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MCU短缺只是開端,高規(guī)格芯片才是汽車行業(yè)的終戰(zhàn)場(chǎng)
【導(dǎo)讀】 隨著汽車產(chǎn)業(yè)向著電動(dòng)化、智能化方向的加速轉(zhuǎn)型,芯片供應(yīng)的產(chǎn)業(yè)鏈也將隨之產(chǎn)生劇變。
(文/張家棟 編輯/婁兵)盡管在2021年下半年,便有車企指出2022年的芯片短缺問題將得到改善,不過整車廠加大采購(gòu)及彼此之間的博弈心態(tài),再加上擁有成熟車規(guī)級(jí)芯片生產(chǎn)能力的供應(yīng)商仍處于擴(kuò)充產(chǎn)能階段,目前全球市場(chǎng)受到缺芯影響的態(tài)勢(shì)依舊嚴(yán)重。
同時(shí),隨著汽車產(chǎn)業(yè)向著電動(dòng)化、智能化方向的加速轉(zhuǎn)型,芯片供應(yīng)的產(chǎn)業(yè)鏈也將隨之產(chǎn)生劇變。
缺芯下的MCU之痛
如今回頭去看2020年底開始的缺芯潮,疫情爆發(fā)無(wú)疑是影響汽車芯片供需不平衡的主因。雖然粗略分析全球MCU(微控制器)芯片的應(yīng)用結(jié)構(gòu),從2019年到2020年,MCU在汽車電子應(yīng)用的分配都占據(jù)著下游應(yīng)用市場(chǎng)33%的分配,但相較于可以遠(yuǎn)程線上辦公的上游芯片設(shè)計(jì)人員而言,芯片的代工廠與封測(cè)企業(yè)卻受到了疫情停工等問題的嚴(yán)重影響。
隸屬于勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)的芯片制造廠在2020年呈現(xiàn)出嚴(yán)重的人手不足、資金周轉(zhuǎn)不力狀況,上游芯片設(shè)計(jì)在轉(zhuǎn)化車企需求后,遲遲無(wú)法全面排產(chǎn),致使了芯片最終難以交付至整車廠手中,進(jìn)而導(dǎo)致整車產(chǎn)能不足的狀況出現(xiàn)。
去年8月,意法半導(dǎo)體馬來西亞麻坡Muar工廠受新冠疫情影響,被迫關(guān)停部分工廠,而停工直接導(dǎo)致了博世ESP/IPB、VCU、TCU等系統(tǒng)的芯片供應(yīng)處于較長(zhǎng)時(shí)間斷供狀態(tài)。
此外,2021年,地震、火災(zāi)等自然災(zāi)害的伴發(fā)也導(dǎo)致部分廠商在短期內(nèi)無(wú)法進(jìn)行生產(chǎn)。去年2月,地震導(dǎo)致全球主要芯片供應(yīng)商之一日本瑞薩電子造成重創(chuàng),而在3月,剛剛復(fù)工的Naka工廠又因?yàn)榛馂?zāi)停工超過一個(gè)月之久。
車企對(duì)于車載芯片需求的判斷失誤,再加上上游晶圓廠為了保證材料的成本消費(fèi)保障將車載芯片產(chǎn)能轉(zhuǎn)換成了消費(fèi)類芯片,導(dǎo)致車用芯片與主流電子產(chǎn)品重合度最高的MCU與CIS (CMOS圖像傳感器)出現(xiàn)嚴(yán)重緊缺。
從技術(shù)角度看,傳統(tǒng)汽車半導(dǎo)體器件至少有40種以上,單車使用總量在500-600個(gè),其中主要包含MCU、功率半導(dǎo)體(IGBT、MOSFET等)、傳感器和各類模擬器件,自動(dòng)駕駛汽車還會(huì)用到如ADAS輔助類芯片、CIS、AI處理器、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)和MEMS等一系列產(chǎn)品。
根據(jù)整車需求數(shù)量劃分,本次缺芯危機(jī)中受到影響最大的,便是一輛傳統(tǒng)汽車需要用到70顆以上的MCU芯片,而車用MCU正是ESP(電子穩(wěn)定程序系統(tǒng))與ECU(車用主控芯片)的主要元件。以去年開始長(zhǎng)城多次給出的哈弗H6下滑主因?yàn)槔?,長(zhǎng)城表示H6多個(gè)月份的嚴(yán)重銷量下滑正是因?yàn)槠洳捎玫牟┦繣SP供貨不足。此前熱銷的歐拉黑貓和白貓也同樣因?yàn)镋SP斷供、芯片漲價(jià)影響等問題,于今年3月宣布暫時(shí)停產(chǎn)。
尷尬的是,雖然汽車芯片廠在2021年紛紛建設(shè)并啟用新晶圓生產(chǎn)線,并試圖將汽車芯片的制程轉(zhuǎn)移到舊有產(chǎn)線以及未來新的12寸產(chǎn)線,以提高產(chǎn)能并獲得規(guī)模效應(yīng),但是半導(dǎo)體設(shè)備交付周期動(dòng)輒半年以上,再加上產(chǎn)線調(diào)整、產(chǎn)品驗(yàn)證和產(chǎn)能提升都需要較長(zhǎng)的時(shí)間,這使得新建產(chǎn)能恐將在2023-2024年才能有效幫助緩解現(xiàn)階段車企的MCU需求。
值得一提的是,雖然所受壓力時(shí)間較長(zhǎng),但車企們?nèi)詫?duì)市場(chǎng)報(bào)以樂觀的態(tài)度。而且新建的芯片產(chǎn)能注定將在未來解決目前最大的芯片產(chǎn)能危機(jī)。
電動(dòng)智能化下的新戰(zhàn)場(chǎng)
只不過,對(duì)于汽車行業(yè)而言,眼前芯片危機(jī)的化解,或許只是解決了當(dāng)下市場(chǎng)供需不對(duì)等燃眉之急。面對(duì)行業(yè)電動(dòng)化與智能化的轉(zhuǎn)型,車用芯片的供應(yīng)壓力,只會(huì)在未來成倍增長(zhǎng)。
隨著電動(dòng)化產(chǎn)品對(duì)于車輛集成化控制需求的升高,且在FOTA升級(jí)和自動(dòng)駕駛不斷攀升的當(dāng)下,新能源車的芯片數(shù)量從燃油車時(shí)代的500-600個(gè)升級(jí)至1000到1200個(gè),芯片種類數(shù)量也從40種上升至150種。
有汽車行業(yè)專家表示,在未來高端智能電動(dòng)車領(lǐng)域,單車芯片搭載量將數(shù)倍增加,達(dá)到3000片以上,汽車半導(dǎo)體占整車物料成本比重,將從2019年的4%提升至2025年的12%,并或?qū)⒃?030年提升至20%。這不僅意味著電動(dòng)智能化時(shí)代,車輛對(duì)于芯片的需求量升高,其也側(cè)面反映出車輛所需的芯片技術(shù)難度與成本快速攀升。
與傳統(tǒng)整車廠所需的燃油車芯片制程70%為40-45nm、25%為45nm以上的低規(guī)格芯片不同,目前市面上主流及高端電動(dòng)車在40-45nm制程的芯片占比已經(jīng)下降至45%,而45nm制程以上的芯片占比則僅為5%。從技術(shù)角度來看,40nm以下的成熟高階制程芯片以及更先進(jìn)的10nm、7nm制程芯片無(wú)疑是汽車行業(yè)新時(shí)代下的全新競(jìng)爭(zhēng)領(lǐng)域。
根據(jù)2019年湖杉資本發(fā)布的調(diào)查報(bào)告顯示,功率半導(dǎo)體在整車中的占比從燃油車時(shí)代的21%快速提升至55%,而MCU芯片則從23%下滑至11%。
但目前各廠商透露的正在擴(kuò)建的芯片產(chǎn)能,仍多局限在當(dāng)下負(fù)責(zé)發(fā)動(dòng)機(jī)/底盤/車身控制的傳統(tǒng)MCU芯片。
對(duì)于電動(dòng)智能化汽車而言,負(fù)責(zé)自動(dòng)駕駛感知和融合的AI芯片;負(fù)責(zé)功率轉(zhuǎn)換的IGBT(絕緣柵雙晶體管)等功率模塊;用于自動(dòng)駕駛雷達(dá)監(jiān)測(cè)的傳感類芯片大幅增加的需求量,將有極大可能成為車企在下階段所要面臨的新一輪“缺芯”難題。
只不過,在新階段下,為車企帶來阻礙的或?qū)⒉皇峭饨缫蛩馗蓴_的產(chǎn)能問題,而是受到技術(shù)端制約的芯片“卡脖子”。
以智能化帶來的AI芯片需求為例,自動(dòng)駕駛軟件計(jì)算量早已達(dá)到兩位數(shù)TOPS(萬(wàn)億次操作每秒)量級(jí),傳統(tǒng)汽車MCU的算力幾乎無(wú)法滿足自動(dòng)駕駛汽車的計(jì)算要求,GPU、FPGA、ASIC等AI芯片進(jìn)入汽車市場(chǎng)。
去年上半年,地平線官宣其第三代車規(guī)級(jí)產(chǎn)品——征程5系列芯片正式發(fā)售,根據(jù)官方公布的數(shù)據(jù),征程5系列芯片算力為96TOPS,功耗為20W,能效比4.8TOPS/W。相較特斯拉在2019年發(fā)布的FSD(完全自動(dòng)駕駛功能)芯片的16nm制程工藝,單顆算力72TOPS,功耗36W,能效比為2TOPS/W的參數(shù)有著大幅的提升。而這一成果也獲得了包括上汽集團(tuán)、比亞迪、長(zhǎng)城汽車、奇瑞、理想等多家汽車企業(yè)的青睞與合作。
在智能化的推動(dòng)下,行業(yè)的內(nèi)卷極其迅速,從特斯拉FSD開始,AI主控芯片的研發(fā)就像是被打開了潘多拉魔盒,繼征程5之后不久,英偉達(dá)快速發(fā)布Orin芯片將單顆算力提升至254TOPS,在技術(shù)儲(chǔ)備上,英偉達(dá)甚至在去年還為公眾預(yù)覽了一塊單顆算力高達(dá)1000TOPS的Atlan SoC芯片。目前,英偉達(dá)牢牢占據(jù)著汽車主控芯片的GPU市場(chǎng)的壟斷地位,常年保持70%的市占率。
盡管手機(jī)業(yè)巨頭華為在汽車行業(yè)的入場(chǎng),掀起了汽車芯片行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的波瀾,但眾所周知,在外界因素干擾下,華為空有一身7nm制程SoC的豐富設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),卻無(wú)法在頂級(jí)芯片廠商的幫助下實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化推廣。
研究機(jī)構(gòu)推測(cè),AI芯片單車價(jià)值正從2019年的100美元快速向上至2025年前達(dá)到1000+美元提升;同時(shí),國(guó)內(nèi)汽車AI芯片市場(chǎng)規(guī)模也會(huì)從2019年的9億美元提升到2025年的91億美元。高速增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求與高規(guī)格芯片的技術(shù)壟斷,無(wú)疑令車企未來的智能化發(fā)展難上加難。
與AI芯片市場(chǎng)的需求相似,IGBT作為新能源車中成本占比高達(dá)8-10%的重要半導(dǎo)體部件(含芯片、絕緣基板、端子等材料),同樣對(duì)于未來汽車行業(yè)發(fā)展有著深遠(yuǎn)的影響。盡管國(guó)內(nèi)已經(jīng)有比亞迪、斯達(dá)半導(dǎo)、士蘭微等企業(yè)開始為國(guó)內(nèi)車企供貨IGBT,但就目前而言,上述企業(yè)的IGBT產(chǎn)能仍受企業(yè)規(guī)模限制,難以覆蓋國(guó)內(nèi)快速上升的新能源市場(chǎng)增量。
好消息在于,面對(duì)下一階段SiC對(duì)于IGBT的取代,中國(guó)企業(yè)在布局上并未落后太多,而盡快在IGBT的研發(fā)能力基礎(chǔ)上擴(kuò)產(chǎn)SiC設(shè)計(jì)與生產(chǎn)能力,則有望為車企與技術(shù)廠商們?cè)谙码A段的競(jìng)爭(zhēng)中贏得優(yōu)勢(shì)。
觀察一下:
在汽車行業(yè)當(dāng)前經(jīng)歷的芯片短缺問題面前,市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)芯片分銷商囤貨居奇、漫天要價(jià)的情況。無(wú)數(shù)車企更是在缺芯問題上飽受折磨,據(jù)國(guó)外研究機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì),2021年全球因缺芯導(dǎo)致的汽車減產(chǎn)量超過1050萬(wàn)輛,其中中國(guó)汽車市場(chǎng)減產(chǎn)量達(dá)200萬(wàn)輛,占比達(dá)到全球總量的19%。截至今年3月,今年全球汽車?yán)塾?jì)減產(chǎn)約為115.84萬(wàn)輛,其中,中國(guó)汽車市場(chǎng)累計(jì)減產(chǎn)7.09萬(wàn)輛,占比為6.1%。
雖然看似全球芯片供應(yīng)狀況有所好轉(zhuǎn),不過伴隨俄烏局勢(shì)、日本地震、通脹上升等新的外部環(huán)境挑戰(zhàn),全球汽車行業(yè)所面臨的芯片供應(yīng)壓力仍有可能將長(zhǎng)期持續(xù)。
另一方面,本輪“芯荒”還側(cè)面暴露出車企在產(chǎn)業(yè)鏈端的制約,由于芯片在整車內(nèi)不可替代的重要性不斷提升。乘聯(lián)會(huì)秘書長(zhǎng)崔東樹指出:“2021年,汽車芯片在主流渠道漲了5~10倍,非主流渠道甚至可能漲了10~20倍。”
截至今年3月,芯片漲價(jià)狀況仍未停止,部分國(guó)際IDM廠商已經(jīng)在今年初將車用MCU的報(bào)價(jià)平均提高了20%。此外,目前全球前五大芯片供應(yīng)商英飛凌、恩智浦、瑞薩、德州儀器和意法半導(dǎo)體都準(zhǔn)備進(jìn)一步提高汽車用MCU或功率器件的報(bào)價(jià)。其中,瑞薩、東芝和恩智浦已決定在第二季度將汽車芯片價(jià)格上調(diào)10-20%。
對(duì)于消費(fèi)者來說,芯片漲價(jià)所帶來的最直接影響便是整車價(jià)格抬升,一向以成本定價(jià)的特斯拉從去年11月19日國(guó)產(chǎn)Model 3后驅(qū)版上市以來,漲幅已經(jīng)超過11.56%;去年年底,一向在終端市場(chǎng)優(yōu)惠15-20個(gè)點(diǎn)的奧迪A6L優(yōu)惠大幅縮減至10-15個(gè)點(diǎn),漲幅達(dá)到2萬(wàn)元左右。擁有成熟供應(yīng)體系的主流合資與豪華品牌即是如此,遲到的自主品牌們顯然在供應(yīng)體系中更顯被動(dòng)。
據(jù)ICVTank數(shù)據(jù)顯示,2019年歐洲、美國(guó)和日本分別占有全球車規(guī)芯片的36.8%、32.1%和26%,合計(jì)市場(chǎng)占有率達(dá)93%,而中國(guó)企業(yè)的市場(chǎng)份額僅有2.5%。作為世界最大的新能源汽車市場(chǎng),2020年,中國(guó)新能源汽車便占據(jù)了全球市場(chǎng)份額的40%,與車規(guī)芯片的自主替代率形成鮮明對(duì)比。同時(shí),中國(guó)汽車芯片的自研率僅占10%,這也意味著,中國(guó)企業(yè)想要擺脫被芯片“卡脖子”,告別“芯荒”的唯一途徑,便是自行掌握研發(fā)與生產(chǎn)車規(guī)級(jí)芯片的能力。
事實(shí)上,芯片需求的全面提升,不僅是對(duì)中國(guó)企業(yè)研發(fā)能力的嚴(yán)峻考驗(yàn),在全球車企全面缺芯的市場(chǎng)環(huán)境下,中國(guó)車企實(shí)則也正迎來新一輪的超車契機(jī)。2021年,自主品牌車企的市場(chǎng)份額上重新站上40%大關(guān)并持續(xù)升高。其核心關(guān)鍵,正是由于自主品牌在電動(dòng)化與智能化時(shí)代不斷強(qiáng)化的產(chǎn)品硬實(shí)力。
而在“芯荒”的影響下,中國(guó)企業(yè)同時(shí)也獲得了更多時(shí)間來完成對(duì)于核心硬件的追趕,這或?qū)⒊蔀樽灾髌放茝漠a(chǎn)品端與技術(shù)端全面比肩并超越合資品牌的最佳契機(jī)。
在汽車產(chǎn)業(yè)快速變革下,整車制造能力的競(jìng)爭(zhēng)注定將向著全新的產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)儲(chǔ)備競(jìng)爭(zhēng)轉(zhuǎn)變。一如新能源變革下電池與混動(dòng)技術(shù)的重要性,芯片設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的硬實(shí)力之爭(zhēng),不僅是未來汽車企業(yè)的重要利潤(rùn)所在,更是車企實(shí)現(xiàn)銷量擴(kuò)張與品牌提升的根基。
高盛最新研究顯示,當(dāng)前每輛車的平均芯片含量為350美元,純電動(dòng)車含量可達(dá)770美元,高檔智能電動(dòng)車可超過1500美元,是目前基本類型汽車的5到6倍。顯然,目前全球范圍內(nèi)的MCU“芯荒”還遠(yuǎn)不是芯片供應(yīng)問題的終點(diǎn),面對(duì)可見的電動(dòng)化與智能化時(shí)代的來臨,更易于塑造技術(shù)壁壘的高規(guī)格芯片也注定將成為車企下階段的必爭(zhēng)之地。
本文系觀察者網(wǎng)獨(dú)家稿件,未經(jīng)授權(quán),不得轉(zhuǎn)載。
- 責(zé)任編輯: 張家棟 
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