汽車芯片，何以破“荒”？

在汽車電動(dòng)化、智能化和網(wǎng)聯(lián)化三大趨勢(shì)驅(qū)動(dòng)之下，當(dāng)前汽車內(nèi)半導(dǎo)體含量大幅提升，整車芯片的價(jià)值量也將隨之不斷攀升。根據(jù)海思在2021中國(guó)汽車半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)大會(huì)發(fā)布的數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)2030年汽車電子在汽車總成本中的占比會(huì)達(dá)到50%。

不僅是芯片價(jià)值量有所提升，數(shù)量同樣有所增加。根據(jù)中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)顯示，傳統(tǒng)燃油車所需汽車芯片數(shù)量為600—700顆，電動(dòng)車所需的汽車芯片數(shù)量將提升至1600顆/輛，而更高級(jí)的智能汽車對(duì)芯片的需求量將有望提升至3000顆/輛。

然而，汽車芯片的供給卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上需求的腳步。汽車芯片需求狂飆，車企們卻一度“求芯不得”含淚減產(chǎn)。根據(jù)汽車行業(yè)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)公司AutoForecast Solutions的數(shù)據(jù)顯示，由于芯片短缺，2022年全球汽車產(chǎn)業(yè)減產(chǎn)了450萬(wàn)輛。

那么汽車市場(chǎng)到底需要哪些芯片？有多緊缺？

據(jù)市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)DIGITIMES Research調(diào)查，汽車產(chǎn)業(yè)缺芯困局自2022年第四季度起逐漸改善，除硅基功率器件IGBT和MCU仍緊缺，電源管理芯片、CMOS影像傳感器、嵌入式多媒體卡、顯示驅(qū)動(dòng)IC交期陸續(xù)松動(dòng)，隨著整車廠積壓訂單逐漸去化，預(yù)估2023年多數(shù)汽車芯片交期將持續(xù)縮短。

具體來(lái)說(shuō)，汽車MCU和IGBT依然是汽車“缺芯”的主角，尤其是IGBT，更是有價(jià)無(wú)貨，業(yè)界表示“現(xiàn)在不是價(jià)格多高的問(wèn)題，而是根本買不到”。IGBT已超越汽車MCU，成為影響汽車擴(kuò)產(chǎn)的最大掣肘。

MCU持續(xù)緊缺

據(jù)半導(dǎo)體制造商估計(jì)，一輛汽車需要20—30顆MCU，而未來(lái)的豪華車型可能需要多達(dá)100顆MCU，高于此前預(yù)計(jì)的70顆。這由此將產(chǎn)生更龐大的汽車MCU市場(chǎng)。全球車用MCU大廠英飛凌在2022財(cái)年第四季度的財(cái)報(bào)會(huì)議上也表示，由于成熟制程的供應(yīng)增加有限，公司汽車MCU業(yè)務(wù)有望在未來(lái)幾年增長(zhǎng)2.5倍。

長(zhǎng)久以來(lái)，車用MCU這一市場(chǎng)將近九成份額都集中在包括英飛凌、恩智浦、Microchip、瑞薩、ST和德州儀器的六大廠中，國(guó)產(chǎn)化率遠(yuǎn)低于5%。

然而今年一季度，各大芯片巨頭紛紛表示車用MCU供應(yīng)持續(xù)緊張。TI產(chǎn)品中以MSP為首的MCU依舊供應(yīng)緊張，TMS320為首的DSP個(gè)別供應(yīng)緊張。NXP汽車MCU系列FSx、MCFx交期依舊緊張52周起步；Freescale的MK系列交期維持45-50周，較于2022年有所緩解；16位MCU中S9x系列供應(yīng)緊張，現(xiàn)貨價(jià)格在非常高位。英飛凌高端汽車MCU （以SAK開(kāi)頭） 因無(wú)法替換一直比較緊俏，如SAK-TC277TP-64F200N、SAK-TC222S-16F133F AC較常態(tài)價(jià)均是高價(jià)。

IGBT有價(jià)無(wú)貨

近期以來(lái)，多位市場(chǎng)人士反映，受到需求與產(chǎn)能錯(cuò)配的影響，IGBT現(xiàn)有產(chǎn)能基本售罄，不僅價(jià)格漲翻天，業(yè)界更以“不是價(jià)格多高的問(wèn)題，而是根本買不到”來(lái)形容缺貨盛況。據(jù)媒體報(bào)道，IGBT缺貨問(wèn)題至少在2024年中前難以解決。此前亦有消息指出，部分廠商IGBT產(chǎn)線代工價(jià)上漲10%。隨著車用、工業(yè)應(yīng)用所需用量大增，而產(chǎn)能擴(kuò)增緩慢，客戶認(rèn)證需時(shí)間，加上特斯拉釋出大砍碳化硅用量75%消息，讓可能成為替代方案之一的IGBT更受追捧。

IGBT市場(chǎng)目前仍主要由外國(guó)企業(yè)壟斷，全球IGBT前五大玩家為英飛凌、三菱、富士電機(jī)、安森美和賽米控，其中英飛凌在各個(gè)細(xì)分市場(chǎng)中都有較大的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。即便是國(guó)內(nèi)排名第一的斯達(dá)半導(dǎo)，全球占有率也不高。

根據(jù)元器件分銷商富昌電子公布的2023年半導(dǎo)體產(chǎn)品Q1貨期數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前英飛凌、IXYS、安森美、ST等主流功率器件原廠的IGBT產(chǎn)品及其相關(guān)配件交期均較長(zhǎng)——在50周左右徘徊，最高達(dá)54周，超過(guò)一年，MOSFET的交期也類似，貨期處于長(zhǎng)周期區(qū)域，與前兩年缺芯時(shí)期表現(xiàn)基本一致。

除了漲幅驚人的MCU與IGBT之外，顯示驅(qū)動(dòng)IC、汽車芯片、晶圓代工產(chǎn)能等都是一貨難求。國(guó)際MCU廠商都在執(zhí)行“Fab-light”（輕晶圓廠）策略，汽車芯片交期一再延長(zhǎng)。

汽車芯片如何破荒成為一個(gè)嚴(yán)肅的問(wèn)題。

何以破“荒”？

IC Insights的觀點(diǎn)表明，汽車芯片短缺的真正原因在于2021年汽車芯片的市場(chǎng)需求激增，而不是半導(dǎo)體供應(yīng)商無(wú)法提高產(chǎn)量。這也就意味著，汽車芯片荒有解可破，而破局的關(guān)鍵就在于如何提高產(chǎn)量。

芯片廠商狂擴(kuò)產(chǎn)

在汽車芯片緊缺的當(dāng)下，TI、德州儀器、恩智浦、安森美、瑞薩、英飛凌、Rapidus等汽車芯片廠商大舉擴(kuò)產(chǎn)。今年2月，英飛凌宣布將投資50億歐元在德國(guó)德累斯頓建設(shè)一座12英寸晶圓廠，這是英飛凌史上最大單筆投資，不過(guò)該廠需要等到2026年才能正式量產(chǎn)。TI也宣布將投資110億美元在美國(guó)猶他州的萊希建造第二座300mm晶圓制造廠。不久前，瑞薩也宣布投資900億日元甲府工廠，擴(kuò)大功率半導(dǎo)體產(chǎn)能。

不過(guò)，可以看到，海外大廠新增產(chǎn)能有限且等待量產(chǎn)時(shí)間較長(zhǎng)。彼時(shí)中國(guó)汽車芯片廠商的入局在一定程度上緩解了燃眉之急。

在MCU方面，由于車規(guī)級(jí)MCU缺貨漲價(jià)，不僅讓主機(jī)廠成本上升，更重要的是，部分企業(yè)因沒(méi)有足夠的芯片導(dǎo)致汽車減產(chǎn)，因此，終端用戶期望建立更安全的芯片供應(yīng)鏈體系，其中上汽集團(tuán)已經(jīng)明確了MCU芯片的國(guó)產(chǎn)化策略，其他主機(jī)廠也越來(lái)越多地采用本土車規(guī)級(jí)MCU，終端用戶的改變，也增強(qiáng)了本土MCU企業(yè)進(jìn)軍高端市場(chǎng)的信心。國(guó)內(nèi)涌現(xiàn)出了兆易創(chuàng)新、國(guó)芯科技、比亞迪半導(dǎo)、四維圖新（杰發(fā)科技）、芯?？萍肌⒅蟹f電子、紫光國(guó)微、復(fù)旦微電等一批車規(guī)級(jí)MCU企業(yè)，并于2022年推出了適用于不同應(yīng)用場(chǎng)景的多款新產(chǎn)品。

在IGBT方面，2022年，斯達(dá)半導(dǎo)第六代IGBT模塊新增多個(gè)車型的定點(diǎn)，第七代IGBT也開(kāi)始批量供貨；士蘭微12寸的IGBT也達(dá)到了1.5萬(wàn)片的產(chǎn)能，車規(guī)級(jí)IGBT產(chǎn)能持續(xù)爬坡；時(shí)代電氣在2022年國(guó)內(nèi)新能源乘用車IGBT功率模塊搭載量約63.28萬(wàn)套（占比12.4%），位列全國(guó)第四。此外，華潤(rùn)微、東微半導(dǎo)、宏微科技、晶能微的IGBT產(chǎn)品也實(shí)現(xiàn)了突破，新潔能、揚(yáng)杰科技、聞泰科技等廠商也正積極布局。其中，新潔能披露，2022年其子公司金蘭半導(dǎo)體的第一條IGBT模塊封裝測(cè)試生產(chǎn)線已經(jīng)基本建設(shè)完成。

中國(guó)汽車芯片廠商集體崛起，給缺芯現(xiàn)狀帶來(lái)極大緩解，但這仍不能從根本上解決缺芯的問(wèn)題。因?yàn)樵谄囆酒瑒?chuàng)業(yè)熱潮中涌現(xiàn)的大多是芯片設(shè)計(jì)公司，而缺芯的根本原因，還包括芯片制造環(huán)節(jié)的產(chǎn)能不足。且IDM廠商擴(kuò)產(chǎn)較為緩慢，廠商采取的擴(kuò)產(chǎn)措施并不會(huì)讓汽車芯片的產(chǎn)能在短期內(nèi)立刻增加，汽車行業(yè)對(duì)晶圓代工廠的依賴加深。

晶圓廠“八英寸亡羊補(bǔ)牢”

就目前階段來(lái)看，晶圓代工廠也正面臨著很大的挑戰(zhàn)。

伴隨著2022年下半年的砍單潮，8英寸晶圓產(chǎn)能利用率受到劇烈影響，產(chǎn)能利用率不再滿載。然而砍單的同時(shí)忽略的是，大部分汽車芯片都是在8英寸晶圓廠制造，而在過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間都被視為老舊、落后的產(chǎn)線，很多設(shè)備大廠早已停止生產(chǎn)8英寸晶圓設(shè)備，市場(chǎng)上8英寸晶圓設(shè)備一機(jī)難求，二手設(shè)備價(jià)格水漲船高，彼時(shí)擴(kuò)產(chǎn)面臨困難。

如果問(wèn)為什么不轉(zhuǎn)向12英寸產(chǎn)線生產(chǎn)？那么這將是一個(gè)好問(wèn)題。

因?yàn)榫A尺寸越大，分?jǐn)偟矫款w芯片的成本越低，帶來(lái)的利潤(rùn)率也越高。但短期來(lái)看，12英寸的成本效益其實(shí)不如8英寸。12英寸對(duì)工藝制程穩(wěn)定性的要求更高，隨著制程越小，光罩成本和設(shè)計(jì)成本越高，因此在成本和工藝的考量下，有相當(dāng)多芯片仍基于8英寸晶圓生產(chǎn)。

晶圓代工作為半導(dǎo)體中游制造環(huán)節(jié)，整體需求受半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)景氣度影響較大，隨著全球消費(fèi)電子和汽車電子市場(chǎng)規(guī)模穩(wěn)步擴(kuò)大，國(guó)內(nèi)外晶圓代工廠的產(chǎn)能都在持續(xù)擴(kuò)張。

選擇新的供應(yīng)模式

首先，由于汽車行業(yè)的零件采購(gòu)管理有其特有的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，此前多青睞于獨(dú)家供貨的方式，不過(guò)現(xiàn)在為避免芯片短缺的影響，獨(dú)家供貨的形式正在出現(xiàn)二供、三供的替代方案。

其次，從技術(shù)角度來(lái)說(shuō)，很多產(chǎn)品也在考慮替換集成式的特殊芯片，即很多功能集成于在一起的芯片由多個(gè)通用芯片替代，變?yōu)楹?jiǎn)單芯片的組合。

適應(yīng)新的供應(yīng)模式也成為汽車芯片“破荒”的路徑之一。

汽車芯片荒是否會(huì)持續(xù)蔓延？

除了提到的MCU與IGBT之外，在未來(lái)的汽車芯片中，隨著智能化和網(wǎng)聯(lián)化的推動(dòng)，尖端半導(dǎo)體的占比正在增加，臺(tái)積電最先進(jìn)的工藝對(duì)于這些來(lái)說(shuō)必不可少。而臺(tái)積電最先進(jìn)的制程幾乎被蘋果壟斷，車廠想要獲得額外產(chǎn)能相當(dāng)困難。

根據(jù)日本精密加工研究所所長(zhǎng)湯之上隆的預(yù)測(cè)：展望汽車產(chǎn)業(yè)的未來(lái)，車載半導(dǎo)體將出現(xiàn)幾個(gè)極端的“短缺”：傳統(tǒng)的功率和模擬半導(dǎo)體，以及只有臺(tái)積電才能生產(chǎn)的尖端5G半導(dǎo)體和AI半導(dǎo)體。

未來(lái)，汽車芯片荒是否會(huì)持續(xù)蔓延還是未知。

作者：豐寧