OEM 必须收回对供应链的控制权，使用具有成本效益的定制芯片设计，这可以恢复供应链所需的灵活性、可见性、稳定性和弹性。

疫情带来的后果表明供应链很容易陷入停滞。OEM 发现自己无法为其 PCB 采购相对简单的组件，因为半导体供应商优先考虑其他产品线，以在面临短缺的情况下最大限度地提高盈利能力。

从瑞萨火灾到苏伊士运河阻塞，一些复杂情况给供应链带来了进一步的压力。2024 年的政治和经济复杂情况也增加了挑战。

OEM 必须收回对供应链的控制权，并考虑采用 ASIC（专用集成电路）路线，使用具有成本效益的定制芯片设计，这可以恢复供应链所需的灵活性、可见性、稳定性和弹性。

ASIC 路线的一个明显优势是，它可以将多个现有组件整合到一块硅片中，并且在关注系统架构的情况下，减少完成系统所需的无源组件的数量。除了缩小物料清单的尺寸外，采用 ASIC 还可以降低组装成本并简化 PCB 布局。例如，集成可以减少在 PCB 上使用高密度互连的需要。

采用 ASIC 作为最终产品的基本部分还有其他长期好处。由于利润率不断受到压力，标准产品芯片制造商经常重新评估其产品线。除了那些做出长期承诺的组件外，芯片制造商很快就会认为不太受欢迎的组件已经过时。供应商可能会为依赖受影响零件的客户提供最后一次购买的选项。但一旦库存耗尽，原始设备制造商就面临着要么进行昂贵的重新设计，要么淘汰自己的产品的选择。

然而，台积电和格芯等纯晶圆代工厂很少废弃既定的工艺技术。领先的代工厂一直维持着二十多年前甚至三十多年前首次引入的技术的晶圆生产。这提供了高度的信心，即使在相对成熟的工艺节点上制造的 ASIC 也可以保持生产多年。

此外，在短缺时期，代工厂显然存在无法满足需求的风险。这不太可能影响 ASIC 客户，通常，设计所需的晶圆数量将在生产开始之前协商和预订，但可能会受到一定程度的分配或确保产能的价格溢价的影响。

降低 ASIC 开发成本

任何为防止经济供应链问题而创建的 ASIC 都必须尽可能经济有效地开发。是的，ASIC 因成本高昂而闻名，如果您是 Tesla 或 Facebook，希望在 7 纳米以下制造尖端、小批量定制芯片，这可能是真的，但精心设计的 ASIC 并不具备这样的成本，ASIC非常昂贵。

对非易失性存储器的支持、逻辑门的数量、存储器要求、电压水平、IP 可用性和成本都是影响工艺选择以及将哪些功能集成到 ASIC 中的考虑因素。

在许多情况下，模拟接口和其他支持电路在旧工艺节点上表现出更好的经济性。这是因为晶体管和其他集成组件的扩展方式与逻辑或存储晶体管不同，这使得它们理想地运行在更大、成本更低的工艺上。

但如果功能需要更先进的流程怎么办？

以汽车应用的定制 ASIC 为例，它需要 AMD Versal 等高端现场可编程 SoC 中的多核处理器复合体。这些 SoC 采用 7 纳米工艺制造，结合了多个高性能 Arm 内核以及现场可编程门阵列 (FPGA) 和高速串行接口。这使得它们非常适合原型设计和小批量生产目标。

当转换为 ASIC 时，FPGA 电路通常可以在明显较旧的工艺节点上以显著更低的成本高效实现。但是，在这种情况下，目标应用需要低功耗，以及 7 纳米工艺上的多个 Arm 处理器内核的高时钟速度和内存容量。解决方案是选择包含处理器内核和高速串行接口的标准产品，然后使用 PCIe 连接到配套 ASIC，该 ASIC 集成了硬化 FPGA 逻辑电路以及标准处理器产品中没有的任何功能。

缓解组件供应问题

上述方法确实降低了功率和成本。但这也使系统重新可能依赖于单一公司/产品，因此不仅容易受到组件寿命终止的影响，而且还容易受到简单的可用性问题的影响。

为了将 ASIC（和系统）与这个单一产品分离，必须确保有多个选项可用，并且如果需要，复制 ASIC 中的任何功能。在上面的汽车 ASIC 示例中，添加了额外的 I2C 和 CAN 接口来模仿那些驱动初始标准处理器选择的接口。

在设计 ASIC 时考虑系统中其他组件的长期可能性意味着也可以减轻这些组件的供应问题。符合要求规格的其他组件是否有多个供应商或只有一个供应商？如何在不影响系统或 ASIC 设计的情况下集成这些替代方案？

最近的另一个例子是医疗设备客户端的医疗保健监控补丁。这需要模拟前端、低功耗蓝牙 (BLE)、Arm CPU 内核和闪存。由于屏蔽、BLE IP 和 Arm 许可成本，将所有这些集成到 55 nm 中将花费数百万美元。因此，使用标准目录部件 BLE IC 和在 130 nm 上开发的独立模拟前端 ASIC 并使用更少的 IP 更具成本效益，与完全集成的方法相比，大大降低了开发成本。

然而，这种方法需要冗余以确保其长期使用：在指定 ASIC 时，我们确保它与多个目录部分 BLE IC 一起工作。

这种兼容性需要复制 ASIC 中的某些功能。例如，额外的 GPIO、I2C 和 SPI 接口以及电源管理功能（DC-DC 转换器）使 ASIC 与 Nordic、STMicroelectronics 和 Silicon Labs 的替代目录配套 IC 兼容。

最大限度地减少制造中断

当今的供应环境通常意味着除了系统所需的最简单组件之外的所有组件均采用单一采购。ASIC 提供了一些标准部件无法实现的灵活性。

如前所述，零部件是由供应商削减的，但工艺不是由晶圆厂削减的。但如果晶圆厂被淘汰怎么办？这种情况仍可能以多种方式发生：火灾（例如瑞萨 2021）、干旱（即使水回收率很高，晶圆厂也是用水密集型企业，而中国台湾 2021 年的干旱限制了台积电和美光晶圆厂所在地区的用水量），然后发生地震、海啸或战争行为。

答案在于针对制造安全进行设计，利用 ASIC 开发人员与晶圆厂的关系，尽可能启用多个生产站点。

应该强调的是，这并不是与多家晶圆代工厂签订合同的理由：设计套件会有所不同，工艺特定IP的可用性也会有所不同，这会在很多方面影响电路设计和布局并增加成本无理地。

相反，可以指定一个拥有多个晶圆厂的制造商。例如，台积电通过在中国台湾北岛和南岛建有两座晶圆厂来抵御海啸和地震。

此外，较大的晶圆厂也可以实现地理隔离，这些晶圆厂继续在多个地点进行生产，以实现更受欢迎的工艺。台积电最近宣布在德国、日本和美国设立晶圆厂，格罗方德在新加坡和德国也有一些工艺节点。虽然这些制造工厂不提供所有工艺节点（例如，德国台积电仅生产 28/22 平面 CMOS 和 16/12 nm FinFET），但可以选择工艺来构建额外的弹性。

这种扩大的地理范围还意味着，如果客户要求在特定国家/地区制造或测试，则可以得到保证。

如果最坏的情况发生怎么办？我已经说过，削减的是组件，而不是流程。但如果真的发生了会发生什么呢？或者如果一个关键晶圆厂在没有备份的情况下被拆除怎么办？或者晶圆厂改变了所有权并阻止您与他们合作？

即使只有一个晶圆厂能够提供最合适的工艺，也存在安全性。在这种情况下，可以将 ASIC 作为晶圆或芯片进行保存（存储），这比保存封装和经过全面测试的芯片库存要低得多。

这种晶圆或芯片库可以提供足够使用一两年的设备。这可以在临时中断的情况下（例如，由于干旱而暂停生产）提供恢复能力。需要时仍然有库存，并且在需要这种最坏情况的情况下，可以争取时间将设计迁移到替代晶圆厂。为了安全起见，您需要将芯片保存两年，以便有时间迁移和验证新器件。

制造 ASIC 的最后一个要素是 OSAT（外包组装和测试）。同样，较大的 OSAT 提供商拥有多个地点，可以在封装和测试操作中实现冗余（这些步骤通常在接近 ASIC 最终交付时进行）。然而，应该说，移动 OSAT 比移动晶圆厂要快得多，成本也低得多，但要获得 AEC-Q100 的完整汽车资格需要几个月的时间。