汽车的「芯片荒」，还要持续多久？

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%。 这不仅让人好奇： 芯片究竟对汽车有多重要？为什么如此稀缺? 车规级芯片，现代汽车的神经元 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)。 并不「 高精尖」 的汽车芯片，为何缺了货？ 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…… … 继续阅读