汽車芯片供應(yīng)短缺，映射汽車芯片“自主替代”路

2020年，地球在“感冒”，全世界跟著一起發(fā)燒?，F(xiàn)在新冠疫情所引發(fā)的產(chǎn)業(yè)震蕩的漣漪，再一次燒到了汽車行業(yè)，而這一次的問題則是“芯片荒”。

12月初，很多人都注意到這樣一條消息：上汽大眾和一汽大眾的部分車型產(chǎn)線面臨停產(chǎn)風(fēng)險，其主要原因就是某些汽車芯片的供應(yīng)短缺。

目前，短缺汽車芯片的元件主要是ESP（電子穩(wěn)定程序系統(tǒng)）和ECU（發(fā)動機控制器）這兩個模塊。沒有這些關(guān)鍵零部件，汽車整車就沒有辦法組裝下線，而提供這兩大芯片模塊的主要是全球兩大Tier1供應(yīng)商的大陸和博世集團，現(xiàn)在為他們供貨的汽車半導(dǎo)體芯片上游廠商正在遭遇產(chǎn)能不足的問題。

根據(jù)大陸集團的回復(fù)，盡管這些半導(dǎo)體廠商已經(jīng)在大力擴充產(chǎn)能，但新增產(chǎn)能要在接下來6-9個月內(nèi)才能補上。

最近一年，我們頻繁看到關(guān)于芯片產(chǎn)業(yè)爭端的相關(guān)新聞，但大多是圍繞著手機CPU、顯卡GPU這些消費類電子芯片展開，很難預(yù)料到汽車產(chǎn)業(yè)也會面臨這種“缺芯”困境。也許很多人可能會疑惑說：高端手機芯片我們生產(chǎn)不了，難道汽車芯片我們也造不出來嗎？

在回答這個問題之前，我們還是得看看這一回汽車芯片供應(yīng)鏈到底出了哪些問題？汽車芯片產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀和特點是什么？我國在汽車芯片自主替代上面有哪些機會？

計劃沒趕上變化：“芯片荒”是如何出現(xiàn)的？

想要了解汽車產(chǎn)業(yè)“芯片荒”的真相，可能先要回答這一問題：“為什么這些廠商要花6-9個月時間才能追趕上短缺的芯片產(chǎn)能？”

因為造成當(dāng)前短缺的源頭就在于半年多前的新冠疫情在全球爆發(fā)之際，生產(chǎn)這些關(guān)鍵模塊的汽車半導(dǎo)體芯片廠商根據(jù)當(dāng)時的悲觀市場預(yù)期做出了相應(yīng)的減產(chǎn)計劃，而因為生產(chǎn)備貨周期正好就是半年到一年之間的緣故，所以當(dāng)時的減產(chǎn)計劃現(xiàn)在開始發(fā)揮作用，并且短缺將一直延續(xù)到明年的一季度。

當(dāng)時，新冠疫情開始在全球蔓延，汽車芯片行業(yè)用了“至暗時刻”來形容整個產(chǎn)業(yè)受到的沖擊。而此前的2019年，全球包括輕型商用車在內(nèi)的汽車銷售下降5.6％至8140萬輛，傳遞到汽車半導(dǎo)體市場，其業(yè)績增長也下降了2.7％至384億美元。

汽車市場的不景氣，疊加新冠疫情的來勢洶洶，造成了第一季度汽車銷售的大幅下滑，使得整個汽車產(chǎn)業(yè)對于2020年的預(yù)期也大幅下調(diào)?！芭c2019年相比，今年有可能下降25%”，這是Strategy Analytics公司一位產(chǎn)業(yè)分析師在當(dāng)時的估計。

緊接著，全球汽車制造廠商的大面積停產(chǎn)，更加堅定了汽車半導(dǎo)體廠商的悲觀預(yù)期，因此，恩智浦、英飛凌、瑞薩、意法半導(dǎo)體ST等紛紛下調(diào)了后半年的車用半導(dǎo)體芯片和元器件的生產(chǎn)計劃，同時也放緩了投資擴張的進度。

另外一個意想不到的因素是，因為疫情造成的居家隔離和在線辦公，全球的消費電子如電腦、平板和手機的需求大規(guī)模增長，從而也搶占了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)更上游的晶圓產(chǎn)能。汽車芯片讓出來的晶圓產(chǎn)能自然也就被消費電子的芯片廠商搶了過去，從而導(dǎo)致汽車芯片的交付周期再度被延長。此外，還有新冠感染導(dǎo)致的產(chǎn)線停工、意法半導(dǎo)體的工人罷工等因素疊加，導(dǎo)致一些型號的MCU和傳感器等元件供應(yīng)更為緊張。

但是這些機構(gòu)和廠商沒有預(yù)料到的是，中國不僅很快控制住了疫情，而且汽車銷量在下半年開始強勢恢復(fù)。有數(shù)據(jù)顯示，今年前十一個月，中國汽車銷量突破 2200 萬臺，與去年同期相比僅下滑3個百分點。

由于芯片供貨周期的滯后性，現(xiàn)在汽車生產(chǎn)所需要的零部件正是在疫情嚴(yán)重時下的訂單，而當(dāng)時對未來銷量悲觀的預(yù)估，導(dǎo)致訂單量不足，半導(dǎo)體廠商也同時下調(diào)了生產(chǎn)計劃，導(dǎo)致產(chǎn)能不足。而國內(nèi)眾多汽車廠商其實已經(jīng)早已注意到了芯片產(chǎn)能危機的問題，開始了提前囤貨，也導(dǎo)致了如今一些銷量龐大的車企“有心造車，無芯可用”的局面。

最近，恩智浦、英飛凌、瑞薩電子以及臺灣的MCU廠商都紛紛發(fā)布漲價函，宣布提價。而日本一家高端車載芯片廠商AKM在其工廠發(fā)生火災(zāi)后，其產(chǎn)品線價格都出現(xiàn)大幅上漲，某些緊缺芯片甚至出現(xiàn)60-80倍的漲幅。

因此，原本預(yù)期悲觀的半導(dǎo)體廠商將成為這次疫情影響下的最終贏家，不僅能夠獲得更多營收，還帶動了二級市場的追捧，市值也迎來了顯著增長。

在2020年下半程，中國市場需求的強勁復(fù)蘇帶動了全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的復(fù)蘇，然而因為汽車芯片產(chǎn)業(yè)回暖，最終受益的還是這些國外的汽車芯片巨頭。

格局穩(wěn)定、門檻高企：當(dāng)下的汽車芯片產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

為什么我們國內(nèi)的汽車大廠必須嚴(yán)重依賴這些國外的Tier1供應(yīng)商和汽車芯片廠商呢？

這就要從整個汽車芯片產(chǎn)業(yè)的特點和產(chǎn)業(yè)的格局來回答這一問題了。

隨著汽車智能化程度的提升，汽車芯片正在從原先占比不到整車成本的1%，上升到如今的35%左右，預(yù)計到2030年將增加到50%，一個以智能硬件為基礎(chǔ)、軟件定義汽車的時代正在到來。

智能汽車的發(fā)展推動了汽車芯片全球市場的快速增長。以2019年為例，全球汽車芯片產(chǎn)業(yè)中歐洲汽車芯片產(chǎn)值達到150.88億美元，占比36.79%，位居第一，美國達133.87億美元，占比32.64%，日本達106.77億美元，占比26.03%。而中國汽車芯片實現(xiàn)的收入僅為10億美元左右，占比不到3%，差距可謂相差懸殊。

一個事實就是，中國目前生產(chǎn)了全球三分之一的汽車，但整車制造中95%的前裝芯片依賴進口，80%的后裝超過依賴進口，其中動力系統(tǒng)、底盤控制和ADAS等關(guān)鍵芯片均被國外巨頭壟斷。

目前，在汽車芯片關(guān)鍵元器件上占據(jù)優(yōu)勢的廠商，仍然以歐洲的恩智浦、英飛凌、意法半導(dǎo)體，以及日本的瑞薩、美國德州儀器這些傳統(tǒng)汽車芯片巨頭為主。2019年，恩智浦、英飛凌、瑞薩、德州儀器和意法半導(dǎo)體仍保持在汽車芯片廠商的前5名，這五家占比合計達到全球市場份額50%。

汽車芯片產(chǎn)業(yè)的市場規(guī)模，與消費電子芯片產(chǎn)業(yè)相比，雖然并不是很大，但其進入的門檻卻并不低。究其原因在于，相較于消費級電子芯片，汽車芯片對于可靠性和安全性和長效性上的要求更高，我國自主替代的難度也就更大。

第一，相比較消費類芯片，汽車芯片所處的應(yīng)用環(huán)境更加惡劣，汽車芯片所要達到的極端環(huán)境要求的性能可靠性要求更高。

第二，因為涉及汽車的駕駛安全，汽車芯片對于運行穩(wěn)定性要求極高，抗干擾性能也非常高，在運行中不允許出現(xiàn)任何失誤。

第三，一輛汽車的設(shè)計壽命都在15年或50萬公里左右，遠遠高于消費電子的壽命時長，因此對于汽車芯片的設(shè)計使用壽命的要求也更長，故障率更低。其中零公里故障率是考驗汽車廠商的核心指標(biāo)，汽車廠商對于芯片故障率的基本要求是在PPM（百萬分之一）級別，大部分要達到PPB（十億分之一）級別，而消費類芯片故障率要求僅為百萬分之兩百。

第四，車規(guī)級芯片還要在大規(guī)模量產(chǎn)時保證產(chǎn)品的一致性，對于良品率控制和產(chǎn)品溯源管理要求都非常高。

最后，汽車芯片要有長期有效的供貨周期，供應(yīng)鏈可靠穩(wěn)定，才能全生命周期地支持整車廠的供應(yīng)鏈需求。換句話說，就是整車廠對于芯片廠商的替換成本極高，合作周期長，不會輕易替換傳統(tǒng)的汽車芯片供應(yīng)商。

所以，新進入汽車芯片研發(fā)和生產(chǎn)的廠商，既要在技術(shù)上跨越車規(guī)級芯片標(biāo)準(zhǔn)的要求，也要在良率、成本控制和能耗等因素上做好優(yōu)化控制，最終還要在供應(yīng)鏈穩(wěn)定性和可量產(chǎn)規(guī)模等方面贏得整車廠商的認可。

因此，在汽車的主控芯片（ECU、IGBT等）領(lǐng)域，老牌汽車芯片巨頭將在未來持續(xù)保持其領(lǐng)先優(yōu)勢。面對汽車芯片產(chǎn)業(yè)如此高標(biāo)準(zhǔn)和高進入門檻，以及早已形成的全球產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)，汽車芯片的新入場者必須有足夠的耐心和充足的資金，以及新的產(chǎn)業(yè)機會，才可能沖破這些行業(yè)壁壘。

智能汽車時代到來，自主替代的一次追趕機會

雖然現(xiàn)在汽車芯片產(chǎn)業(yè)的主要市場掌握在少數(shù)這幾家老牌半導(dǎo)體廠商手中，但是隨著汽車電動化和智能化趨勢的出現(xiàn)，越來越多的半導(dǎo)體廠商正在加入到汽車芯片的賽道當(dāng)中，同時，傳統(tǒng)汽車廠商、造成新勢力們以及Tier1供應(yīng)商們也都紛紛開始嘗試自研芯片或者與芯片廠商合作聯(lián)合研制。汽車芯片產(chǎn)業(yè)正在迎來一場變革的機會。

比如，像英特爾、高通、英偉達等消費類電子芯片領(lǐng)域的巨頭，正在紛紛涉足車載芯片以及自動駕駛芯片的開發(fā)。英特爾通過收購Mobileye公司，已經(jīng)進入汽車的自動駕駛芯片市場，其推出的EyeQ芯片已經(jīng)應(yīng)用到全球5000萬輛汽車上面。英偉達在去年推出的自動駕駛Orin芯片，可以覆蓋從L2到L5級的完全自動駕駛汽車的開發(fā)，2022年將開始量產(chǎn)。

也許是受到特斯拉自研的高級別自動駕駛FSD芯片的啟發(fā)和刺激，眾多整車廠都在以投資和合作研發(fā)的方式進入汽車芯片領(lǐng)域，而國際芯片廠商也愿意主動尋求也主機廠合作的機會。比如寶馬投資了AI芯片創(chuàng)業(yè)公司Graphcore，奧迪和三星合作，共同研發(fā)其自動駕駛所需要的Exynos芯片等。

而作為“中間商”的Tier1供應(yīng)商，面對上下游廠商這種“眉來眼去”的直接合作態(tài)勢，也開始向上游智能駕駛芯片及關(guān)鍵元件的研發(fā)上。比如，博世研發(fā)了自動駕駛所需的包括攝像頭、毫米波雷達、激光雷達等全部的傳感器，其中成為全球毫米波雷達最大的供應(yīng)商。另外，博世在MEMS、功率半導(dǎo)體、碳化硅MOSFET芯片技術(shù)領(lǐng)域也有領(lǐng)先布局。

這一輪汽車智能化的變革，有一個核心特征就是強調(diào)“軟件定義汽車”，也就是通過少數(shù)核心智能駕駛芯片Soc來替代原本的汽車電子電氣的芯片架構(gòu)，盡可能將硬件的控制交由軟件來控制。比如，大眾此前就宣布，要將每輛大眾汽車的ECU數(shù)量從原來的70個減少到3個，然后自己開發(fā)所有的軟件。

這一趨勢意味著整車廠對原初汽車供應(yīng)鏈的依賴程度將極大降低，而是更為看重高端高性能芯片以及建立其上的軟件系統(tǒng)平臺所發(fā)揮的作用。這對于我國的汽車芯片產(chǎn)業(yè)來說，抓住這次汽車智能化變革的契機，從智能駕駛芯片和相關(guān)元件發(fā)力，做到一定程度的自主化替代，也同樣是有機會的。

在自動駕駛的大趨勢下，國內(nèi)正在涌現(xiàn)出一批智能駕駛汽車芯片的廠商，包括地平線、芯馳科技、黑芝麻、華為等，而且已經(jīng)陸續(xù)有一批國產(chǎn)車規(guī)級芯片問世。

比如，去年8月，地平線發(fā)布了中國首款車規(guī)級AI芯片——征程二代Journey 2，在今年的CES上，地平線正式發(fā)布了其Matrix2自動駕駛計算平臺，目前已能夠支持 L2至L4 等不同級別自動駕駛的解決方案。

今年5月，芯馳科技對外發(fā)布三款車規(guī)級芯片——X9、V9、G9，提供針對汽車的協(xié)同一體化解決方案，包括智能座艙、智能駕駛、中央網(wǎng)關(guān)三大應(yīng)用，預(yù)計明年可以正式商用。

黑芝麻科技在6月份推出的華山二號芯片，采用的是臺積電16nm制程，支持車規(guī)級AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)和支持多項傳感器，是國內(nèi)能夠量產(chǎn)滿足L3、L4級別自動駕駛的高性能車規(guī)級SoC。

華為也在今年9月推出了智能駕駛計算平臺MDC 610，作為一款面向L3、L4級別自動駕駛的全新一代MDC，最近剛剛通過ASIL D級功能安全評估，在安全性上能夠滿足車規(guī)級安全要求。

對于中國的整車廠商和汽車芯片企業(yè)來說，直接切入到智能駕駛芯片的增量賽道，不用在傳統(tǒng)賽道上和老牌巨頭進行拼體力、拼時間的死磕，正是我們進行自主研發(fā)替代的一次追趕機會。

另外一個特征是在制作工藝上，傳統(tǒng)汽車芯片廠商都是采用自家工藝的IDM模式，其工藝較消費類電子落后好幾代制程，因此他們在開發(fā)先進的自動駕駛芯片上也必須開始采用代工廠Foundry模式。這使得我們在汽車芯片的生產(chǎn)上，不必要過分追求先進制程的工藝要求，在當(dāng)下美國對我國的芯片禁令的背景下，讓我們?nèi)匀挥袡C會在芯片的生產(chǎn)制造上，跟這些傳統(tǒng)大廠站在同一起跑線上了。

我們當(dāng)然也要清醒地認識到，我國在車載芯片上的布局才剛剛開始。除了自動駕駛芯片的彎道超車，我們?nèi)匀恍枰谲囈?guī)級主控芯片、功率芯片和傳感器的制造上長期投入，持續(xù)發(fā)力，同時在可靠性、安全性、量產(chǎn)交付等整體能力上與整車廠商建立起穩(wěn)定的合作生態(tài)。

所謂“遠水解不了近渴”，現(xiàn)在國產(chǎn)芯片自主替代的嘗試自然不可能在短期內(nèi)解決汽車廠商的進口芯片依賴問題。不過，現(xiàn)在由于這一次“芯片荒”的出現(xiàn)，更加印證了我國要在汽車芯片產(chǎn)業(yè)上實現(xiàn)自主替代和超越的緊迫性。

責(zé)任編輯：PSY