汽车的「芯片荒」,还要持续多久?

发布时间: 2021-02-08 作者:汽车氪

芯片缺货,是危机,也是机遇

编者按:本文来自微信公众号“极客汽车”(ID:GeekCar),作者:刘琳,未来汽车日报经授权发布。

在刚过去的一年,「芯片」绝对是一个曝光率很高的词。先是华为由于芯片断供可能导致手机停产的消息甚嚣尘上,到了年末,芯片短缺波及到了汽车行业。2020 年 12 月,大众率先公开表示,由于半导体芯片短缺,大众将调整在中国 、北美、欧洲的汽车产量;随后,福特、丰田、福特等车企,也相继宣布因为芯片短缺而减产甚至停产;1 月上旬,15 家重点车企量产同比下降了 27.4%,预计到 6 月,全球汽车厂商减产规模将达到 150 万辆。

与此同时,汽车芯片供应商恩智浦、英飞凌等也传出了上调产品价格的消息,涨幅达 10~20%。

这不禁让人好奇:芯片究竟对汽车有多重要?为什么如此稀缺?

芯片这个高度集成化的电路板,虽然只有指甲盖大小,在汽车中的作用却至关重要。汽车上使用的芯片被称为「车规级芯片」,它几乎推动着现代汽车技术的变革。2019 年的 CES 上,博世就曾形容汽车行业对芯片的需求是「数以亿计」,2020 年,全球汽车上的芯片搭载量已达到了 25 亿颗。

(遍布汽车全身的半导体元件)

如今,每辆车上仅 ADAS 系统和导航系统,就需要 50~150 个芯片和传感器。各种功能的芯片几乎遍布汽车全身,像神经系统一样,控制着汽车的功能。自动驾驶系统、底盘和车身控制系统等处理器和控制器中(比如 ESP 和 ECU),有负责算力的 MCU(微控制单元);车载电源和电机系统中,有负责功率转换的 IGBT(绝缘栅双极型晶体管)与 MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管);气囊、胎压检测系统和车身的雷达上,有传感器中的芯片……

这次汽车芯片缺货的主角,正是用于 ESP 和 ECU 系统中负责计算的芯片(MCU)。

在这次芯片荒中,最先站出来的大众,就是由于供应商大陆和博世缺少芯片,而无法提供 ECU 和 ESP 模块。那 ECU 和 ESP 中的芯片,究竟是「何方神圣」?

与手机领域频频传出启用 5nm 芯片的技术突破相比,这次缺货的 MCU 芯片,显得没有那么「高精尖」,芯片制程为 90nm~0.13um,采用的原材料也是已经成熟的 8 英寸晶圆。

显然,导致汽车芯片缺货并不是技术问题,那究竟是什么原因呢?

前期订货不足,车企和供应商措手不及

面对去年初突然开始疫情,不少企业选择了降低产能或者关停工厂,以「休养生息」来应对疫情的威胁,汽车行业和芯片行业也不例外。普遍习惯「just-in-time」模式的汽车制造商也因此减少了零部件的订单。根据台积电给出的数据,2020 年前三季度,汽车客户的芯片订单需求一直在减少,在第四季度突然迎来订单的恢复。而第四季度正好也是汽车行业复苏的时间点。

芯片长周期的制造过程,势必无法满足突然爆发的汽车需求。更何况当时对芯片需求火热的不仅是汽车行业。

2020 年作为 5G 商业元年,正是不少电子产品更新换代的时间节点,疫情催生的「线上文化」更是带来了电子产品的销量上涨。当汽车芯片的需求撞上更早爆发手机、电脑芯片的需求,唯一的解决办法只能是「等」。难怪芯片的交货时间从疫情前的 8~10 周,上升到了 6 个月,时间延长了不止一倍。

芯片短缺背后,是原材料的短缺

这次短缺的汽车芯片——MCU 芯片的原材料,是 8 英寸晶圆。8 英寸晶圆面世至今已有近 30 年,技术成熟、物美价廉,但技术已经相对「落后」,有被制造芯片成本更低、性能更高的 12 英寸晶圆取代的趋势。

正因如此,自从 2007 年全球 8 英寸晶圆生产线数量达到顶峰之后,8 英寸晶圆生产线少有增加,原有生产线还面临老化停用的风险。这导致现在代工厂想增加产能,也没有多余的生产线可开。正如行业分析公司 VLSlresearch 总裁里斯托·普哈卡说,「在整个半导体行业,现在几乎没有什么备用产能」。

临时建厂,周期长,难度大

为了应对汽车芯片的短缺,最近不少半导体企业都传出了扩建生产线的消息。

根据国际半导体产业协会的预测报告,已经多年停滞增长的 8 英寸晶圆生产线,将在 2021 年底增加至 202 条,超出历史最高值;英飞凌公司正在扩大芯片生产线的投资;台积电已经在美国投建 5nm 芯片产线;三星也正在考虑扩建韩国或美国奥斯丁的芯片工厂……

但远水解不了近火,不论是晶圆厂还是芯片厂,从厂房扩建、设备采购、工艺调试,到真正生产晶圆、芯片,都需要漫长的时间。毕竟芯片对集成度和精度的要求极高,就算是同一批生产的设备,不同生产线造出的芯片都无法完全一样,做不到「只要买了设备、排列好,按下按钮,人人都可以生产半导体」。

也正因如此,有不少人觉得「芯片荒」将持续到 2022 年。

缺货风波引发囤货情绪

面对当前芯片的紧缺,不少客户选择大量囤货,提高芯片库存,来抵御未来的瓶颈。比如,通用汽车在去年 12 月底就要求供应商储备一年的芯片;某些国内汽车企业,也专门派人去芯片生产厂「蹲点」,来探一探芯片库存的底;美国汽车制造商甚至通过官方渠道,向台积电和其他芯片企业施压,以优先满足重要芯片的供应。这种囤货情绪之下,不仅芯片订单爆满,「加塞」情况也频发。供需不平衡,也难怪汽车芯片价格上调了。

芯片缺货,是危机,也是机遇

2019 年全球汽车芯片市场规模约为 475 亿美元,其中恩智浦和英飞凌两家,就占了四分之一的份额,相对应的,国内自产芯片只占全球产能的不到 5%,这次汽车芯片缺货的主角——MCU,更是有 80%~90%进口。这次芯片的缺货虽然是全球性的,但也给国内的半导体企业们带来了警示和机遇。

目前,国内已有越来越多的企业布局汽车芯片领域。比亚迪的 IGBT 模块在 2019 年抢占了国内电动汽车市场 18%的份额,更是传出将半导体业务单独拆分上市的消息;中车时代的车规级 IGBT 芯片产量已经达到 2 万片/月;四维图新的车规级芯片已累计出货 6000 万颗;闻泰科技收购了安世半导体,12 英寸车规级晶圆厂已经在建;北京君正收购 ISSI 芯片公司,将目标瞄准车规级存储芯片……

(比亚迪 IGBT 4.0)

虽然目前,国内企业与半导体龙头们仍有不小的差距,但汽车电子零部件巨大的市场潜力,国内电动汽车蓬勃的发展前景,都催动着国内半导体企业的发展。

最后

这次汽车芯片荒会持续多久?恐怕没有人能确定的给出答案。但是芯片荒带来的变化,生产线扩展、成本提升、利润上涨,势必会在未来很长一段时间里影响着半导体行业的发展。

也许,这正是国内半导体企业们迎头赶上的机会呢?

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