【等深线】汽车业“缺芯”大考

【等深线】汽车业“缺芯”大考
2021年06月25日 11:17 等深线

中国经营报《等深线》记者 陈茂利 北京报道

“我们最大的挑战是供应链,尤其是微控制器芯片(MCU),从没出现过这样的情况。”马斯克在推特中声称:“对供应不足的担心导致每一家公司都在过量下订单。”

进入2021年,全球汽车产业尚未度过因“缺芯”停工、减产的劫难。大众、丰田、日产、福特、铃木、沃尔沃等车企正身处“芯片荒”的“飓风”中。据IHS预测,2021年第一季度由于芯片短缺所引起的轻型汽车减产数量达67.2万辆,第二季度的汽车将减产130万辆。

“车用MCU紧缺是造成汽车断崖式缺货的主要原因。”信达证券的电子行业首席分析师方竞在研报中指出。多家汽车厂商向《等深线》记者确认了这一说法。据了解,MCU芯片是电子控制单元(ECU)的必备组件,平均每辆车大约有50个微控制器,用于刹车、空调、仪表、安全、门锁和其他系统。

芯片对于智能汽车的价值就好比燃油汽车时代的发动机一样,能把传感器的数据(新时代的能源)转化成精准的决策。“芯片荒”从汽车行业发端,迅速席卷整个制造业。国际领先投行高盛的一项研究报告显示,全球有多达169个行业在一定程度上受到了芯片短缺的冲击。其中,电源管理芯片、OLED驱动芯片、车用芯片供应吃紧。

“少一颗芯片,产品都没有办法出货,因为一颗0.8美元的芯片,可以导致200美元的笔记本电脑无法生产。”一名半导体供应链分析师指出。

疫情可以说是“芯片荒”发生的始作俑者。2020年第一季度,疫情发生,多数车企对市场持悲观预期,主动撤单,供应链备货大幅下降,生产计划萎缩。同年第二季度,消费电子需求率恢复,产能(含生产物料)向消费电子转移。2020年第四季度车市向好,汽车半导体产能出现不足。除了供需错判的原因,美国得州暴雪、东南亚二轮疫情、瑞萨电子着火等天灾人祸也加剧了芯片短缺。

“芯片短缺还受一些恐慌性心理的影响,大家预测到芯片短缺,都加大订单。一旦加大订单后,产能就会不足,每家企业下的订单比原来高出1~3倍,汇集到芯片厂家手里,是完全保证不了的。”中国汽车工业协会副总工程师许海东在接受记者采访时表示。

值得一提的是,汽车行业缺货最为严重的MCU芯片全球市场竞争格局高度集中,主要供应商为瑞萨电子(日本)、恩智浦(荷兰)、微芯科技(美国)、英飞凌(德国)、三星电子(韩国)、意法半导体(意法)等国外厂商,合计市场占有率超过70%,而国内MCU芯片厂商仅在低端市场具有较强竞争力。

为此,在芯片全球市场竞争格局高度集中的市场环境中,中国“强芯补链”便成为一项重要课题。

被芯片扼住咽喉的汽车业

“缺芯到了什么地步?我知道的是,某豪华品牌刚给经销商开完会,由于电子控制单元(ECU)缺芯片,生产出来的车可以发给经销商,但不能卖。但又不能因为缺一两个零部件就都堆在工厂里,不仅放不下,也会造成销售流程混乱。所以先把车发给经销商,放在仓库里,经销商付采购费用,让资金流转起来。因为卖不出去造成的损失,主机厂会给经销商补偿。”北京一家经销商集团旗下豪华车4S店总经理告诉记者。

“芯片荒”正在从生产端传向销售终端。进入第二季度,记者走访多家4S店发现,部分车企区域市场4S店出现没有现车,购车周期长的情况。以奔驰为例,奔驰E级和GLC在北京地区某些4S基本没有现货,提车要等两、三个月左右。上海地区一家上汽大众4S店朗逸车型受缺芯影响提车周期从原来1~2周延长至1~2个月。

等待组装完成的“汽车”       《等深线》记者 陈茂利

缺芯不仅影响了当下一些车型生产,也对一些计划量产的车型造成了影响。“我们接了造车新势力的一个项目,明年8月份要量产,但缺电池开关芯片,拿货要52个周(约12个月)以后,并且交货周期还不保证,过去只要3个月就够了。”安波福一名工程总监告诉记者。

据悉,目前车联网导航芯片的最新价格是去年同期的5~7倍,甚至一些汽车电子的关键芯片,最高涨价超过20倍。

“公司为了保证生产经营的正常进行,一直有高层领导蹲守上海。”长安汽车董事长朱华荣近期在股东大会上表示。受“芯片荒”所迫,国内一些车企派遣高管轮流在芯片制造商门口蹲点,以便抢先对手将新生产出来的芯片拿到手。

除了抢芯片,“抢产能”也成为部分车企稳定供应链的方式。有报道称,特斯拉为确保芯片供应,不仅可能采取对供应商预先付款的方式预订产能,并有意收购中国台湾地区的存储器厂商旺宏的6英寸厂,来解决车用芯片短缺问题。

“对供应商预先付款的方式预订产能,并非产业惯用的做法。”长城汽车的研发高管告诉记者,“特斯拉此举应该立足芯片产业链确保可控,因此想继续下探到晶圆,各家整车厂都在寻找关于芯片保供的解决方案。”

无独有偶,据日经新闻报道,大众、戴姆勒、丰田等车厂也在争先抢夺芯片,除了增加芯片库存外,也考虑祭出长约,来获取稳定的供货。其中,大众将首先改变准时制生产方式,使供应链保有比以前更多的库存,降低发生天灾等情况带来的暂时性零部件不足影响。

据报道,大众正在和全球最大的功率半导体供应商英飞凌、晶圆代工龙头台积电等厂商进行协商,希望借此确保充足的车用芯片产能,大众已出示为期12个月、18个月的契约。德国大型零部件厂商大陆集团的首席财务官Wolfgang Schaefer对外确认,与半导体厂商“已经部分引进(长期合同)”。

“过去,汽车制造商并不会直接绕过零部件厂商去(Tier1)购买芯片。主机厂会找一级零部件厂商下单计划所需要的模块和部件,自己并不会直接购买芯片,再由零部件厂按计划向芯片设计厂商下单。”国内一家芯片分销平台FAE(现场技术支持工程师)彭工告诉记者,“所以芯片设计厂商的终端客户以零部件厂居多,除非是主机厂自己设计。”

“芯片荒”改变了这一行业惯用做法,不少汽车制造商开始主动接触芯片设计厂商去“抢货”。紫光国芯微电子股份有限公司副总裁苏琳琳告诉记者,“过去是我们主动找Tier1谈供货,到了今年,很多人都来找我们了,要最缺的MCU。”

多重因素叠加导致“芯片荒”

 “芯片荒”从汽车行业发端,迅速席卷整个制造业。国际领先投行高盛的一项研究报告指出,全球有多达169个行业在一定程度上受到了芯片短缺的冲击,包括从消费电子、钢铁产品、混凝土生产到空调制造、啤酒生产等所有行业,甚至连肥皂制造业也受到了影响。

今年3月,手机行业领导者苹果公司(Apple)率先自曝缺芯。该公司相关负责人表示,由于缺少零部件,一些新型高端iPhone的销售受到了阻碍。随后OPPO、小米、一加等手机品牌纷纷公开承认缺芯。

“整体性的缺货、供应链紧张是一个事实,因为现在汽车、IoT(物联网)市场需求很旺盛,手机行业需求也没有下降,因此这种供应链紧张、困难的情况可能持续两三年。”今年3月11日,OPPO Find X3系列发布后,OPPO副总裁、中国区总裁刘波表示。

那么什么导致了本轮“芯片荒”?许海东指出,本轮“芯片荒”主要是市场供需关系失衡导致。

2020年后,突入其来的疫情黑天鹅对第一季度、第二季度的汽车市场造成巨大冲击,致使车企对未来汽车销量持悲观预期。

疫情暴发之初,就有银行机构预测,新冠肺炎疫情对消费者需求的连锁反应可能会导致2020年全球汽车产量下降16%。

“2020年上半年,受疫情冲击汽车销量不佳,整车厂遵循准时制生产方式(Just In Time)经营模式而大幅砍单。”方竞分析称。

 准时制生产方式又称“无库存生产方式”,是日本丰田汽车公司率先采用的一种生产方式,指的是将必要的零件以必要的数量在必要的时间送到生产线,旨在通过多品种、少批量、短周期的生产方式,消除库存,优化生产物流,减少浪费。

某汽车企业的组装生产线《等深线》记者 陈茂利 摄

虽然台积电方面曾提醒汽车领域的客户,一旦砍单,再想要追加订单,产能是不可能一下调转过来的,不过,未能阻止砍单行动。数据显示,全球超60%的车规级芯片晶圆由台积电代工,2020年第二季度汽车芯片占台积电营收比例由5%~6%降至2%~3%。

就在汽车领域客户大肆砍单之际,2020年第二季度手机、电脑、游戏机等消费电子需求率先恢复,产能(含生产物料)开始向消费电子转移。同期,华为、小米、OPPO、VIVO加大采购量,也挤占了汽车半导体产能。

 “让池总(华为智能解决方案BU Marketing与销售服务部总裁池林春)给我们腾出来一些芯片。”东风汽车公司一高层在中国汽车论坛上开玩笑似向记者表示。

不过,许海东强调,消费电子芯片的生产规格标准相比汽车芯片低,且利润更高也是驱动晶圆厂转产的原因。

不料,从2020年下半年开始汽车销量反弹超预期,整车厂重启拉货,但由于部分生产汽车芯片晶圆的产能已经转向消费电子领域,短时间内供应难以快速恢复。许海东直言,“你要增加订单,人家(晶圆厂)转产过来没有几个月是不可能的。”

除了市场供需错判的原因,汽车芯片生产厂商遭遇“天灾”也引发了全球汽车供应链“震荡”。

今年2月,美国半导体重镇得克萨斯州遭遇罕见暴雪,导致天然气管道被冻结,全州大面积停电,电力供应紧张,造成包括三星、恩智浦、英飞凌等半导体厂商在该地的工厂停产。

雪上加霜,今年3月底,全球第三大汽车芯片厂瑞萨电子位于日本茨城县的一座生产12英寸晶圆的大楼突发大火,直接导致工厂临时停产。

当时火灾波及的终端芯片66%为汽车车用芯片,34%为基础设备、loT芯片。而该生产线制造的汽车MCU正是汽车行业极度短缺的半导体,瑞萨在该领域占全球市场的30%。

“‘芯片荒’是多重因素叠加的结果。”有业内人士告诉记者,“偶发因素导致的芯片产能紧张,一旦解决便能缓解眼下的缺芯局面,比如瑞萨电子在6月中旬左右恢复全部产能。”

不过该人士也指出,半导体行业也正面临一些不利因素,6月初,马来西亚进行的防疫管制给芯片生产需要的多种被动器件产能带来打击。台湾新竹科学园区包括联电、世界先进、旺宏等晶圆大厂面对由高温引发、可能到来的停水危机。

许海东预测,就国内来讲,上半年因芯片短缺对销量产生的影响小于10%,下半年将会逐渐缓解,第三、四季度有可能会把损失补回来。

不过,从长期来看,芯片供应会持续处于紧张状态,理由是智能电动汽车对芯片的需求,远远大于传统车。比亚迪品牌与公关总经理李云飞表示,“燃油车的芯片成本大概是100~200美元,电动汽车则可能是1000美元左右起步。而到了智能电动时代,单车芯片成本可能会倍增至4000~5000美元,高端车甚至更多。”

“缺芯”引发生产模式之争

缺芯引发的“蝴蝶效应”,不仅影响了当下制造业生产,从长期来看,极有可能重塑芯片生产模式的现有格局。

芯片生产主要包含设计、制造、封装、测试四个环节,主要有两种生产模式:IDM(整合设备制造)、晶圆代工模式。其中晶圆代工模式又包含Fabless(无工厂模式)和Foundry(晶圆厂,代工厂)模式。

IDM(Integrated Device Manufacturing)模式,集芯片设计、制造、封测一体化,该模式下的集成电路企业拥有集成电路设计部门、晶圆厂、封装测试厂,属于典型的重资产模式,对研发能力、资金实力和技术水平都有很高的要求。全球只有几家公司有这样的实力,如英特尔、三星、德州仪器等超大型公司。

晶圆代工模式源于集成电路产业链的专业化分工,形成无晶圆厂设计公司、晶圆代工企业、 封装测试企业。Fabless模式,只做芯片设计和销售,其他环节全都使用外部资源,使用这种模式的有高通、英伟达、联发科等公司。Foundry模式,仅专注于集成电路制造环节,代表公司有台积电、中芯国际。

全球集成电路产业中,IDM模式是芯片行业的基础模式,一直以来也主导着行业。但近年来随着晶圆代工的出现,代工业水涨船高,不断“围剿”传统IDM模式,甚至有言论称,代工有盖过IDM的趋势。

不过,在本轮“芯片荒”中,IDM模式在抵御外部风险、保障供应链的稳定性上优势凸显。而大多数采用Fabless模式的芯片厂商,都在使出浑身解数寻找产能。

“现在晶圆代工厂的产能已经是竞拍模式了,由于晶圆厂产能已经100%负荷了,在资源有限的(情况下),比如台积电可能对外统一涨价20%,但是设计厂商也会出价,像投标似的,价高者优先排单。”彭工告诉记者,“简单来讲,就是设计厂商拿着订单和价格找晶圆厂排单,想要产能,就自己出高价,下大订单。当然是私底下进行的。”

“缺芯”正在拉长各大车企的交货期《等深线》记者陈茂利摄

“代工模式是目前国际上比较流行的生产模式,比如说华为海思就只做设计,交给下面的企业生产、测试和封装,这种专业化分工,效率会更高。但随着现在全球的政治形势变化,尤其疫情影响,各国都非常重视供应链安全,也都在考虑怎么样补供应链,未来很可能不光是芯片产业的IDM模式,大部分的产业恐怕都要有IDM的基础,类似于口罩、医疗器械等,为了战略安全,它一定要做自己能够控制的战略物资。”许海东告诉记者。

今年3月份,IDM模式的代表厂商英特尔新任CEO帕特·基辛格宣布,在坚持继续采用IDM模式的同时,将对其进行革新,朝着“轻IDM模式”转变。该模式被称为IDM 2.0模式,最大的亮点在于对外承接晶圆代工及封装业务,这就意味着直接与台积电、三星竞争。

华为也有意往IDM模式发展,将芯片研发、生产、封装、测试等一系列生产环节都掌握在自己手中。

全盘涨价,增加产能

在整车厂因为“缺芯”叫苦不迭时,芯片设计厂、晶圆厂、封测代工厂又焦虑又甜蜜。

“目前旺宏产能被客户‘抢翻天’”,不只是double booking (重复下单),甚至triple booking(三倍下单)。”全球NOR Flash龙头旺宏电子董事长吴敏求公开表示。公开资料显示,小到汽车摄像头,大到高级驾驶辅助系统(ADAS)都会对NOR Flash产生一定量的需求。

产能紧张但迎来景气周期,今年年初,瑞萨电子、恩智浦、意法半导体等全球半导体巨头决定提高汽车和通信设备产品的价格,涨幅为10%~20%。其中,继今年1月1日宣布涨价后,全球第二大MCU供应商意法半导体于5月17日再次向客户发出涨价函,宣布自6月1日开始,所有产品线涨价。

“我们的许多材料供应商正在努力满足我们的需求,这也导致成本增加和更激进的商业条款,以维持供应商向我们持续供应这些稀缺的材料。”意法半导体方面表示。

“芯片荒”引发半导体厂商涨价开始犹如击落地第一块“多米洛骨牌”开始蔓延至晶圆生产、封装、测试环节。

下游晶圆厂联电、格芯、世界先进等多家晶圆代工厂针对8英寸代工急单与新增投片订单报价上调10%~15%。台积电于今年初首先取消了对大客户12英寸接单折扣。以“日月光”为代表的封测大厂2021年计划第三季度取消3%到5%价格折扣,并涨价5%至10%。

不过,涨价只是应对“芯片荒”短期的措施。从长期来看,随着5G通讯、智能汽车发展,对芯片的需求将大幅度增长。根据SEMI(国际半导体产业协会)预测,到2022年,半导体行业将实现三年连续增长,迎来超级景气周期。

为此,在芯片供应吃紧、交货期持续拉长的大背景下,扩产成为不少晶圆厂的重要规划。

台积电方面宣布,计划在未来3年投资1000亿美元,用于增加产能,支持先进半导体技术的制造和研发。此外,台积电还计划扩大5nm产能,在今年下半年将产能从去年四季度的9万片/月提升至12万片/月。

同期,联电宣布,将联合全球先进客户,扩充在台南科学园区的12寸Fab 12A P6厂区的产能。根据协议,客户将以议定价格预先支付订金的方式,确保取得P6未来产能的长期保障,规划扩产部分的月产能约2.75万片,预计2023年第二季度投产。

台积电的竞争对手Intel也加入了扩产行列,计划在美国、欧洲等地区建立更多工厂,并承诺公司的绝大多数芯片将由内部生产。

其中,Intel计划斥资200亿美元在亚利桑那州Ocotillo园区建立两家新的晶圆厂,新厂将有能力生产7nm以上制程的芯片。

除了台积电与Intel之外,三星计划投资170亿美元,在美国建立新的晶圆厂,如果计划顺利,将会在今年第二季度破土动工,2023年第四季度开始量产。

国内,3月17日,中芯国际发布公告,将在深圳扩充12英寸晶圆产能,项目的新投资额估计为23.5亿美元(约合人民币153亿元)。依照计划,中芯深圳将开展项目的发展和营运,重点生产28纳米及以上的集成电路和提供技术服务,旨在实现最终每月约4万片12英寸晶圆产能,预期将于2022年开始生产。

汽车芯片国产化挑战和机遇

虽然在封装测试和芯片设计环节,中国已具备国际竞争实力,但在处理器等高端芯片,模拟芯片,光器件、配套设备材料和工艺、EDA/IP和软件方面与国际先进水平差距依然十分明显。

IC insight数据显示,目前,中国芯片自给率仅为15%。其中,本轮缺芯最为严重的汽车行业芯片自给率不足5%。

“我这边是负责国产器件的,国产器件的车规级芯片产品很少,MCU、DC/DC、接口芯片仅个别厂商有做,甚至没有量产;最多是分立器件和TVS的汽车级产品。”彭工一语道出了目前中国汽车行业半导体发展现状。” 据了解,MCU、GPU、FPGA等通用汽车芯片被英特尔、英伟达、恩智浦、瑞萨电子等国外企业高度垄断。

“汽车行业IC(芯片)类产品导入很难,产品认证一般做下来要2年左右,验证周期又要1年。在厂商技术不够、市场驱动力不足的情况下,若不是国外品牌缺货,汽车行业几乎不会给国产品牌IC导入验证机会。”彭工指出,产品除了要做AEC-Q认证,生产环节还要做IATF16949规范认证。

除了认证周期长,国外芯片企业和国内外零部件供应商与整车厂已形成强绑定的供应链,行业壁垒高,也是让国内新晋芯片企业头疼的难题。

 “车规级关系到安全,它的可靠性的门槛是很高的。一般整车厂对一个新的芯片公司进入,总要打一个巨大的问号:有没有其他车厂用过?我们要去突破一个巨大的心理门槛。”地平线创始人兼CEO余凯坦言。

如何突破车企不敢用的心理防线?苏琳琳指出,“所谓顾虑,就是说我认为它不安全。那怎么证明它是安全的,有两种办法:一种是测试它到底安不安全;第二种是,别人已经用过的芯片,我直接拿来用,因为这是被别人验证过的,所以能保障是安全的。目前车厂有所顾虑,也是因为不想花费大量投入去做测试,去验证芯片的安全性。怎么解决这个问题?我们会找到最好的合作伙伴,共同把芯片在它的车上用起来。一旦用起来了,就有了相关的测试报告,有相关的测试案例。只要有一个实用的案例,就一定会撕开口子,其他车厂就一定会敢用你,这是非常有意义的。”

产业链的“千头万绪”正在经历“缺芯”考验  《等深线》记者 陈茂利 摄

“智能汽车会像智能手机一样有快速的迭代,如果还像以前一个环节扣一个环节等下去的话,整个研发和上市的周期会不太适应现在的互联网时代。如果想缩短上市的周期的话,就一定要关注到上游,只有芯片这个基层能满足它的需求,才能做得出来相应的智能汽车。整个汽车产业链上的环节,将更紧密地联系起来,形成一个生态,大家共同围绕既定的目标相互配合,才能适应智能汽车发展的趋势。”苏琳琳表示。

不过,“芯片荒”也让更多的企业看到了中国半导体行业的发展潜力,获得了资本市场的青睐。

据云岫资本《2020年中国半导体行业投资解读》的统计,2020年半导体行业股权投资案例413起,投资金额超过1400亿元人民币,相比2019年增长近4倍。

其中,半导体领域的车规级芯片厂商也愈发被资本市场所关注。在“芯片荒”的背景下,今年2月,人工智能芯片企业地平线C3轮融资,收获了包括比亚迪、长城汽车、长江汽车电子等多家车企支持。

(编辑:张硕  校对:彭玉凤)

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