沉著應對斷鏈危機　車用芯片供應鏈突圍

車用晶片供應鏈歷經(jīng)疫情沖擊，晶片缺貨的狀況尚未全數(shù)緩解，在晶片供不應求的情況下，車用晶片需要長時間驗證的特性，為汽車供應鏈帶來更艱難的挑戰(zhàn)。為此，晶片供應商透過優(yōu)化整體晶片開發(fā)流程，確保在不壓縮驗證時間的前提下，提高晶片生產(chǎn)速度。而車廠經(jīng)歷晶片斷鏈危機后，與供應鏈廠商的互動模式轉(zhuǎn)變，除了過去與Tier1廠商緊密合作，現(xiàn)階段也強化與IDM廠的聯(lián)繫，以強化對于晶片供應狀況的掌握度。

2020年初COVID-19疫情嚴峻，車用晶片出現(xiàn)缺貨潮。當時車用晶片的生產(chǎn)與封測受到亞洲封城影響，且車廠在疫情前減少晶片訂單，因此當疫情下的汽車銷售量大幅成長，晶片供不應求的情況顯得更為難解，缺貨狀況直到2022下半年也尚未見到全面緩解。摩根大通(J.P.Morgan)研究顯示，2022下半年可用的晶片將會增加，然而可用的晶片類型，可能無法解決所有的車用需求，其中福斯汽車(Volkswagen) 便認為，2024年車用晶片供應量才能滿足汽車產(chǎn)業(yè)所有的晶片需求。現(xiàn)階段由于終端市場，尤其PC、智慧型手機等消費電子產(chǎn)品從2022年3月開始需求疲軟，中國臺灣的晶圓代工廠開始釋放部分的產(chǎn)能，來生產(chǎn)在疫情期間產(chǎn)量較少的車用與工業(yè)用晶片。然而傳統(tǒng)燃油車需要的多是成熟製程的晶片，因此消費電子讓出的產(chǎn)能，對于緩解車用晶片缺貨潮的幫助有限。

三大因素導致斷鏈

資策會MIC資深產(chǎn)業(yè)分析師何心宇提及，車用晶片的市場長期穩(wěn)定，基本上都維持在高毛利率但不會快速成長的狀態(tài)。然而受到疫情衝擊，車用晶片供應鏈出現(xiàn)斷鏈危機。導致車用晶片缺貨的因素主要有三個，一是在2019年底疫情爆發(fā)后，2020年車廠低估消費者對汽車的需求，因此向Tier1砍單，Tier1便要求IDM廠減少晶片供應。然而疫情期間，個人交通工具的需求量大幅增加，車廠看到市場需求后即時要求Tier1供應晶片，然而負責供應晶片的IDM廠在Tier1砍單后，將產(chǎn)能用于供應消費電子，導致車用晶片供應嚴重遞延，缺貨情況持續(xù)超過一年仍未緩解。

其次，傳統(tǒng)燃油車95%的晶片以40nm以上的傳統(tǒng)製程為主，當疫情同時帶動汽車與電子產(chǎn)品需求，消費電子晶片也有龐大的傳統(tǒng)製程產(chǎn)能需要，包含PMIC、驅(qū)動IC或是記憶體等產(chǎn)能，便會排擠車用的傳統(tǒng)製程產(chǎn)能。消費電子與車用晶片出現(xiàn)搶產(chǎn)能的狀況，車用晶片雖然毛利較高，但是過去大多以IDM廠自給自足的形式供應，并未將晶片生產(chǎn)的需求釋放到代工廠。當成熟製程的車用晶片不足，IDM廠向代工廠下單，代工廠不一定有多馀的產(chǎn)能可以支援生產(chǎn)，且車用晶片的產(chǎn)線需要經(jīng)過驗證、良率要求高，因此即便代工廠有馀裕提供產(chǎn)能，晶片生產(chǎn)轉(zhuǎn)換也需要一段時間。

第三個則是長期的影響因素，近年汽車的型態(tài)與功能大幅轉(zhuǎn)變，先進駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)與電動車的發(fā)展都拉高車用晶片的先進製程需求。相較燃油車只有5%的先進製程晶片，電動車的晶片有50%需要先進製程。但是IDM廠原先的投資重點都是傳統(tǒng)製程，因此先進製程晶片需要委託代工廠生產(chǎn)。另一方面，IDM廠如英飛凌、意法半導體考量到車用晶片產(chǎn)能不足，在2020~2021年宣布擴產(chǎn)，但是晶圓廠從開始擴產(chǎn)到能夠提供產(chǎn)能，最少需要兩年的時間，因此粗估到2024年才能提供車用晶片產(chǎn)能。

流程優(yōu)化加速晶片生產(chǎn)

從驗證廠商的角度觀察車用晶片供應鏈的變化，宜特科技可靠度工程處副總經(jīng)理曾劭鈞(圖1)表示，2022年第一季開始，消費性電子的晶片市場因為庫存較高，供應鏈的需求稍微下滑，而新的車用晶片驗證數(shù)量增加，因此可以推估需求上升且晶片供應商現(xiàn)有的產(chǎn)能較難應付。因為當晶片供應商的產(chǎn)能遭遇瓶頸，晶片生產(chǎn)需要轉(zhuǎn)廠，而車用晶片轉(zhuǎn)換晶圓廠生產(chǎn)，或者封測轉(zhuǎn)移到不同的專業(yè)封測廠(OSAT)，都需要重新驗證。

圖1　宜特科技可靠度工程處副總經(jīng)理曾劭鈞

車用晶片與消費電子晶片最大的差別在于，車用晶片對于可靠度與安全性的要求更高，因此開發(fā)過程需要歷經(jīng)更長時間的驗證。然而在車用晶片供不應求的情況下，車廠需要透過優(yōu)化IC設計流程及提早規(guī)畫驗證等策略，以同時確保晶片安全性且加速整體晶片生產(chǎn)的效率。曾劭鈞說明，一般的消費性電子晶片在Tape out之后，通常三個月內(nèi)包含設計與驗證都要完成，接著準備要量產(chǎn)上市。而車用晶片的安全性需求與生命週期不同，需要在生命週期更長，且產(chǎn)品與使用者人身安全相關(guān)的條件下，歷經(jīng)長時間且嚴格的驗證才能上市。通常車用晶片供應商會提前一年與驗證實驗室聯(lián)繫來年將上市的產(chǎn)品，以安排順暢的驗證流程，確保產(chǎn)品如期上市。

隨著未來車用晶片的算力與功能越來越複雜，車用晶片的驗證與測試時間只會有增無減，且驗證的時間無法壓縮，因此只能從整體的IC設計流程進行優(yōu)化。例如，車用晶片的生命周期通常是5~10年，所以供應商會跟實驗室討論產(chǎn)品在驗證完成之后的On-going Reliability Test(ORT)計畫，計畫將會長達3~5年，確認每個階段的測試項目，確保晶片的設計與製造效率。

安森美便是透過優(yōu)化晶片的開發(fā)與驗證流程，來提升供應晶片的效率。安森美中國區(qū)現(xiàn)場應用工程總監(jiān)吳志民(圖2)指出，通常半導體驗證流程只有在產(chǎn)品開發(fā)完成后才會開始，為減少汽車半導體的驗證時間，安森美在產(chǎn)品開發(fā)期間針對部分產(chǎn)品採用前瞻性可靠性(LAR)測試。LAR測試的結(jié)果有助于及早發(fā)現(xiàn)設計問題，并在早期開發(fā)階段解決問題，以確保穩(wěn)定的產(chǎn)品品質(zhì)。對于安全至上的車用晶片，安森美依照ISO 26262功能安全指南，開發(fā)符合ASIL B級到ASIL D級標準的產(chǎn)品。

圖2　安森美中國區(qū)現(xiàn)場應用工程總監(jiān)吳志民

曾劭鈞進一步說明，車用晶片入門的安全門檻是確保可靠度的AEC規(guī)范，功能性安全相關(guān)規(guī)范則以ISO 26262為主。一般車用晶片的設計與驗證架構(gòu)可以參考ISO 26262中的V Model，V Model左半部提及晶片的規(guī)范與規(guī)格，右半部則是測試及驗證相關(guān)規(guī)定，IC設計的第一步便是確保規(guī)格與測試規(guī)范相符。此外，美國汽車工程師協(xié)會提出的SAE J1879規(guī)范中，詳細說明晶片設計流程如何滿足車用電子的需求。以客戶退貨為例，由于車用晶片的生命週期較長，產(chǎn)品可能在市場上銷售3~5 年，因此晶片商可以透過市場反應，以及客退的經(jīng)驗持續(xù)優(yōu)化產(chǎn)品，將產(chǎn)品遇到的情境與問題納入IC 設計的知識架構(gòu)中，便能有效修正既有產(chǎn)品的問題，提高未來開發(fā)的產(chǎn)品品質(zhì)。

IDM廠與車廠建立聯(lián)繫

受到斷鏈危機的衝擊，車用供應鏈的互動出現(xiàn)變化。吳志民表示，以往車用晶片供應以IDM廠設計并生產(chǎn)晶片供應給Tier1廠商，再由Tier1廠商整合系統(tǒng)后，供應產(chǎn)品給車廠。因此汽車OEM以往依賴Tier 1供應電子系統(tǒng)，晶片供應商是供應鏈中的Tier 2或Tier 3。但是隨著整車中的晶片用量越來越高，可能出現(xiàn)的半導體短缺問題對于車廠的影響力道也更強。因此汽車OEM廠開始與晶片供應商建立直接聯(lián)繫，期望加強對晶片設計與供應的掌握度。這對晶片供應商是有利的，因為數(shù)量需求和技術(shù)路線圖(Technology Roadmap)更為透明，晶片供應商因此更了解車廠的晶片需求，能夠開發(fā)更精準的產(chǎn)品。

整體而言，晶片供應商與車廠面對2020年開始的晶片缺貨潮，各自祭出不同的策略。晶片供應商從整體晶片開發(fā)的角度，盡可能完善規(guī)畫設計、測試及驗證流程，試圖提高開發(fā)流程效率。而車廠為了避免未來可能再次發(fā)展的斷鏈風險，強化與IDM廠的合作，提高對于晶片供應，甚至晶片設計的掌握度。