汽车芯片供应链安全问题,悬在国内厂商头顶的达摩克利斯之剑

半导体行业观察2021-01-29
那些曾经开着机械控制车子走南闯北的老司机们可能怎么也不会想到,几十年后的今天,汽车生产会被一颗小小的芯片所困。

编者按:本文来自微信公众号“半导体行业观察”(ID:icbank),作者:邱丽婷,36氪经授权发布。原标题:《从汽车芯片缺货想到的》

近来,关于汽车芯片的讨论热度居高不下,一方是不断调高价格的芯片制造商,而另一方则是纷纷宣布减产的汽车厂商。而夹杂其中的代工厂,更是高呼产能爆满。

前几日,有报道指出,中国台湾经济部长Wang Mei-hua与台积电高层进行过交谈。之后台积电表示,如果能够进一步增加产能,将优先生产汽车芯片。

台积电称,目前该公司的产能为满负荷运转,但其已向经济部保证,如果能通过优化产能来提高产量,该公司将与政府合作,优先供应汽车芯片。

那些曾经开着机械控制车子走南闯北的老司机们可能怎么也不会想到,几十年后的今天,汽车生产会被一颗小小的芯片所困。而这,涉及到了几十年来汽车生产以及供应链的变化。

汽车之变

在20世纪60年代之前,汽车的控制依靠机械控制,机械器件虽然结构简单,质量稳定,但效率不高,所以发动机的电喷和直喷技术应运而生,后两者的共同之处都是可以通过电子信号去精准控制喷油器,从而达到高效率。

随着发动机上的传感器越来越丰富,发动机的进气、温度等等参数都可以被侦测到,这些数据被统一回传到 ECU,ECU 再通过事先编好的程序去针对当时的具体工况精确控制喷油量。

ECU,就是如今导致汽车厂商减产的主角之一。ECU中文名为电子控制单元,更通俗的说法是“行车电脑”。

相关报道指出,该产品首次出现在 1968 年,当时率先被搭载在了大众的一部车上。ECU 作为一个集成化的部件,它具备一定的信息运算能力,而这运算能力就需要依靠集成电路,即芯片。

在汽车技术的发展过程中,半导体成本(即电子系统零部件的成本)已经从2013年的每车312美元增加到了如今约400美元。汽车半导体供应商正获益于微控制单元、传感器、存储器等各类半导体设备需求的大幅上涨。到2022年,半导体成本预计将达到每车近600美元。不难发现,如今汽车半导体的地位已今非昔比。

资料来源: IHS

在汽车半导体的供应过程中,同样存在变化。在德勤发布的一份报告中指出,在传统汽车行业生态体系中,半导体供应商属于Tier2厂商(二级供应商,是跟一级供应商签订合同的供应商),他们将产品销售给Tier1厂商(一级供应商,给设备厂商供货,也就是说产品直接供应整车厂的汽车零部件供应商),后者将技术整合成模块交给整车厂装配。

传统汽车半导体供应链 ,来源:德勤《半导体:未来浪潮》

近几年来,汽车行业经历了翻天覆地的变革,传统汽车半导体行业的生态体系及合作模式不再固定不变,而是前所未有地相互交织,紧密关联。供应链中的角色正在不断模糊,如今,部分汽车制造商正在设计自己的集成电路(如特斯拉)。其他一级参与者亦正在设计集成电路并进入软件领域参与竞争,德国大陆集团对Elektrobit公司的收购便是这一趋势的印证。

新型汽车半导体供应链 ,来源:德勤《半导体:未来浪潮》

此外,半导体供应商也在加强与汽车制造商和一级汽车行业供应商的合作。例如,英伟达正在与奥迪合作,采用无人驾驶的深度学习技术打造人工智能平台。

在此之前,作为Tier2的半导体厂商厂商基本上都是IDM(垂直整合制造工厂),20年来,先进晶圆厂高昂成本早已令许多IDM厂商停止建立先进的工厂,转向“无晶圆厂化/轻晶圆厂化”。但是,这些IDM厂商均保留了自有的专利流程,将部分生产外包至晶圆代工厂。

一开始,这仅涉及一小部分重要的汽车产品(如信息娱乐及显示驱动),重要组件如动力系统或底盘控制组件仍由IDM厂商自行制造。然而,如今随着IDM厂商逐步将重要应用外包至晶圆代工厂,这一趋势正在改变转变。例如,高级驾驶辅助系统需要先进的微控制单元,但许多IDM厂商自身却并不具备相应的制造能力。

这一因素,也就导致了本文一开始提到的:台积电等代工厂产能爆满。数据显示,台积电去年的销售额中,汽车芯片只占3%,而智能手机芯片占48%,高性能芯片占33%。去年第四季度,台积电汽车芯片的销售额较上一季度增长了27%,但仍然只占该季度总销售额的3%。

这种销售额的占比,导致汽车厂商的议价能力远不如消费电子厂商。因此,近期也有不少报道提到,瑞萨、恩智浦等芯片制造商因汽车需求飙升而提高半导体价格。

达摩克利斯之剑

这次芯片短缺,无疑也对国内不少车企敲响了警钟,供应链安全问题更是成为了悬在国内厂商头顶的达摩克利斯之剑。

有关数据显示,2019年,我国车用芯片进口率超90%,先进传感器、车载网络、三电系统、底盘电控、ADAS、自动驾驶等关键系统芯片过度依赖进口。其中,电动汽车中价值仅次于动力电池的IGBT,98%以上需要从国外进口,且价格是国外的1.2倍至1.8倍。

在此次缺货潮连番棒打之下,国内车企意识到,在供应环节不应过度依赖海外。中国汽车工业协会高级官员陈世华曾表示:“芯片短缺的这一事件再次表明,拥有自主和可控的供应链是多么紧迫和必要。”

自从中美 贸易 摩擦不断,加上美国政府不断通过“实体清单”等手段制裁我国的科技企业,尤其是半导体芯片领域更是受灾严重。芯片遭遇了卡脖子的问题,不只消费电子领域,而且也会慢慢向其他领域传导,汽车行业也不会例外。而这,也成为了国内自主芯片研发厂商的一次机遇。

许多车企已经意识到芯片的重要性,纷纷走向自研或者联合芯片公司研发的道路。如北汽集团与Imagination集团、翠微股份合资成立了北京核芯达科技;上汽与英飞凌成立了上汽英飞凌汽车功率半导体有限公司;零跑汽车与大华股份联合研发AI自动驾驶芯片。2020年9月19日,由120余家整车、零部件、芯片企业组成的中国汽车芯片产业创新战略联盟,目标显然是解决汽车产业芯片供应问题。

从宏观方面看,由于高级驾驶辅助系统、人工智能、数字互联以及传感器等汽车电子的需求不断增加使得汽车在其发展中提出了更多需求,同样为国内厂商创造了机遇。

如在新能源汽车等新市场需求的驱动下的第三代半导体材料,中国就有追赶和超车的良机。

主要原因在于第三代半导体材料及应用产业发明并实用于本世纪初年,各国的研究和水平相差不远,国内产业界和专家认为第三代半导体材料可以让我们摆脱集成电路(芯片)被动局面。目前我国有露笑科技、山东天岳、三安广电、扬杰科技、以及华润微等众多第三代半导体相关厂商。近期新上市的比亚迪汉EV则已经搭载了比亚迪自主研发并制造的高性能SiC-MOSFET 控制模块。

在汽车智能化发展过程中,自动驾驶在众多汽车应用场景中广受关注,也是门槛较高的一个领域,在对AI芯片提出更高挑战的同时,也增加了AI芯片的需求。

现在国内能够提供车用自动驾驶芯片的企业在快速增加,如地平线的“征程2号”自动驾驶芯片已经应用于长安、奇瑞等自主品牌汽车上,出货量已超过10万个。华为基于自主设计的汽车芯片710A,以及自研的AI处理器Ascend910,推出了智能驾驶MDC平台。芯驰科技如今已经正式发布了X9、V9、G9三款车载芯片产品,将分别应用于智能座舱、自动驾驶以及中央网关。

2016年成立的黑芝麻智能科技现如今已先后发布了华山一号、华山二号汽车芯片,华山二号A1000芯片具备40-70TOPS的强大算力,小于8W的功耗及优越的算力利用率,是目前能支持L2+及以上级别自动驾驶的唯一国产芯片。2021年,黑芝麻智能计划投片华山三号芯片。华山三号采用7nm先进制程,算力超过200TOPS,全面支持L4/L5级别的自动驾驶,成为国内算力第一的自动驾驶芯片。

不难发现,在AI芯片方面,尽管目前国外龙头企业的高端芯片算力更强,但从市场和应用的角度来说,国产AI芯片仍有很大的机会。一方面,本土AI芯片在功耗控制方面有优势;另一方面,国内有大型企业推动AI技术的创新和发展;此外,无论国内市场还是政策层面,都为产业发展提供了很多有利的条件。

从设备角度来看,随着功能组合的复杂性不断提升,汽车将需要不同类型的组件。一些细分领域的增长速度将超过其他领域。例如,无人驾驶将产生对传感器和微控制器,以及处理传感器数据的大量需求。半导体行业亦正在开发更加强大的微控制单元/微处理单元以处理这些数据。

在通向智能驾驶的道路上,汽车毫米波雷达受到大家垂青自有其道理。虽然毫米波雷达汽车ADAS应用领域里前有博世德尔福等国外巨头,但目前国内也出现了整车厂、华为等新玩家,同时也有加特兰微电子等半导体厂商,持续在汽车领域发力。

当然,北京半导体行业协会副秘书长朱晶也在《全球汽车半导体产业现状及对我国该产业发展的建议》一文中指出了国内汽车半导体发展中存在的一些问题,包括基础环节的差距巨大、标准和验证体系缺乏、缺乏车规产品验证机会以及产业配套环节能力薄弱等。

朱晶也给出了相关发展建议,建议指出,我国在发展汽车半导体方面,应当聚焦重点方向,实现国产车规级半导体产品的突破;加强平台建设,解决车规半导体“上车”的共性需求;加强标准布局,构筑中国自主的车规半导体标准体系以及注重协同联动,助推国产汽车半导体验证和规模商用。

说在最后

芯片已经成为汽车产业发展的重要基础部分,毫不夸张地说,谁掌握车用芯片和相关车用半导体元器件的技术和供给,谁就获得了市场的胜出元素。因此构建安全可控的汽车芯片供应体系,已经成为了产业发展的“当务之急”。

而最近的缺货也倒闭各大芯片厂乃至政策制定者重新思考,如何才能更好地做好自己的供应链保障。最近传言的瑞萨砍掉外包,增加芯片自产就是其中一个路径。

来到国内方面,本土芯片企业距离大规模进入全球汽车供应链,还有很长的路要走,但动态地看,中国芯片企业参与度正在提升,其芯片业务的比例与整车业务拉平甚至反超,只是时间问题。

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