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分化的芯片制程,十字路口的中國芯事

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鈦媒體 App 2021-10-28 12:47 搶發第一評

圖片來源@視覺中國

文|科技復聯汪,作者|牧遙

200萬輛、500萬輛、700萬輛、1094.3萬輛,AFS對全球汽車市場累計減產量的估算越來越悲觀。

芯片短缺只是問題的一小部分成因,鋼鐵和塑料、樹脂等大宗商品的飆升和供應短缺同樣是造成車企削減產能的重要原因。

關于大宗供應短缺迫使汽車企業減產的事情會在稍后另寫一篇稿子來說,今天我們先來聊一聊芯片產能短缺給整個市場帶來的影響。

很多人喜歡把這一輪芯片危機的爆發,歸結為疫情之初行業集體的需求誤判。

去年年初,國內汽車銷量退回到15年前的水平,保守情緒在整個行業蔓延開來,多數車企據此向一級供應商調低了零件需求,供應商又把這種需求傳遞給上游的芯片制造廠。

于是代工企業進一步將產能轉向消費級芯片,最終在車市重啟后半年讓行業陷入無芯可用的局面。

聽上去合情合理,但參考的時間線卻不夠長。事實上,芯片的大規模短缺從華為被制裁后就開始了。被制裁的一方短期內開出高價讓晶圓廠優先生產自己的大量訂單,進而導致下游各行業的恐慌性備貨和供需錯亂。

這種情況在2020年9月以后得到緩解,因為華為已經無法向臺積電等企業下單。

整個半導體行業的供需失衡還在繼續。先進制程的魔力無需贅述,是晶圓代工模式走上歷史舞臺的推手之一,為臺積電帶來延續數年的輝煌。

在很長一段時間里,8英寸晶圓一直被視為落后產線,其關鍵設備也面臨停產的困擾。SEMI數據顯示,全球8英寸晶圓產線數量在2007年達到巔峰,此后開始走下坡路,直到十二年后,全球范圍內也只保留了191條產線。

毫不夸張地說,本輪芯片危機,是過度宣揚制程工藝的惡果之一。

01 制程不是衡量芯片價值的唯一標準

業內關于8英寸晶圓緊張的消息傳了很多年,從物聯網逐漸鋪開的2015年就開始了。

智能產品、工業/汽車電子應用的的激增,帶來MCU、電源管理IC、指紋識別IC等器件的大幅增長。

一般情況下,以上這些適用于40納米以上的成熟工藝,甚至不乏采用180納米和350納米制程的元器件,用8英寸晶圓生產即可。

在汽車領域,MCU和IGBT這類主控芯片,大多數使用的也是28nm、45nm甚至更落后的工藝制程。即使是號稱最智能的特斯拉,現階段使用的也是14nm的自研芯片。

當下并非是所有芯片都斷供了,供不應求的主要是ESP(電子穩定程序系統)和ECU(電子控制單元)這兩種車載電腦的核心芯片,用于搭配電子穩定系統、智能發動機控制系統的高端燃油車。

盡管每家汽車制造商都會有意識地選擇多家MCU供應商(例如,奧迪豪華SUV搭載的38個MCU來自7家供應商,本田中型汽車搭載的20個MCU來自7家供應商),但在三級供應商方面,他們幾乎沒有選擇:市面上7/10的MCU都來自同一家代工廠。

汽車企業面對代工廠時的弱勢地位,在大眾身上也不例外。

據路透社報道,大眾集團的一名高管曾在去年4月通知供應商,稱下半年汽車市場將出現強勁復蘇,提醒其做好備貨。但是,供應商并沒有聽大眾的話,其生產計劃未做明顯調整,直到去年11月底出現芯片短缺后才告訴大眾。

地表最強代工廠,真讓人羨慕啊

既然8英寸的晶圓不足了這么多年,代工廠為什么不擴大產能呢?

因為8英寸晶圓的價格較12英寸低得多,在代工廠眼里,擴大8英寸產能的成本效率更低。

從臺積電2021Q3的業績來看,7nm及以下的先進制程帶來的收入在半數以上,由汽車芯片帶來的收入在總收入中所占的份額僅為4%(這還是今年增長了1個點后的結果)

雖然臺積電表示會增加投資以支持其汽車客戶,但這是一個長期行為,主要是迎合汽車行業向高性能計算發展的未來趨勢,而不是為了解決眼下的供應瓶頸(一個年初開始建設的晶圓產線要想正式投產,最快也是2023年的事情了)

在這場持續數十年的先進制程淘汰賽中,九成以上的晶圓廠都被淘汰了。既然斷供的并非是先進制程,為什么包括中芯國際在內的一眾8英寸晶圓廠沒能從中受益呢?

一個很少被提到的行業常識是,制程并不是衡量芯片價值的唯一標準。比起消費級芯片在制程工藝上展開的近乎瘋狂的競賽,行車時遭遇的振動和沖擊,以及極端條件考驗和各種液體或粉塵的侵蝕,車載芯片的技術要求顯得更為復雜:

它要承受的溫度范圍一般在-40°C-150°C之間(消費級芯片只需滿足0°C-70°C的工作環境即可),使用壽命往往在15年以上甚至30年(消費級芯片的生命周期在1-3年之間,一般不會超過5年),車載芯片的不良率不能高于百萬分之一,甚至是無限趨近于零(消費級芯片可接受的不良率是萬分之二)……

為了保證車載芯片的安全可靠,進入汽車電子主流供應鏈體系需要滿足多項基本要求:

所以對于后進者來說,想要撼動原有市場是極為困難的。即便是計算機視覺領域的領頭羊 Mobileye,也花了整整8年才拿到第一張車企訂單,上市則是在成立15年之后。

02 為什么說芯片供應危機是中國的機會?

2009年,中國超越日本成為全球最大的汽車生產國。

直到十年后,六家入圍世界500強的中國車企的利潤總和,也抵不上一個豐田。

通過產品進出口過程中的“剪刀差”,大量工業制成品的剩余價值從中國流向世界各地。

按照英飛凌2020Q4公布的數據,從燃油車到純電動汽車,單車半導體的價值量從457美元提升至834美元。現狀卻是在中國每年2800萬輛的汽車市場,國產汽車半導體的產值僅占全球車載芯片收入的4.5%,其中部分關鍵零部件的進口數量在80%-90%。

而上世紀90年代開始的全球芯片制造產能轉移,中國承接了至少1/5個部分。

2004年,我國就提出了加強培育零部件產業,時至今日零部件產業的發展依舊嚴重滯后于整車。

在國內,Tier 1所需的車載芯片可以通過自主開發和跨境收購的方式有所突破,但Tier 2所需的半導體部件,國產能力幾乎為零。

汽車半導體按種類可分為功能芯片MCU、功率半導體、傳感器和其他。從價值占比來看,傳統燃油車的MCU價值最高,當傳統汽車逐漸過渡到新能源汽車,價值量增長最大的是功率半導體。

電動車中,逆變器和電機取代了發動機的角色,其好壞直接影響到電機的功率輸出表現和整車的續航能力。目前,大部分電車還是用IGBT來做高功率逆變器及車載充電系統。

反映在過去一年的乘用車銷售市場,是燃油車銷量的節節敗退,以及新能源汽車的高歌猛進( 01 制程不是衡量芯片價值的唯一標準 中提到過,本輪汽車芯片供應危機主要集中在對制程工藝要求稍高的MCU部分)

然而當黑暗降臨時,沒有誰是幸存者。今年6月,中國乘用車銷量結束了疫情以來的11連增,同比下降5.1%。

燃油車之后,新能源汽車的銷售大盤雖然維持住了過往的增長態勢,但增長率先后到達S型曲線的第一個拐點,無論是正當紅的特斯拉,還是所謂的造車新勢力。

馬斯克喜歡在季度末給全員發郵件,用以督促交付。在本季度下發的全員郵件中,他寫道:特斯拉制造了很多缺少零件的汽車,需要稍后再添加,這是特斯拉歷史上最大的一次交付浪潮。

亞洲的汽車半導體基地,除了日本和中國臺灣,還有一個重要支撐區域——馬來西亞。經過近半個世紀的積累,這座黃金半島成為全球半導體產品的第七大出口國,超過50個半導體制造商在當地設廠,貢獻了全球后端半導體產量的13%。

當馬來西亞政府因為疫情在全國范圍內實施“全面行動管制令”,意法半導體、英飛凌、恩智浦和瑞薩的生產都按下了暫停鍵。這次,小鵬和理想也沒能逃過車載芯片短缺的厄運,紛紛下調了第三季度的交付量預期。

為了搶占市場份額,理想向用戶提供了一個3雷達版本的車型,并承諾會在12月到明年春節前為車主免費補裝剩下的2個雷達。在完成補裝之前,暫不開放ADAS中的自動并線和前方橫穿車輛預警功能。

學到了特斯拉交付的精髓。但透過乘聯會公布的新能源月報,我們證實了不管是純電動市場,還是插電混動市場,新能源汽車的銷量增速都已經開始放緩的事實。

除了比亞迪。

作為國內最不務正業的整車制造廠,他們自主設計與制造的IGBT芯片和模組,已批量應用于比亞迪電動汽車;同樣已批量或即將批量應用于汽車的關鍵芯片還有圖像傳感芯片、車用MCU、電池管理芯片和IGBT驅動。

在別家因缺芯過得水深火熱的2021年,阻礙比亞迪交付的是刀片電池的良品率遲遲得不到改進。

在官方語境中,自研自產芯片使得比亞迪產能未受到缺芯潮的影響。

這是否意味著他們已經從潮水中上岸呢?答案恐怕不那么樂觀。

翻看比亞迪半導體四個月前向深交所提交的招股書,公司通過供應鏈進行境內外采購元器件,前五大供應商的占比數量常年保持在接近30%的水平,其中不乏東部高科、臺積電以及先進半導體的影子。

中國的汽車芯片制造業,還有最艱難的一段路要走。但眼下正是最好的機會。

半導體去進口化來到一個不得已而為之的窗口期。在這之前,得益于小農經濟的生產模式,比亞迪已經是國內僅次于英飛凌的車規級IGBT廠商了。

03 放棄幻想,特斯拉國產化不過是又一個誘人的「蘋果」

特斯拉一直對外宣稱致力于實現供應鏈的本地化。

據外媒報道,國產Model 3和Model Y的零部件中有90%以上來自中國供應商。但他們沒有寫出來的地方是,這個國產化包含著大量在華投資的外資企業名單。

以及斥巨資運抵上海的各式自動化設備。

他們幾乎把所有的研發力量都布局在美國,就連招聘網站上面向中國的職位,也多是生產、交付、銷售以及客戶支持等邊緣崗位。

上一輪在中國享受了超國民待遇的外資企業,在改革開放之后把我們變成了享譽全球的「世界工廠」。

我們賺到了錢,但也失去了很多,唯一學會的道理就是:誰掌握最核心的技術,誰就能獲得最大的優勢。

如若不然,就會像iPhone的國產化一樣,養出一堆等庫克臨幸的產業鏈玩家。

一如歐菲光,脫離蘋果產業鏈之后,當季利潤就下滑了93.25%,令人唏噓。

最后,希望大規模的制造能力,不是中國芯片的終局。

參考資料:

  • [1].應對2021年汽車行業芯片荒,IHS Markit,2021年
  • [2].汽車電子革命系列白皮書,羅蘭貝格,2021年
  • [3].芯片短缺對汽車行業影響幾何,國泰君安,2021年
  • [4].如何理解芯片代工權?半導體風向標,2021年
  • [5].八英寸晶圓的問題,半導體行業觀察,2021年
  • [6].從蘋果陷阱,到特斯拉幻影 遠傳科技評論,2021年
  • [7].與手機里的芯片相比,做車載芯片會更難嗎?X科技實驗室,2021年

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