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缺的，是什么“芯”？

蓋世汽車王小西 2021-04-28 08:14

這次芯片短缺反映的是深層次的矛盾問題。

近日，“芯片荒”像“蝴蝶效應”越演越烈。除了前些日子的德克薩斯州的大風雪以及日本地震，近日日本瑞薩的廠區(qū)火災也讓芯片短缺的問題愈加突出。

博世，大陸，芯片,<a class='link' target='_blank'>國產(chǎn)</a>芯片

從傳導鏈條來說，先是需求爆炸，然后供給不足。再后來，隨著“缺芯”而來的，是芯片漲價。那么，我們要問了，到底什么芯片最缺？是什么原因?qū)е氯毙灸兀?/p>

實際上，此前媒體也都報道過，最短缺的是兩類芯片：其一是8位MCU芯片。它的缺貨將直接導致車機系統(tǒng)的兩大模塊ESP（電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)）和ECU（電子控制模塊）無法生產(chǎn)。還有就是IGBT（(Insulated Gate Bipolar Transistor），它屬于汽車芯片中的功率半導體，被譽為汽車電子的“CPU”，是電動汽車等能源轉(zhuǎn)換與傳輸?shù)暮诵钠骷?/p>

就在3月26日，蔚來（NIO）因為芯片短缺，其合肥江淮蔚來制造工廠不得不從3月29日起暫停生產(chǎn)5個工作日。雖然蔚來沒有對外透露缺哪種芯片，但是“三合一電驅(qū)動”作為核心部件，IGBT缺是大概率事件。畢竟，純電動車MCU用的比較少。

前不久，研究機構(gòu)IHS Markit發(fā)布了《Managing the 2021 automotive chip famine》，并在報告中建議，“這場危機凸顯出，汽車制造商、Tier1供應商、半導體供應商及其晶圓廠之間需要調(diào)整產(chǎn)能和采購模式。在短期內(nèi)，只有全行業(yè)的合作才能有助于減少這種影響?！爆F(xiàn)在來看，情況要比這個預估嚴重很多。

MCU為什么缺？

先說說MCU的作用。實際上，在整車上面，MCU幾乎應用于所有領域，包括動力系統(tǒng)（發(fā)動機ECU、變速器ECU）、底盤（安全氣囊ECU、防抱死制動系統(tǒng)[ABS]/電子穩(wěn)定控制[ESC]ECU）、車身（車門ECU、車身控制模塊）和高級駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS），如駐車ECU。可以說，雖然小但是極其重要。

根據(jù)IHS的調(diào)研，像奧迪Q7、雪佛蘭Equinox和本田雅閣的MCU采購，就揭示了對不同MCU供應商的廣泛依賴，即便是在不同的領域。

比如，相對于本田雅閣的MCU（7個供應商，20個MCU），奧迪Q7用了7個供應商的38個MCU。其中，動力域采用2枚英飛凌MCU；底盤和安全域使用4個瑞薩MCU、4個NXP MCU，2個Microchip、以及Texas和英飛凌各1個；ADAS和娛樂域這塊，也用的很多。

由于MCU適用于所有的域，以及IC小型化和高頻的需求，MCU需要40nm以下的制程，而大部分IDM都把芯片生產(chǎn)外包給了臺積電（TSMC）等代工廠，導致目前臺積電TMSC生產(chǎn)出貨量占所有汽車MCU約70％的市場份額。

IHS Markit的供應鏈和技術(shù)團隊從2020年4月以來一直在跟蹤芯片形勢，其半導體和組件高級首席分析師Phil Amsrud就表示，“由于微控制器單元（MCU）的交付周期為26周或更長，供應鏈短缺可能至少會持續(xù)到今年第三季度?！?/p>

這里我們要說一句，根據(jù)統(tǒng)計，中國車規(guī)級MCU市場占全球份額超過30%，但絕大多數(shù)依賴進口。與國外芯片制造商相比，國內(nèi)在芯片和電子元器件方面有一定產(chǎn)業(yè)基礎，但差距主要體現(xiàn)在芯片設計、晶圓制造及封裝環(huán)節(jié)。一句話，是全體系的差距，所以才會受制于人。

此外，根據(jù)業(yè)內(nèi)專家朱玉龍的分析，從供應風險來看，AI芯片、SoC、GPU芯片（目前這類高算力的芯片，能依靠的只有英特爾、三星和臺積電三家）到MCU，這些制程要求高的芯片目前都和臺積電的狀態(tài)很有關系，次一級的CMOS芯片還行（其他如內(nèi)存、模擬、功率分立器件和MEMS傳感器，由于制程要求不算高，汽車芯片企業(yè)依靠過往的投資還能撐得住）。

MCU的缺貨，就連龍頭大眾都有點吃不消。1月下旬，大眾中國CEO馮思翰接受媒體采訪時表示，大眾由于缺芯導致ESP無法生產(chǎn)，約1.5萬輛汽車的面臨減產(chǎn)。2月份，我們可以從乘聯(lián)會的報表上看到，斯柯達的批發(fā)銷量下降到了800輛?！氨緛砜梢允?的，只是為了不那么難看?！惫缧』锇楦嬖V記者。而當時馮思翰表示，大眾缺芯的問題將延續(xù)到今年一季度。

隨著缺貨，MCU的價格也水漲船高，個別型號甚至漲了四五倍。比如ST意法半導體的STM32系列MCU，比過往的MLCC和DRAM更讓下游市場苦不堪言。ST從1月1日起漲價，像STM32F072C8T6這個型號的MCU，從6.x元的水平最高漲到了30元以上的程度?？芍^驚人了。

只是MCU？

MCU的短缺，也嚴重影響到了像博世BOSCH、大陸Continental和電裝DENSO等Tier1供應商。他們的產(chǎn)品都應用了至少30個或更多不同的ECU。博世Bosch和電裝DENSO毫無例外證實，它們從外部購買的MCU和模擬集成電路（IC）供不應求。

以大陸集團來說，它是恩智浦NXP的最大客戶，由于MCU缺貨，大陸集團ESP產(chǎn)品的客戶大眾、PSA、雷諾日產(chǎn)、FCA，都深受影響。

NXP自己有5座八英寸晶圓廠，除了與臺積電合資的位于新加坡，另外4座都在美國（收購飛思卡爾帶來的資產(chǎn)）。其中，有兩座8英寸晶圓廠位于美國德州奧斯汀，主要生產(chǎn) MCU。而這次德州極寒天氣導致的斷電斷水，讓這兩座工廠停產(chǎn)，也讓汽車行業(yè)損失慘重。

此外，NXP的晶圓廠制程工藝，只能達到90納米級別，雖然可以覆蓋NXP大部分功率元件和MCU產(chǎn)品，但不包括主要的ASSP，如i.mx6、i.mx8系列，還有些頂級MCU 如i.MX RT1170。這些產(chǎn)品大都是28納米的，需要代工。而NXP的主要合作伙伴是臺積電。

所以繞了一圈又回來了，臺積電這里造成了“擁堵”。一直以來大眾集團的ESP和ECU芯片，都是由博世和大陸集團提供，但由于芯片斷供導致車型大量減產(chǎn)，已有外媒報道大眾正準備向博世、大陸索賠，索賠金額可能達到10億歐元。

而當MCU的需求受到限制以后，實際上最終都要去臺積電（TSMC）催貨。也就是說，整個汽車行業(yè)看上去受器件的影響較小，但是目前確實存在核心MCU和高算力芯片都放在一個籃子里的情況，最終發(fā)生“踩踏”。

從交貨時間來看，通常MCU要12~16周才能完成內(nèi)部生產(chǎn)，但目前積壓的訂單要26周甚至38周的時間才能消化完，現(xiàn)在幾乎所有汽車芯片的交貨時間都延長了1~2個月。而且，一些汽車芯片供應商去年11月就對IHS Markit表示，臺積電不會在2021年第三季度前接受交貨訂單。

現(xiàn)在還有一個大麻煩是，臺積電缺水。公社《臺灣缺水加重芯片短缺》也講述了，由于季節(jié)性干旱，臺積電和三星在臺灣島東側(cè)的主要制造基地都面臨用水問題，這或?qū)⒓觿∪蚱囆袠I(yè)芯片供應的緊張。

從短缺區(qū)域來看，IHS認為，中國大陸的芯片供貨量中斷程度最厲害，根據(jù)現(xiàn)有信息，第一季度的短缺可能接近25萬輛。一汽-大眾、上汽大眾、上汽通用和東風本田等汽車制造商的工廠受到影響，停產(chǎn)時間從5~14天不等。

實際上，去年“缺芯”的苗頭就有了。去年11月的烏鎮(zhèn)互聯(lián)網(wǎng)大會汽車圓桌論壇上，奇瑞汽車董事長尹同躍在發(fā)言中曾冒了一句：“懇請徐博士（博世中國副總裁徐大全）多給我們弄點芯片，不要影響我們生產(chǎn)?！倍?，不管大眾是否索賠成功，“缺芯”都是件影響深遠的事。

有沒有變通的辦法？

為什么會發(fā)生“一籃子雞蛋太多”這種情況？首先是，汽車MCU芯片的市場也是高度集中的，根據(jù)IHS調(diào)研的數(shù)據(jù)，MCU供應商排名前7位所占的份額就達到了98％，只有極少數(shù)的意法半導體保持了較高的垂直整合水平。

此外，使用方面，MCU（以及片上系統(tǒng)和ASIC）不容易允許從另一個供應商處進行組件二次采購。MCU具有專有架構(gòu)，很難從一個供應商轉(zhuǎn)移到另一個供應商。MCU不像存儲器集成電路、分立和功率器件、標準模擬集成電路、傳感器、執(zhí)行器和邏輯集成電路那樣更具互換性。

因此，如果MCU供應受限，供應商必須增加產(chǎn)能，但幾乎所有的MCU都是由臺積電來完成的。這就解釋了為什么車企和Tier1供應商都會受到類似的影響。不管他們有多少資源，就MCU而言，目前業(yè)界正在努力解決的是“一籃子雞蛋太多”的情況。

造成芯片短缺還有一個原因：汽車芯片早期是在200mm晶圓上生產(chǎn)的，而現(xiàn)在很多公司不愿意投資成熟的技術(shù)（擔心沉沒成本太高），轉(zhuǎn)向了300mm晶圓，而且車企不斷轉(zhuǎn)向“fab-light”（輕晶圓廠）策略，使得需求變得非常集中。

換句話說，原有汽車企業(yè)主要盯著供應鏈上的Tier1、Tier2，芯片方面僅限于保證供應，因此芯片制造商在制程這邊的策略沒有被車企所關注，所以這次芯片短缺反映的是深層次的矛盾問題。

短缺還有一個原因，是與業(yè)界的預期相反，由于各種消費電子產(chǎn)品仍在采用200mm晶圓，因此需求實際上有所增加。例如，從2020年開始發(fā)展的5G手機，包含了更多的射頻（RF）功率放大器、CMOS圖像傳感器和電源管理IC。這也導致了產(chǎn)能緊張，從2020年底開始出現(xiàn)了沖突。

IHS認為，由于供需失衡，這種不平衡導致MCU有10~15%的價格上漲是合理的，這種結(jié)果和生產(chǎn)線的停產(chǎn)，以及連續(xù)的產(chǎn)線開、關相比，影響將是有限的。而且，未來幾個季度，合作將使所有車企和Tier1供應商都能獲得一些MCU，而不是少數(shù)人得到想要的MCU，其他人什么也得不到。最后，芯片短缺、COVID-19疫情，以及過去十年發(fā)生的其他事件，都將有助于提高車企和Tier1供應商對風險監(jiān)控和管理重要性的認識。

擴建管用不？

按照解決問題的意愿，未來缺芯的情況會緩解。前不久通用首席財務官Paul Jacobson在沃爾夫研究會議上就表示：“過去幾周，我們一直在談論芯片短缺問題，但是實際情況已經(jīng)有所好轉(zhuǎn)?！眴栴}是，目前“缺芯”的狀況越演越烈。

目前來看，純晶圓代工廠商中，臺積電、三星、中芯國際、力積電均推出了擴產(chǎn)計劃，國內(nèi)排名僅次于中芯國際的華虹半導體亦有擴產(chǎn)規(guī)劃。此外，還有4家知名的IDM模式廠商美光、鎧俠、英飛凌、博世也宣布了擴產(chǎn)計劃。

在多家晶圓代工廠商和IDM廠商紛紛推出擴產(chǎn)計劃時，芯片制造產(chǎn)業(yè)鏈的上、下游也都在行動。比如，據(jù)日經(jīng)報道，日本信越化學將斥資300億日元（約合2.85億美元、17.98億人民幣），擴大EUV光刻膠、ArF光刻膠、提升尺寸精度的多層光刻膠的產(chǎn)能。

而芯片封測龍頭日月光，也斥資940億新臺幣，在高雄第三園區(qū)內(nèi)建設全球首座5G mmWave企業(yè)專網(wǎng)智慧工廠。不過，就算芯片產(chǎn)業(yè)鏈全線擴產(chǎn)，能否補上芯片用量缺口，還是未知數(shù)。

首先，我們從晶圓制造環(huán)節(jié)來說，生產(chǎn)線從投資到建成，時間是第一因素。其次，這次芯片供應受制，就像瑞薩電子集團總裁、CEO柴田英利此前曾說的，缺口在材料：“我們并不覺得有必要在這個時刻擴大產(chǎn)能，因為目前材料供應非常緊張，上游供應商供貨受限，這不僅僅是芯片生產(chǎn)的問題。如果沒有足夠的材料，只是簡單地增加產(chǎn)能是沒有用的?！?/p>

實際上，從去年下半年十月份開始，芯片上游關鍵材料硅晶圓供應就趨緊。臺灣半導體硅晶圓“雙雄”環(huán)球晶、臺勝科產(chǎn)能都是滿載。臺勝科更是在今年1月表示，其第一季度12寸與8寸晶圓訂單已經(jīng)滿了，而且8寸晶圓的產(chǎn)能最吃緊。

目前IHS將Q1全球減產(chǎn)數(shù)量的預估上調(diào)到了100萬輛。另外，長期來看，市場對芯片用量的需求還將持續(xù)攀升，晶圓產(chǎn)能持續(xù)吃緊。紫光集團聯(lián)席總裁陳南翔認為，到2030年全球集成電路產(chǎn)業(yè)規(guī)模有望達到1萬億美金，以2020年為基數(shù)，2030產(chǎn)能需達到2～2.6倍才能滿足需求的發(fā)展，2026年產(chǎn)能則需要翻倍。

而國內(nèi)晶圓代工廠龍頭，中芯國際全球銷售及市場資深副總裁彭進則對媒體表示，隨著市場化價格不斷增長，晶圓代工廠擴產(chǎn)需要更加謹慎。投資擴產(chǎn)需要根據(jù)市場和客戶需求來判斷，要保證一年后產(chǎn)能開出時有足夠市場來填充產(chǎn)能。除了產(chǎn)能擴充，還需要人才、時間、IP積累等。一句話，產(chǎn)能也不能隨便開發(fā)。

在SEMICON China 2021主論壇上，長電科技首席執(zhí)行官兼董事鄭力說道：“這一次的汽車產(chǎn)業(yè)‘缺芯’潮，意味著車產(chǎn)業(yè)和芯片產(chǎn)業(yè)已經(jīng)不僅僅是上下游和供應商的關系了，而是已經(jīng)形成了前所未有的緊密關系，相互之間需要有更多的配合。”