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        1. 是什么原因導致了最近汽車芯片的短缺?

          日期:2021-10-22 作者:潤欣科技 返回列表


          近日,德國薩克森州首府和歐洲最大的半導體集群之一的德國德累斯頓(Dresden)出現意外停電,全城電力供應異常情況長達兩個小時。根據彭博社報道,英飛凌的工廠關閉到周二晚上,博世設法在周一下午就重新開始運營,但博世表示仍在評估其價值 10 億歐元的工廠的損失。GlobalFoundries Inc.表示,由于儲能系統能源供應,德累斯頓工廠的影響有限。

          前段時間,被譽為全球“半導體封測重鎮”的馬來西亞疫情反彈,全球芯片巨頭、意法半導體位于馬來西亞的一個工廠出現集體感染,工廠生產多次被迫中斷,由此導致的芯片供應短缺問題已經傳導至汽車行業。馬來西亞是全球半導體產業的重要組成部分,半導體封裝測試產能占到全球的13%。


          為什么缺芯會對汽車行業影響嚴重?


          汽車芯片是汽車電子的基礎,通常來說汽車電子是安裝在汽車上所有電子設備的總稱。我們以一個簡單的汽車車門為例,它想要實現一定速度下的自動落鎖,遠程關鎖和開鎖,玻璃自動搖下的工作,離不開芯片。通常芯片存在于三類部件中,包括傳感器、電子控制模塊和執行器中。


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          圖1 簡單的一個車門都需要大量的信息

          從汽車電子功能的分類來看,汽車電子主要包括包含傳感器、控制器、執行器(含外部機械結構)等基本部分組成。

          1)傳感器(相當于人的五覺):它的主要作用是將物理量轉換為可識別的電信號,一般是為控制器收集所需對象的信息和狀態,它目前也是汽車里面很重要的芯片。從物理量來來看,傳感器幫助汽車收集汽車里面的分類有溫度、壓力、車速、加速度、等對于車輛有用的的信息,然后把這些信息傳輸到電子控制模塊里面。

          2)電子控制模塊(相當于人的大腦):它是汽車里面處理信息的大腦,以MCU和SOC芯片為核心,包括各種電源電路、通信電路、輸入處理電路和輸出功率電路。

          3)執行器(相當于人的四肢):車里面執行器是用來地執行電子控制器發出的控制信號,對電子模塊來說是負載。

          隨著汽車工業的發展和消費者不斷提高的期望,使得各家廠商更加注重提高汽車安全性、減低能耗、改善舒適性和增加娛樂及輔助功能,以提高汽車產品的競爭力。所以目前來說,一臺車越智能,它對應的智能控制模塊和傳感器越多,需要的芯片越多。以微控制器來說,一臺車上往往需要40-80個,加上各類傳感器還有各種各樣的其他特定功能的芯片,單臺車上主要的大芯片甚至有1000多個,更不用說各種分立器件(二極管和三極管)還有被動器件(我們熟知的電阻、電容)。通常一臺車需要4000個二極管、1200個三極管、5萬個電阻和6萬電容。


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          圖2 越豪華的車輛具備越多的芯片

          可以說,汽車芯片讓我們的車輛越來越智能,用起來越來越舒適,但是芯片也成為了汽車里面非常重要的部分。在極端狀況下,芯片的供應成為了汽車供應鏈管理的阿克琉斯之踵。


          為什么芯片會短缺?


          總體來看,汽車芯片短缺主要是供需失衡,供給端因為各種天災人禍造成緊缺,這使得供應鏈里面所說的牛鞭效應越來越嚴重,供應鏈條上所有的企業需要增加額外的庫存,使得芯片緊缺的情況雪上加霜。

          我們首先回顧下汽車芯片的短缺情況,去年12月開始Volkswagen Group、Continental和Bosch開始從供應鏈短缺的角度開始發出首次汽車行業缺芯的情況。從去年12月到2021年2月的汽車芯片短缺情況,主要是因為供需錯配導致的不平衡。2020年疫情突然發生,使得汽車的生產在2020年第二季度驟降,這使得汽車芯片廠家拿到的2020年下半年的需求量暴跌。當2020年第三季度全球汽車生產復蘇的時候,大量的需求和消費電子復蘇一起對上游的芯片供應產生了巨大的壓力,可以說這一輪是短暫的供需失衡引發的。

          隨著復蘇的時間越來越長,汽車產業發現短缺的芯片主要是缺MCU微控制器。前面已經介紹了,汽車控制模塊里面使用了大量的MCU微控制器,由于芯片小型化和高頻的需求,MCU需要40 nm以下的制程,大部分IDM都把芯片生產外包給臺積電(TSMC)等代工廠, TMSC生產出貨的所有汽車MCU的約70%的市場份額。由于汽車MCU芯片的市場也是高度集中的,排名前7位的MCU供應商約占需求的98%。當時的瓶頸是臺積電,由于汽車業務僅僅占它的3%的總收入,在加工其他芯片還是加工汽車MCU微控制器里面,臺積電有著自己的考量。但是隨著各國政府還有車企的斡旋,臺積電這塊的瓶頸逐步被打破,這個階段短缺在4月以后逐步緩解。

          在這個過程里,還發生了德州半導體生產重鎮發生罕見的暴風雪使得電力緊缺,幾個大的芯片企業被迫停工節約電力。世界最大的汽車芯片公司之一的瑞薩半導體工廠發生火災等等原因。而到7月份東南亞疫情的加劇,以馬來西亞為中心的某汽車芯片供應商的工廠,繼之前關廠停產數周后,再次被當地政府要求關閉部分生產線至8月21日。這直接導致了芯片供應的惡化,芯片制造商停產也導致了博世的ESP/IPB、VCU、TCU等產品的供貨困難,而博世作為全球最大的汽車供應商,底盤和安全部件的供應缺口,對于全球所有的整車企業來說,產生了重大的打擊。

          由于這樣的背景持續,汽車芯片就發生了非常明顯的牛鞭效應。牛鞭效應是需求信息在傳遞過程中逐級放大的現象。這個從汽車來說,是最為典型的。終端客戶就是車主,經銷商是我們所熟知的4S店,制造商是生產汽車的整車廠,直接給整車廠供貨的被稱為一級供應商。在供應鏈的信息失真過程主要包括了三個關鍵詞:

          1. 需求信息,包括了訂單和預測

          2. 傳遞過程,經過了多個經銷商和供應商的傳遞節點。

          3. 逐級放大,供應鏈條尾部的振幅最大。

          由于汽車芯片的供應的短缺情況持續,所有的車企和供應商是被迫放棄了零庫存的策略,對于芯片的需求是非常大的,這使得芯片企業收到了多如雪花的訂單和需求,根本做不完。


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          圖3 汽車供應鏈的牛鞭效應


          實際上,影響汽車芯片生產的還有本身汽車芯片的問題:

          1.生產鏈條長,供給不充分:從原材料到芯片產品,包括設計、制造、封裝、測試四大環節,生產鏈條分工精細,工廠覆蓋全球,任何環節出現問題都會影響芯片產能。而汽車芯片的短缺,在在圓晶、制造和封測方面,都有各種原因。

          2.生產周期長:由于芯片的產業鏈條比較長,所以從原材料到芯片產品,一般需要24周-26周的時間。當供應鏈擾動增加之后,供應時間不斷背拉長。車規級芯片生產要求高、利潤低:相比消費級芯片,車規級芯片要高利潤低,產值僅占全行業產值的10%左右,話語權低。在消費類芯片需求增長、產能整體不足的情況下,芯片產商更愿意生產利潤率高的消費類芯片。


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          圖4 芯片的設計和制造過程

          所以從這個邏輯來看,汽車芯片短缺在當前環境下也有一定必然性。三、汽車芯片的行業布局是什么?在前面已經說過了,芯片生產四大環節設計、制造、封裝、測試,只有少數公司可以獨立完成四個環節。汽車芯片行業為了追求更高的利潤率,采取了大量的外包服務。在汽車芯片的主要供應商包含十大供應商,主要包括英飛凌、意法半導體、恩智浦,而這些巨頭有設計能力,把附加值比較低的環節布局在封裝、測試集中在勞動密集型地區。同時,隨著汽車零部件供應商的經驗積累,他們設計了專有的汽車芯片,比如博世在設計中把大量的知識進行固化,往前自己設計專用芯片。



          從當前的狀態來看,汽車芯片的情況還會持續一段時間,有很多的力量在努力改善芯片的供應情況。這段時間確實是對于汽車企業是個困難時期,對于消費者來說,汽車供應不充分也導致了汽車產品終端價格的上漲。隨著各方面的努力,芯片供應會逐步改善。




          END




          作者丨朱玉龍

          來源丨中國電子報

          新聞來源丨與非網





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