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汽車芯片,何以破“荒”?

2023/04/18
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在汽車電動化、智能化和網(wǎng)聯(lián)化三大趨勢驅(qū)動之下,當前汽車內(nèi)半導體含量大幅提升,整車芯片的價值量也將隨之不斷攀升。根據(jù)海思在2021中國汽車半導體產(chǎn)業(yè)大會發(fā)布的數(shù)據(jù),預(yù)計2030年汽車電子在汽車總成本中的占比會達到50%。

不僅是芯片價值量有所提升,數(shù)量同樣有所增加。根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)顯示,傳統(tǒng)燃油車所需汽車芯片數(shù)量為600—700顆,電動車所需的汽車芯片數(shù)量將提升至1600顆/輛,而更高級的智能汽車對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遠跟不上需求的腳步。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450萬輛。

那么汽車市場到底需要哪些芯片?有多緊缺?

據(jù)市場調(diào)研機構(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IGBTMCU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IC交期陸續(xù)松動,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。

具體來說,汽車MCU和IGBT依然是汽車“缺芯”的主角,尤其是IGBT,更是有價無貨,業(yè)界表示“現(xiàn)在不是價格多高的問題,而是根本買不到”。IGBT已超越汽車MCU,成為影響汽車擴產(chǎn)的最大掣肘。

MCU持續(xù)緊缺

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

長久以來,車用MCU這一市場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,國產(chǎn)化率遠低于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)貨價格在非常高位。英飛凌高端汽車MCU (以SAK開頭) 因無法替換一直比較緊俏,如SAK-TC277TP-64F200N、SAK-TC222S-16F133F AC較常態(tài)價均是高價。

IGBT有價無貨

近期以來,多位市場人士反映,受到需求與產(chǎn)能錯配的影響,IGBT現(xiàn)有產(chǎn)能基本售罄,不僅價格漲翻天,業(yè)界更以“不是價格多高的問題,而是根本買不到”來形容缺貨盛況。據(jù)媒體報道,IGBT缺貨問題至少在2024年中前難以解決。此前亦有消息指出,部分廠商IGBT產(chǎn)線代工價上漲10%。隨著車用、工業(yè)應(yīng)用所需用量大增,而產(chǎn)能擴增緩慢,客戶認證需時間,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市場目前仍主要由外國企業(yè)壟斷,全球IGBT前五大玩家為英飛凌、三菱、富士電機、安森美和賽米控,其中英飛凌在各個細分市場中都有較大的領(lǐng)先優(yōu)勢。即便是國內(nèi)排名第一的斯達半導,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年半導體產(chǎn)品Q1貨期數(shù)據(jù)顯示,當前英飛凌、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——在50周左右徘徊,最高達54周,超過一年,MOSFET的交期也類似,貨期處于長周期區(qū)域,與前兩年缺芯時期表現(xiàn)基本一致。

除了漲幅驚人的MCU與IGBT之外,顯示驅(qū)動IC、汽車芯片、晶圓代工產(chǎn)能等都是一貨難求。國際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。

汽車芯片如何破荒成為一個嚴肅的問題。

何以破“荒”?

IC Insights的觀點表明,汽車芯片短缺的真正原因在于2021年汽車芯片的市場需求激增,而不是半導體供應(yīng)商無法提高產(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。

芯片廠商狂擴產(chǎn)

在汽車芯片緊缺的當下,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產(chǎn)。今年2月,英飛凌宣布將投資50億歐元在德國德累斯頓建設(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,擴大功率半導體產(chǎn)能。

不過,可以看到,海外大廠新增產(chǎn)能有限且等待量產(chǎn)時間較長。彼時中國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MCU缺貨漲價,不僅讓主機廠成本上升,更重要的是,部分企業(yè)因沒有足夠的芯片導致汽車減產(chǎn),因此,終端用戶期望建立更安全的芯片供應(yīng)鏈體系,其中上汽集團已經(jīng)明確了MCU芯片的國產(chǎn)化策略,其他主機廠也越來越多地采用本土車規(guī)級MCU,終端用戶的改變,也增強了本土MCU企業(yè)進軍高端市場的信心。國內(nèi)涌現(xiàn)出了兆易創(chuàng)新、國芯科技、比亞迪半導、四維圖新(杰發(fā)科技)、芯??萍?、中穎電子、紫光國微、復(fù)旦微電等一批車規(guī)級MCU企業(yè),并于2022年推出了適用于不同應(yīng)用場景的多款新產(chǎn)品。

在IGBT方面,2022年,斯達半導第六代IGBT模塊新增多個車型的定點,第七代IGBT也開始批量供貨;士蘭微12寸的IGBT也達到了1.5萬片的產(chǎn)能,車規(guī)級IGBT產(chǎn)能持續(xù)爬坡;時代電氣在2022年國內(nèi)新能源乘用車IGBT功率模塊搭載量約63.28萬套(占比12.4%),位列全國第四。此外,華潤微、東微半導、宏微科技、晶能微的IGBT產(chǎn)品也實現(xiàn)了突破,新潔能、揚杰科技、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體的第一條IGBT模塊封裝測試生產(chǎn)線已經(jīng)基本建設(shè)完成。

中國汽車芯片廠商集體崛起,給缺芯現(xiàn)狀帶來極大緩解,但這仍不能從根本上解決缺芯的問題。因為在汽車芯片創(chuàng)業(yè)熱潮中涌現(xiàn)的大多是芯片設(shè)計公司,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廠商擴產(chǎn)較為緩慢,廠商采取的擴產(chǎn)措施并不會讓汽車芯片的產(chǎn)能在短期內(nèi)立刻增加,汽車行業(yè)對晶圓代工廠的依賴加深。

晶圓廠“八英寸亡羊補牢”

就目前階段來看,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,而在過去很長一段時間都被視為老舊、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,市場上8英寸晶圓設(shè)備一機難求,二手設(shè)備價格水漲船高,彼時擴產(chǎn)面臨困難。

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

因為晶圓尺寸越大,分攤到每顆芯片的成本越低,帶來的利潤率也越高。但短期來看,12英寸的成本效益其實不如8英寸。12英寸對工藝制程穩(wěn)定性的要求更高,隨著制程越小,光罩成本和設(shè)計成本越高,因此在成本和工藝的考量下,有相當多芯片仍基于8英寸晶圓生產(chǎn)。

晶圓代工作為半導體中游制造環(huán)節(jié),整體需求受半導體產(chǎn)業(yè)景氣度影響較大,隨著全球消費電子和汽車電子市場規(guī)模穩(wěn)步擴大,國內(nèi)外晶圓代工廠的產(chǎn)能都在持續(xù)擴張。

選擇新的供應(yīng)模式

首先,由于汽車行業(yè)的零件采購管理有其特有的結(jié)構(gòu)和特點,此前多青睞于獨家供貨的方式,不過現(xiàn)在為避免芯片短缺的影響,獨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)角度來說,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通用芯片替代,變?yōu)楹唵涡酒慕M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。

汽車芯片荒是否會持續(xù)蔓延?

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

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

未來,汽車芯片荒是否會持續(xù)蔓延還是未知。

作者:豐寧

 

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