建造新厂需要哪些条件？美国半导体投资正面临三种人才压力

电子工程专辑讯 半导体企业的高额投资正在不断创造新记录，在美国联邦政府千载难逢的支持推动下，美国的半导体制造能力正蓄势待发，准备大举扩张。这一战略旨在重新平衡美国的供需状况，在半导体制造、设计和知识产权方面建立更大的自主权。正如美国商务部长所说，目标之一是推动美国到 2030 年生产出全球 20% 的尖端逻辑芯片。所有这些投资预计将为制造工厂（fabs）创造多达 48000 个就业岗位，其中一些工厂将在未来两到三年内开始运营。这些新增的工作岗位数量还不包括该行业在同一时期可能出现的自然减员。

麦肯锡报道指出，这三个劳动力资源库分别是建筑技工、工程师和技术人员，这方面的人才供应仍然不足。针对每个人才库采取有针对性的策略至关重要——人员短缺可能会危及该行业在国家/地区的目标，推高劳动力成本，并延迟或降低这项巨大投资的回报。要满足对半导体人才的需求，除了已经计划或正在实施的劳动力发展计划之外，可能还需要多个公共和私营机构的合作。

巨额半导体投资下的行业人才挑战

美国政府通过《芯片法案》（CHIPS and Science Act of 2022）为美国半导体研究、开发和生产投资拨款近 530 亿美元外，半导体公司还宣布到 2032 年将在美国投资超过 2000 亿美元建设晶圆厂 。例如，据麦肯锡对公司数据的分析表明，纽约的工厂扩建将创造约 10000 个新的就业机会，亚利桑那州的四个新工厂将创造约 7500 个就业机会（见图 1）。

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尽管美国晶圆厂运营规模扩大，但半导体行业的人才招聘和留用却出现了明显的下滑。

麦肯锡曾撰文指出半导体行业面临的人才困境，包括劳动力老龄化、技能基础不断变化、新劳动力选择从事数字和分析领域的工作而非制造业。

图2

2017 年到 2022 年期间，半导体职位发布的年复合增长率约为 2010 年至 2017 年期间的六倍。此外，2018 年至 2022 年期间，半导体职位发布的开放时间比 2010 年至 2017 年期间长约一周。

2022 年，技术人员职位发布的活跃状态上升到 28 天，达到了 COVID-19 大流行开始前的峰值水平。

与此同时，自然减员率一直非常高，麦肯锡的分析表明，自然减员率可能会更高。2023 年，53% 的电子和半导体行业员工表示，他们至少有可能在未来三到六个月内离职，而 2021 年这一比例为 40%（见图 3）。

图3

在这种情况下，半导体公司必须想方设法寻找更多的新人才，为其不断扩大的美国业务配备人员。

在人才上，建新厂需要哪些条件？

工厂有独特的环境和要求。例如，半导体洁净室是封闭的环境，对温度、气流、光线、噪音和振动都有独特严格的要求。在工厂工作的建筑工匠、工程师和技术人员必须熟练掌握维护必要条件的技能，以遵守安全和质量保证标准。

建造一座新的半导体制造工厂需要哪些条件？

首先，需要两到三年的建设期，一年或更长的设备安装和试运行期，一些尖端设施的投资额超过 200 亿美元。而工厂启动和运行的每个阶段都需要不同类型、不同数量的人才。建筑工匠是建设阶段的关键，而工程师和技术人员则需要在建设的最后阶段设计和安装设备和工艺线。一旦开始运营，工程师和技术人员就需要在以下几个领域发挥作用：制造、集成和产量、中央实验室、设施、质量保证、产品管理、工业工程等。例如，一座月产能为 20,000 至 45,000 片晶圆的尖端工厂需要聘用 1,100 至 1,350 名工程师和 950 至 1,200 名技术人员。

半导体行业的人才需求主要分为三类：

• 建筑工匠

建筑工匠包括焊工、电工、木工、泥瓦匠和其他熟练技工。他们一般都上过技工学校，完成了学徒培训，或在工作中学会了自己的手艺。麦肯锡曾撰文指出，为公共基础设施建设拨款 5500 亿美元的立法掀起了全国商业和住宅建设的热潮。在这股热潮中，管道安装工、木匠和其他拥有专业技能（如工具校准）的技工越来越紧缺。而其他不需要工人具备建造半导体工厂所需技能的行业，也在从同样有限的劳动力储备中招募人才。麦肯锡的分析表明，大约每 10 亿美元的晶圆厂建设费用中，就有 100 名工人专门从事建设阶段的工作。其中，建筑工程专家约占 60%。

• 工程师

工程师的作用多种多样，他们需要帮助操作设备和进行各方面的生产。除了不同程度的经验外，工程师还拥有四年制或高级学位，专业包括电气、化学、工业和计算机工程或某些材料科学。

工程师在制造业中的职责包括以下方面：

• 工艺工程师负责监督工艺稳定性、配方开发和优化。
• 设备工程师负责工具功能和可靠性以及战略改进。
• 生产控制工程师负责管理和协调各模块的活动。
• 生产经理负责监督生产班组。
• 工程经理负责监督非轮班生产团队。

此外，还有一些工程人员负责集成和产量：

• 集成工程师负责开发、优化和稳定各模块的工艺集成。
• 良品率工程师负责提高良品率，进行无污染生产（CFM）和测试。
• 集成和良率经理负责监督集成和良率团队。

此外，工程师还需要在中央实验室对材料进行测试和分析，确保生产和可靠性质量，并监督产品管理，包括引进主要新产品和监督产品从研发测试到生产的生命周期。他们还需要履行工业工程职责，如产能规划和生产线综合分析。

• 技术人员

技术人员的需求也是多种多样的，每种角色都需要不同的经验、能力和教育。大多数技术人员都经过在职培训或完成认证课程。维护技术人员通常具有丰富的机械或工厂工作背景，许多人还完成了社区学院或贸易学校的课程。

半导体工厂技术人员的人才梯队包括其他涉及无尘室制造行业的熟练工人，如制药和生物技术、医疗设备制造、化学制造、食品和饮料加工以及航空航天制造。这些工人拥有多项技能，非常适合在晶圆厂设施和运营中发挥作用，如了解良好的制造流程（包括可追溯性和可重复性）、熟悉严格的安全标准和协议（如国际标准化组织（ISO）制定的标准和协议）以及文档和质量控制。

同样，具有重型资本设备和机械加工背景的工人——包括军事维护人员、发电系统、塑料和橡胶机械以及汽车和发动机制造——可以在工厂设施、维护和设备岗位上大显身手，这要归功于他们在维修、安装和维护机械方面所表现出的机械天赋、技术熟练程度、阅读设备蓝图的能力，以及对故障排除、诊断和校正建筑系统和设备的熟悉程度。

旨在满足人才需求的劳动力发展计划

据估计，半导体行业新创造的 60% 的工作岗位（包括熟练的技术岗位）都不需要学士学位。因此，《CHIPS 法案》所涵盖的劳动力发展工作绝大部分集中在技术人员身上，支持社区学院的职业和技术教育计划以及学徒制等培训计划。此外，对这些项目的拨款可能会进展缓慢，或低于《CHIPS 法案》授权的金额。例如，美国经济发展管理局的 Tech Hubs 计划，虽然授权在五年内获得 100 亿美元，但在 2023 财年启动时只获得 5 亿美元。

有几类劳动力发展计划已经在为半导体行业未来的人才需求培养工人。它们的影响时间从几年到几十年不等。

• 社区学院认证

社区学院正在提供具有成本效益、有针对性的培训和认证计划，为更广泛、更多样化的潜在劳动力提供通往半导体技术员岗位的途径。例如，在 2023 年，佛罗里达州承诺为半导体劳动力发展提供 5000 万美元；这项投资支持了几所社区学院扩大其半导体技师课程和开发新的工程技术副学士学位课程的努力。

• 网络资源

私营企业、政府机构和学术伙伴之间的合作正在创建资源网络，以共享知识并帮助加强学生与未来雇主的联系。例如，东北大学半导体网络（Northeast University Semiconductor Network）是美光科技公司（Micron Technology）与几家高等教育机构的合作项目，旨在合作开发使用行业支持的技术内容的课程，并为学生提供使用教学实验室和无尘室的机会。

• 公私合作伙伴关系

由公司资助、大学主导的培训未来半导体工程师和技术人员的计划可以利用反馈回路，使课程开发与行业需求保持一致。例如，俄亥俄州英特尔半导体教育与研究计划已投入 1 亿多美元，用于资助半导体教育与培训。10 由俄亥俄州八所高等教育机构领导的计划旨在共同提供 2,300 多份奖学金，并为 9,000 名学生提供教育。

• 机构合作

与此同时，大学与当地社区学院之间的合作关系可以通过为半导体行业的各个层次和各个角色开发机会，帮助扩大潜在的劳动力队伍。普渡大学和常春藤技术社区学院在印第安纳州的合作项目 Green2Gold 就是这样一个合作项目，它提供工程专业的联合副学士学位和学士学位。该项目是扩大该地区半导体人才梯队的更大努力的一部分。

• 青少年宣传

行业参与者可以通过提高初高中学生对半导体职业机会的认识，帮助培养长期的人才基础。例如，作为三星奥斯汀半导体公司 5 星级劳动力发展计划的一部分，泰勒独立学区（德克萨斯州奥斯汀附近）获得了 100 万美元的资助，通过为 24 名高中生提供暑期实习机会来加强职业和技术教育。

尽管努力发展，但劳动力缺口依然存在

根据麦肯锡对项目说明和公告的分析，到 2029 年，劳动力发展项目可能会雇用约 12,000 名工程师和 31,500 名技术人员。然而，即使将这些计划与《CHIPS 法案》的努力结合起来，乐观的预测也表明劳动力仍将存在相当大的缺口，尤其是工程人才库（见图 4）。

图4

半导体行业显然需要解决紧迫的人才问题，以充分实现历史性投资和巨额资本支出的目标。需要同时、认真地部署更广泛的合作举措，以动员所有三个目标劳动力库中的必要人才。计划和合作伙伴关系可能需要额外的营销举措来推广计划，需要全方位的社区服务来支持学员，以及计划课程和雇主寻求鼓励计划完成并符合招聘标准的技能之间的紧密联系。