewissen Risiko einer Lieferkettenunterbrechung ausgesetzt sind.

Die offensichtliche Antwort für die Halbleiterhersteller und ihre westliche Kundenbasis besteht darin, neue Fabriken zu bauen. Tatsächlich hat die Situation den US-Senat letztes Jahr dazu veranlasst, ein Gesetz zu verabschieden, das Chip-Herstellern 52 Milliarden Dollar an Subventionen für den Bau neuer Fabriken bereitstellen würde. Leider steckt die Maßnahme immer noch im Repräsentantenhaus fest, während Bidens Plan "Build Back Better" tot im Wasser zu liegen scheint.

Nun tritt Intel auf den Plan, einer der ältesten und größten Hersteller fortschrittlicher Komponenten. Das Unternehmen gab am 21. Januar bekannt, dass es 20 Milliarden Dollar ausgeben will, um bis 2025 zwei neue Halbleiterwerke in Ohio zu bauen. Das Unternehmen plant, in bis zu 8 neue Fabriken im Staat zu investieren mit der Absicht, dass die Gegend zum „größten Siliziumherstellungsort des Planeten“ wird, sagte Intel CEO Pat Gelsinger in Time.

Trotz Investitionen von Intel sowie der Fürsprache von Organisationen wie der Printed Circuit Board Association of America (PCBAA) und der Printed Circuit Engineering Association (PCEA) ist es zweifelhaft, dass acht Fabriken ausreichen werden, um die Lieferkette für westliche Unternehmen zu retten.

Meine Überlegungen zur Volatilität der Lieferkette

In einigen meiner laufenden Projekte für Kunden scheint es immer so, als ob etwas nicht vorrätig ist oder ich irgendeinen Umweg machen muss, nur um die erforderlichen Mengen an Chips zu bekommen. Es trifft immer die Komponenten, mit denen man nie plant oder rechnet. Vorbei sind die Tage, an denen man seine BOM auf die Website eines Distributors hochlädt und ein paar Knöpfe drückt, um seine Bestellung abzuschließen. In der zweiten Hälfte des Jahres 2022 verwendete jedes Projekt mindestens 2 Distributoren, um Teilebestellungen zu erfüllen, plus mindestens einen Überseebroker, der das 10-fache des Preises eines autorisierten Distributors für eine kritische Komponente verlangte.

Mein Ansatz, um mit der Lieferkette umzugehen, besteht darin, die Bestellung an den Anfang und nicht an das Ende zu stellen. Wir verwenden typischerweise folgenden Satz von Strategien, um Kundenprojekte zu unterstützen:

• Die Hauptkomponenten früh identifizieren und den Endkunden dazu bringen, ihre Auswahl festzulegen. Wir beschaffen diese dann, bevor wir mit dem Design beginnen. Diese Komponenten sind in der Regel der Haupt-MCU oder Prozessor, der den Rest des Designs antreiben wird.
• Die meisten Designs werden andere weniger fortschrittliche ASICs enthalten, die keine direkten Ersatzteile haben. Wir beschaffen auch diese früh oder schlagen Alternativen vor, die beschafft werden können, ohne die Leistungsanforderungen zu beeinträchtigen.
• Oftmals, wenn diese Komponenten gefunden sind, identifizieren wir alternative Teile aus derselben Produktfamilie oder einer anderen Produktlinie, und wir planen, einige Varianten mit diesen Alternativen zu entwerfen.
• Kunden müssen oft schwierige Entscheidungen bezüglich der Kosten treffen, die die Leistung beeinträchtigen könnten. Das passiert normalerweise, wenn man ins Ausland gehen und überhöhte Preise zahlen muss. Wir identifizieren diese im Voraus und bringen den Kunden dazu, sich auf einen Handlungsverlauf festzulegen.

Mein Rat ist, all dies frühzeitig mit den Kunden zu kommunizieren und sie dazu zu bringen, schwierige Entscheidungen zu treffen, bevor Sie kopfüber in ein neues Design springen. Das Letzte, was passieren soll, ist, dass Sie ein wunderschönes PCB-Layout erstellen, nur um festzustellen, dass Sie diese eine kritische Komponente, die das gesamte Design funktionieren lässt, nicht beschaffen können. Bis neue Fertigungskapazitäten verfügbar werden oder bis die zyklische Natur der Halbleiterindustrie übernimmt, müssen Designer weiterhin diese wichtigen Entscheidungen im Vorfeld treffen, um sicherzustellen, dass ein Design rechtzeitig und innerhalb des Budgets produziert werden kann.

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