淺談芯片短缺對汽車生產(chǎn)以及供應(yīng)鏈的變化

近來，關(guān)于汽車芯片的討論熱度居高不下，一方是不斷調(diào)高價格的芯片制造商，而另一方則是紛紛宣布減產(chǎn)的汽車廠商。而夾雜其中的代工廠，更是高呼產(chǎn)能爆滿。

前幾日，有報道指出，中國臺灣經(jīng)濟部長Wang Mei-hua與臺積電高層進行過交談。之后臺積電表示，如果能夠進一步增加產(chǎn)能，將優(yōu)先生產(chǎn)汽車芯片。

臺積電稱，目前該公司的產(chǎn)能為滿負荷運轉(zhuǎn)，但其已向經(jīng)濟部保證，如果能通過優(yōu)化產(chǎn)能來提高產(chǎn)量，該公司將與政府合作，優(yōu)先供應(yīng)汽車芯片。

那些曾經(jīng)開著機械控制車子走南闖北的老司機們可能怎么也不會想到，幾十年后的今天，汽車生產(chǎn)會被一顆小小的芯片所困。而這，涉及到了幾十年來汽車生產(chǎn)以及供應(yīng)鏈的變化。

汽車之變

在20世紀60年代之前，汽車的控制依靠機械控制，機械器件雖然結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量穩(wěn)定，但效率不高，所以發(fā)動機的電噴和直噴技術(shù)應(yīng)運而生，后兩者的共同之處都是可以通過電子信號去精準控制噴油器，從而達到高效率。

隨著發(fā)動機上的傳感器越來越豐富，發(fā)動機的進氣、溫度等等參數(shù)都可以被偵測到，這些數(shù)據(jù)被統(tǒng)一回傳到 ECU，ECU 再通過事先編好的程序去針對當(dāng)時的具體工況精確控制噴油量。

ECU，就是如今導(dǎo)致汽車廠商減產(chǎn)的主角之一。ECU中文名為電子控制單元，更通俗的說法是“行車電腦”。

相關(guān)報道指出，該產(chǎn)品首次出現(xiàn)在 1968 年，當(dāng)時率先被搭載在了大眾的一部車上。ECU 作為一個集成化的部件，它具備一定的信息運算能力，而這運算能力就需要依靠集成電路，即芯片。

在汽車技術(shù)的發(fā)展過程中，半導(dǎo)體成本（即電子系統(tǒng)零部件的成本）已經(jīng)從2013年的每車312美元增加到了如今約400美元。汽車半導(dǎo)體供應(yīng)商正獲益于微控制單元、傳感器、存儲器等各類半導(dǎo)體設(shè)備需求的大幅上漲。到2022年，半導(dǎo)體成本預(yù)計將達到每車近600美元。不難發(fā)現(xiàn)，如今汽車半導(dǎo)體的地位已今非昔比。

在汽車半導(dǎo)體的供應(yīng)過程中，同樣存在變化。在德勤發(fā)布的一份報告中指出，在傳統(tǒng)汽車行業(yè)生態(tài)體系中，半導(dǎo)體供應(yīng)商屬于Tier2廠商（二級供應(yīng)商，是跟一級供應(yīng)商簽訂合同的供應(yīng)商），他們將產(chǎn)品銷售給Tier1廠商（一級供應(yīng)商，給設(shè)備廠商供貨，也就是說產(chǎn)品直接供應(yīng)整車廠的汽車零部件供應(yīng)商），后者將技術(shù)整合成模塊交給整車廠裝配。

近幾年來，汽車行業(yè)經(jīng)歷了翻天覆地的變革，傳統(tǒng)汽車半導(dǎo)體行業(yè)的生態(tài)體系及合作模式不再固定不變，而是前所未有地相互交織，緊密關(guān)聯(lián)。供應(yīng)鏈中的角色正在不斷模糊，如今，部分汽車制造商正在設(shè)計自己的集成電路（如特斯拉）。其他一級參與者亦正在設(shè)計集成電路并進入軟件領(lǐng)域參與競爭，德國大陸集團對Elektrobit公司的收購便是這一趨勢的印證。

此外，半導(dǎo)體供應(yīng)商也在加強與汽車制造商和一級汽車行業(yè)供應(yīng)商的合作。例如，英偉達正在與奧迪合作，采用無人駕駛的深度學(xué)習(xí)技術(shù)打造人工智能平臺。

在此之前，作為Tier2的半導(dǎo)體廠商廠商基本上都是IDM（垂直整合制造工廠），20年來，先進晶圓廠高昂成本早已令許多IDM廠商停止建立先進的工廠，轉(zhuǎn)向“無晶圓廠化/輕晶圓廠化”。但是，這些IDM廠商均保留了自有的專利流程，將部分生產(chǎn)外包至晶圓代工廠。

一開始，這僅涉及一小部分重要的汽車產(chǎn)品（如信息娛樂及顯示驅(qū)動），重要組件如動力系統(tǒng)或底盤控制組件仍由IDM廠商自行制造。然而，如今隨著IDM廠商逐步將重要應(yīng)用外包至晶圓代工廠，這一趨勢正在改變轉(zhuǎn)變。例如，高級駕駛輔助系統(tǒng)需要先進的微控制單元，但許多IDM廠商自身卻并不具備相應(yīng)的制造能力。

這一因素，也就導(dǎo)致了本文一開始提到的：臺積電等代工廠產(chǎn)能爆滿。數(shù)據(jù)顯示，臺積電去年的銷售額中，汽車芯片只占3%，而智能手機芯片占48%，高性能芯片占33%。去年第四季度，臺積電汽車芯片的銷售額較上一季度增長了27%，但仍然只占該季度總銷售額的3%。

這種銷售額的占比，導(dǎo)致汽車廠商的議價能力遠不如消費電子廠商。因此，近期也有不少報道提到，瑞薩、恩智浦等芯片制造商因汽車需求飆升而提高半導(dǎo)體價格。

達摩克利斯之劍

這次芯片短缺，無疑也對國內(nèi)不少車企敲響了警鐘，供應(yīng)鏈安全問題更是成為了懸在國內(nèi)廠商頭頂?shù)倪_摩克利斯之劍。

有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2019年，我國車用芯片進口率超90%，先進傳感器、車載網(wǎng)絡(luò)、三電系統(tǒng)、底盤電控、ADAS、自動駕駛等關(guān)鍵系統(tǒng)芯片過度依賴進口。其中，電動汽車中價值僅次于動力電池的IGBT，98%以上需要從國外進口，且價格是國外的1.2倍至1.8倍。

在此次缺貨潮連番棒打之下，國內(nèi)車企意識到，在供應(yīng)環(huán)節(jié)不應(yīng)過度依賴海外。中國汽車工業(yè)協(xié)會高級官員陳世華曾表示：“芯片短缺的這一事件再次表明，擁有自主和可控的供應(yīng)鏈是多么緊迫和必要?！?/p>

自從中美 貿(mào)易 摩擦不斷，加上美國政府不斷通過“實體清單”等手段制裁我國的科技企業(yè)，尤其是半導(dǎo)體芯片領(lǐng)域更是受災(zāi)嚴重。芯片遭遇了卡脖子的問題，不只消費電子領(lǐng)域，而且也會慢慢向其他領(lǐng)域傳導(dǎo)，汽車行業(yè)也不會例外。而這，也成為了國內(nèi)自主芯片研發(fā)廠商的一次機遇。

許多車企已經(jīng)意識到芯片的重要性，紛紛走向自研或者聯(lián)合芯片公司研發(fā)的道路。如北汽集團與Imagination集團、翠微股份合資成立了北京核芯達科技；上汽與英飛凌成立了上汽英飛凌汽車功率半導(dǎo)體有限公司；零跑汽車與大華股份聯(lián)合研發(fā)AI自動駕駛芯片。2020年9月19日，由120余家整車、零部件、芯片企業(yè)組成的中國汽車芯片產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，目標(biāo)顯然是解決汽車產(chǎn)業(yè)芯片供應(yīng)問題。

從宏觀方面看，由于高級駕駛輔助系統(tǒng)、人工智能、數(shù)字互聯(lián)以及傳感器等汽車電子的需求不斷增加使得汽車在其發(fā)展中提出了更多需求，同樣為國內(nèi)廠商創(chuàng)造了機遇。

如在新能源汽車等新市場需求的驅(qū)動下的第三代半導(dǎo)體材料，中國就有追趕和超車的良機。

主要原因在于第三代半導(dǎo)體材料及應(yīng)用產(chǎn)業(yè)發(fā)明并實用于本世紀初年，各國的研究和水平相差不遠，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)界和專家認為第三代半導(dǎo)體材料可以讓我們擺脫集成電路（芯片）被動局面。目前我國有露笑科技、山東天岳、三安廣電、揚杰科技、以及華潤微等眾多第三代半導(dǎo)體相關(guān)廠商。近期新上市的比亞迪漢EV則已經(jīng)搭載了比亞迪自主研發(fā)并制造的高性能SiC-MOSFET 控制模塊。

在汽車智能化發(fā)展過程中，自動駕駛在眾多汽車應(yīng)用場景中廣受關(guān)注，也是門檻較高的一個領(lǐng)域，在對AI芯片提出更高挑戰(zhàn)的同時，也增加了AI芯片的需求。

現(xiàn)在國內(nèi)能夠提供車用自動駕駛芯片的企業(yè)在快速增加，如地平線的“征程2號”自動駕駛芯片已經(jīng)應(yīng)用于長安、奇瑞等自主品牌汽車上，出貨量已超過10萬個。華為基于自主設(shè)計的汽車芯片710A，以及自研的AI處理器Ascend910，推出了智能駕駛MDC平臺。芯馳科技如今已經(jīng)正式發(fā)布了X9、V9、G9三款車載芯片產(chǎn)品，將分別應(yīng)用于智能座艙、自動駕駛以及中央網(wǎng)關(guān)。

2016年成立的黑芝麻智能科技現(xiàn)如今已先后發(fā)布了華山一號、華山二號汽車芯片，華山二號A1000芯片具備40-70TOPS的強大算力，小于8W的功耗及優(yōu)越的算力利用率，是目前能支持L2+及以上級別自動駕駛的唯一國產(chǎn)芯片。2021年，黑芝麻智能計劃投片華山三號芯片。華山三號采用7nm先進制程，算力超過200TOPS，全面支持L4/L5級別的自動駕駛，成為國內(nèi)算力第一的自動駕駛芯片。

不難發(fā)現(xiàn)，在AI芯片方面，盡管目前國外龍頭企業(yè)的高端芯片算力更強，但從市場和應(yīng)用的角度來說，國產(chǎn)AI芯片仍有很大的機會。一方面，本土AI芯片在功耗控制方面有優(yōu)勢；另一方面，國內(nèi)有大型企業(yè)推動AI技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展；此外，無論國內(nèi)市場還是政策層面，都為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了很多有利的條件。

從設(shè)備角度來看，隨著功能組合的復(fù)雜性不斷提升，汽車將需要不同類型的組件。一些細分領(lǐng)域的增長速度將超過其他領(lǐng)域。例如，無人駕駛將產(chǎn)生對傳感器和微控制器，以及處理傳感器數(shù)據(jù)的大量需求。半導(dǎo)體行業(yè)亦正在開發(fā)更加強大的微控制單元/微處理單元以處理這些數(shù)據(jù)。

在通向智能駕駛的道路上，汽車毫米波雷達受到大家垂青自有其道理。雖然毫米波雷達汽車ADAS應(yīng)用領(lǐng)域里前有博世、德爾福等國外巨頭，但目前國內(nèi)也出現(xiàn)了整車廠、華為等新玩家，同時也有加特蘭微電子等半導(dǎo)體廠商，持續(xù)在汽車領(lǐng)域發(fā)力。

當(dāng)然，北京半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會副秘書長朱晶也在《全球汽車半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及對我國該產(chǎn)業(yè)發(fā)展的建議》一文中指出了國內(nèi)汽車半導(dǎo)體發(fā)展中存在的一些問題，包括基礎(chǔ)環(huán)節(jié)的差距巨大、標(biāo)準和驗證體系缺乏、缺乏車規(guī)產(chǎn)品驗證機會以及產(chǎn)業(yè)配套環(huán)節(jié)能力薄弱等。

朱晶也給出了相關(guān)發(fā)展建議，建議指出，我國在發(fā)展汽車半導(dǎo)體方面，應(yīng)當(dāng)聚焦重點方向，實現(xiàn)國產(chǎn)車規(guī)級半導(dǎo)體產(chǎn)品的突破；加強平臺建設(shè)，解決車規(guī)半導(dǎo)體“上車”的共性需求；加強標(biāo)準布局，構(gòu)筑中國自主的車規(guī)半導(dǎo)體標(biāo)準體系以及注重協(xié)同聯(lián)動，助推國產(chǎn)汽車半導(dǎo)體驗證和規(guī)模商用。

說在最后

芯片已經(jīng)成為汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)部分，毫不夸張地說，誰掌握車用芯片和相關(guān)車用半導(dǎo)體元器件的技術(shù)和供給，誰就獲得了市場的勝出元素。因此構(gòu)建安全可控的汽車芯片供應(yīng)體系，已經(jīng)成為了產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“當(dāng)務(wù)之急”。

而最近的缺貨也倒閉各大芯片廠乃至政策制定者重新思考，如何才能更好地做好自己的供應(yīng)鏈保障。最近傳言的瑞薩砍掉外包，增加芯片自產(chǎn)就是其中一個路徑。

來到國內(nèi)方面，本土芯片企業(yè)距離大規(guī)模進入全球汽車供應(yīng)鏈，還有很長的路要走，但動態(tài)地看，中國芯片企業(yè)參與度正在提升，其芯片業(yè)務(wù)的比例與整車業(yè)務(wù)拉平甚至反超，只是時間問題。
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