分化的芯片制程,十字路口的中国芯事

科技复联汪

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· 10月28日

为什么说芯片供应危机是国产化替代的一次机会?

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分化的芯片制程,十字路口的中国芯事

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图片来源@视觉中国

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文|科技复联汪,作者|牧遥

200万辆、500万辆、700万辆、1094.3万辆,AFS对全球汽车市场累计减产量的估算越来越悲观。

芯片短缺只是问题的一小部分成因,钢铁和塑料、树脂等大宗商品的飙升和供应短缺同样是造成车企削减产能的重要原因。

关于大宗供应短缺迫使汽车企业减产的事情会在稍后另写一篇稿子来说,今天我们先来聊一聊芯片产能短缺给整个市场带来的影响。

很多人喜欢把这一轮芯片危机的爆发,归结为疫情之初行业集体的需求误判。

去年年初,国内汽车销量退回到15年前的水平,保守情绪在整个行业蔓延开来,多数车企据此向一级供应商调低了零件需求,供应商又把这种需求传递给上游的芯片制造厂。

于是代工企业进一步将产能转向消费级芯片,最终在车市重启后半年让行业陷入无芯可用的局面。

听上去合情合理,但参考的时间线却不够长。事实上,芯片的大规模短缺从华为被制裁后就开始了。被制裁的一方短期内开出高价让晶圆厂优先生产自己的大量订单,进而导致下游各行业的恐慌性备货和供需错乱。

这种情况在2020年9月以后得到缓解,因为华为已经无法向台积电等企业下单。

整个半导体行业的供需失衡还在继续。先进制程的魔力无需赘述,是晶圆代工模式走上历史舞台的推手之一,为台积电带来延续数年的辉煌。

在很长一段时间里,8英寸晶圆一直被视为落后产线,其关键设备也面临停产的困扰。SEMI数据显示,全球8英寸晶圆产线数量在2007年达到巅峰,此后开始走下坡路,直到十二年后,全球范围内也只保留了191条产线。

毫不夸张地说,本轮芯片危机,是过度宣扬制程工艺的恶果之一。

01 制程不是衡量芯片价值的唯一标准

业内关于8英寸晶圆紧张的消息传了很多年,从物联网逐渐铺开的2015年就开始了。

智能产品、工业/汽车电子应用的的激增,带来MCU、电源管理IC、指纹识别IC等器件的大幅增长。

一般情况下,以上这些适用于40纳米以上的成熟工艺,甚至不乏采用180纳米和350纳米制程的元器件,用8英寸晶圆生产即可。

在汽车领域,MCU和IGBT这类主控芯片,大多数使用的也是28nm、45nm甚至更落后的工艺制程。即使是号称最智能的特斯拉,现阶段使用的也是14nm的自研芯片。

当下并非是所有芯片都断供了,供不应求的主要是ESP(电子稳定程序系统)和ECU(电子控制单元)这两种车载电脑的核心芯片,用于搭配电子稳定系统、智能发动机控制系统的高端燃油车。

尽管每家汽车制造商都会有意识地选择多家MCU供应商(例如,奥迪豪华SUV搭载的38个MCU来自7家供应商,本田中型汽车搭载的20个MCU来自7家供应商),但在三级供应商方面,他们几乎没有选择:市面上7/10的MCU都来自同一家代工厂。

汽车企业面对代工厂时的弱势地位,在大众身上也不例外。

据路透社报道,大众集团的一名高管曾在去年4月通知供应商,称下半年汽车市场将出现强劲复苏,提醒其做好备货。但是,供应商并没有听大众的话,其生产计划未做明显调整,直到去年11月底出现芯片短缺后才告诉大众。

地表最强代工厂,真让人羡慕啊

既然8英寸的晶圆不足了这么多年,代工厂为什么不扩大产能呢?

因为8英寸晶圆的价格较12英寸低得多,在代工厂眼里,扩大8英寸产能的成本效率更低。

从台积电2021Q3的业绩来看,7nm及以下的先进制程带来的收入在半数以上,由汽车芯片带来的收入在总收入中所占的份额仅为4%(这还是今年增长了1个点后的结果)

虽然台积电表示会增加投资以支持其汽车客户,但这是一个长期行为,主要是迎合汽车行业向高性能计算发展的未来趋势,而不是为了解决眼下的供应瓶颈(一个年初开始建设的晶圆产线要想正式投产,最快也是2023年的事情了)

在这场持续数十年的先进制程淘汰赛中,九成以上的晶圆厂都被淘汰了。既然断供的并非是先进制程,为什么包括中芯国际在内的一众8英寸晶圆厂没能从中受益呢?

一个很少被提到的行业常识是,制程并不是衡量芯片价值的唯一标准。比起消费级芯片在制程工艺上展开的近乎疯狂的竞赛,行车时遭遇的振动和冲击,以及极端条件考验和各种液体或粉尘的侵蚀,车载芯片的技术要求显得更为复杂:

它要承受的温度范围一般在-40°C-150°C之间(消费级芯片只需满足0°C-70°C的工作环境即可),使用寿命往往在15年以上甚至30年(消费级芯片的生命周期在1-3年之间,一般不会超过5年),车载芯片的不良率不能高于百万分之一,甚至是无限趋近于零(消费级芯片可接受的不良率是万分之二)……

为了保证车载芯片的安全可靠,进入汽车电子主流供应链体系需要满足多项基本要求:

所以对于后进者来说,想要撼动原有市场是极为困难的。即便是计算机视觉领域的领头羊 Mobileye,也花了整整8年才拿到第一张车企订单,上市则是在成立15年之后。

02 为什么说芯片供应危机是中国的机会?

2009年,中国超越日本成为全球最大的汽车生产国。

直到十年后,六家入围世界500强的中国车企的利润总和,也抵不上一个丰田。

通过产品进出口过程中的“剪刀差”,大量工业制成品的剩余价值从中国流向世界各地。

按照英飞凌2020Q4公布的数据,从燃油车到纯电动汽车,单车半导体的价值量从457美元提升至834美元。现状却是在中国每年2800万辆的汽车市场,国产汽车半导体的产值仅占全球车载芯片收入的4.5%,其中部分关键零部件的进口数量在80%-90%。

而上世纪90年代开始的全球芯片制造产能转移,中国承接了至少1/5个部分。

2004年,我国就提出了加强培育零部件产业,时至今日零部件产业的发展依旧严重滞后于整车。

在国内,Tier 1所需的车载芯片可以通过自主开发和跨境收购的方式有所突破,但Tier 2所需的半导体部件,国产能力几乎为零。

汽车半导体按种类可分为功能芯片MCU、功率半导体、传感器和其他。从价值占比来看,传统燃油车的MCU价值最高,当传统汽车逐渐过渡到新能源汽车,价值量增长最大的是功率半导体。

电动车中,逆变器和电机取代了发动机的角色,其好坏直接影响到电机的功率输出表现和整车的续航能力。目前,大部分电车还是用IGBT来做高功率逆变器及车载充电系统。

反映在过去一年的乘用车销售市场,是燃油车销量的节节败退,以及新能源汽车的高歌猛进( 01 制程不是衡量芯片价值的唯一标准 中提到过,本轮汽车芯片供应危机主要集中在对制程工艺要求稍高的MCU部分)

然而当黑暗降临时,没有谁是幸存者。今年6月,中国乘用车销量结束了疫情以来的11连增,同比下降5.1%。

燃油车之后,新能源汽车的销售大盘虽然维持住了过往的增长态势,但增长率先后到达S型曲线的第一个拐点,无论是正当红的特斯拉,还是所谓的造车新势力。

马斯克喜欢在季度末给全员发邮件,用以督促交付。在本季度下发的全员邮件中,他写道:特斯拉制造了很多缺少零件的汽车,需要稍后再添加,这是特斯拉历史上最大的一次交付浪潮。

亚洲的汽车半导体基地,除了日本和中国台湾,还有一个重要支撑区域——马来西亚。经过近半个世纪的积累,这座黄金半岛成为全球半导体产品的第七大出口国,超过50个半导体制造商在当地设厂,贡献了全球后端半导体产量的13%。

当马来西亚政府因为疫情在全国范围内实施“全面行动管制令”,意法半导体、英飞凌、恩智浦和瑞萨的生产都按下了暂停键。这次,小鹏和理想也没能逃过车载芯片短缺的厄运,纷纷下调了第三季度的交付量预期。

为了抢占市场份额,理想向用户提供了一个3雷达版本的车型,并承诺会在12月到明年春节前为车主免费补装剩下的2个雷达。在完成补装之前,暂不开放ADAS中的自动并线和前方横穿车辆预警功能。

学到了特斯拉交付的精髓。但透过乘联会公布的新能源月报,我们证实了不管是纯电动市场,还是插电混动市场,新能源汽车的销量增速都已经开始放缓的事实。

除了比亚迪。

作为国内最不务正业的整车制造厂,他们自主设计与制造的IGBT芯片和模组,已批量应用于比亚迪电动汽车;同样已批量或即将批量应用于汽车的关键芯片还有图像传感芯片、车用MCU、电池管理芯片和IGBT驱动。

在别家因缺芯过得水深火热的2021年,阻碍比亚迪交付的是刀片电池的良品率迟迟得不到改进。

在官方语境中,自研自产芯片使得比亚迪产能未受到缺芯潮的影响。

这是否意味着他们已经从潮水中上岸呢?答案恐怕不那么乐观。

翻看比亚迪半导体四个月前向深交所提交的招股书,公司通过供应链进行境内外采购元器件,前五大供应商的占比数量常年保持在接近30%的水平,其中不乏东部高科、台积电以及先进半导体的影子。

中国的汽车芯片制造业,还有最艰难的一段路要走。但眼下正是最好的机会。

半导体去进口化来到一个不得已而为之的窗口期。在这之前,得益于小农经济的生产模式,比亚迪已经是国内仅次于英飞凌的车规级IGBT厂商了。

03 放弃幻想,特斯拉国产化不过是又一个诱人的「苹果」

特斯拉一直对外宣称致力于实现供应链的本地化。

据外媒报道,国产Model 3和Model Y的零部件中有90%以上来自中国供应商。但他们没有写出来的地方是,这个国产化包含着大量在华投资的外资企业名单。

以及斥巨资运抵上海的各式自动化设备。

他们几乎把所有的研发力量都布局在美国,就连招聘网站上面向中国的职位,也多是生产、交付、销售以及客户支持等边缘岗位。

上一轮在中国享受了超国民待遇的外资企业,在改革开放之后把我们变成了享誉全球的「世界工厂」。

我们赚到了钱,但也失去了很多,唯一学会的道理就是:谁掌握最核心的技术,谁就能获得最大的优势。

如若不然,就会像iPhone的国产化一样,养出一堆等库克临幸的产业链玩家。

一如欧菲光,脱离苹果产业链之后,当季利润就下滑了93.25%,令人唏嘘。

最后,希望大规模的制造能力,不是中国芯片的终局。

参考资料:

  • [1].应对2021年汽车行业芯片荒,IHS Markit,2021年
  • [2].汽车电子革命系列白皮书,罗兰贝格,2021年
  • [3].芯片短缺对汽车行业影响几何,国泰君安,2021年
  • [4].如何理解芯片代工权?半导体风向标,2021年
  • [5].八英寸晶圆的问题,半导体行业观察,2021年
  • [6].从苹果陷阱,到特斯拉幻影 远传科技评论,2021年
  • [7].与手机里的芯片相比,做车载芯片会更难吗?X科技实验室,2021年
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