產(chǎn)能短缺門檻高 汽車產(chǎn)業(yè)如何破解"缺芯"困局？

　　2020年第四季度開始的“缺芯風(fēng)暴”仍在全球蔓延，當(dāng)中充滿了偶然性與必然性。一塊小小的汽車芯片如何能扼住汽車產(chǎn)業(yè)的喉嚨？

　　車企3個月的芯片庫存正在陸續(xù)見底。

　　2021年3月29日，蔚來汽車的合肥工廠因缺芯停產(chǎn)5個工作日，預(yù)計減產(chǎn)1000輛；同一日，Stellantis暫停北美工廠至4月中旬；日產(chǎn)汽車位于土耳其、美國和墨西哥的3家工廠將從4月1日起停產(chǎn)兩天。研究公司AutoForecast Solutions最新統(tǒng)計，芯片短缺已導(dǎo)致全球汽車企業(yè)累計減產(chǎn)115.7萬輛，預(yù)計今年全年減產(chǎn)超過200萬輛。

　　以現(xiàn)有信息來看，我國汽車產(chǎn)能中斷的風(fēng)險較大。僅2021年第一季度，受波及的汽車產(chǎn)能就可能達(dá)到25萬輛。3月23日，吉利汽車集團(tuán)董事長安聰慧在財年發(fā)布會上表示：“芯片短缺導(dǎo)致我們的生產(chǎn)計劃從此前的三個月排產(chǎn)，縮短至一個月、一周、一天，目前已經(jīng)到了按小時排產(chǎn)的階段。”

　　這場席卷全球的缺芯風(fēng)暴是因何而起，又要如何消散？

　　四方對撞的產(chǎn)能風(fēng)暴

　　“這是一次多種因素導(dǎo)致的市場行為?！鼻迦A大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系長聘教授、國家新能源汽車技術(shù)創(chuàng)新中心首席芯片專家李兆麟在接受采訪時，對去年年底爆發(fā)至今的缺芯事件作出如上分析。“全球疫情下，芯片加工企業(yè)過度下調(diào)生產(chǎn)計劃，未給汽車產(chǎn)業(yè)預(yù)留富裕產(chǎn)能。而去年下半年汽車行業(yè)出現(xiàn)強(qiáng)勢復(fù)蘇，眾多廠商開始搶奪有限的芯片資源，導(dǎo)致汽車芯片供應(yīng)緊缺。”李兆麟表示，“核心還是芯片產(chǎn)能問題?！?/p>

　　2020年年底的芯片產(chǎn)能“爭奪戰(zhàn)”在兩年前便埋下了伏筆。

　　2018年，我國集成電路迎來新一輪的發(fā)展高潮。特別是2019年華為事件后，眾多企業(yè)入局集成電路產(chǎn)業(yè)。公開數(shù)據(jù)顯示，截至2020年12月，我國新增超過6萬家芯片相關(guān)企業(yè)。眾多的新生產(chǎn)品在2020年前后集中進(jìn)入流片投產(chǎn)階段，但集成電路的生產(chǎn)產(chǎn)能未能在兩年內(nèi)大幅增長?！拔覈呻娐钒l(fā)展的春天導(dǎo)致生產(chǎn)需求激增，增加了原有的芯片產(chǎn)能壓力?！崩钫作氡硎?。

　　中美貿(mào)易摩擦則進(jìn)一步繃緊了2020年芯片產(chǎn)能的平衡線。

　　2019年-2020年，中美貿(mào)易摩擦引發(fā)了眾多企業(yè)的擔(dān)憂并隨之對芯片等關(guān)鍵零部件“囤貨”，直接反應(yīng)為向芯片制造企業(yè)超量發(fā)訂單，從而進(jìn)一步擠壓芯片產(chǎn)能。

　　如果說我國集成電路產(chǎn)業(yè)的春天和中美貿(mào)易摩擦是整個芯片產(chǎn)能的壓力來源，疫情則使汽車芯片成為整個產(chǎn)業(yè)的第一個斷點(diǎn)。

　　疫情影響下，2020年上半年全球汽車市場銷量銳減，其中我國汽車市場同比下滑，引發(fā)悲觀預(yù)期。李兆麟表示，當(dāng)時芯片企業(yè)預(yù)期疫情對車市影響還會持續(xù)一兩年。與之相反的是居家隔離等防疫措施導(dǎo)致消費(fèi)電子需求大增。芯片生產(chǎn)企業(yè)紛紛調(diào)整產(chǎn)能，將汽車芯片轉(zhuǎn)產(chǎn)消費(fèi)類芯片。

　　今年年初的日本地震和美國德州極端天氣成為壓倒整個產(chǎn)業(yè)的最后一根稻草。

　　瑞薩、三星、恩智浦、英飛凌等汽車芯片企業(yè)暫時關(guān)停旗下生產(chǎn)工廠，徹底壓斷了本已是緊平衡的汽車芯片產(chǎn)能鏈條，四方對撞的產(chǎn)能風(fēng)暴在此刻達(dá)到高點(diǎn)。

　　至2020年年底，汽車芯片短缺的壓力已蔓延至全球各大主流車企，但要緩解卻非朝夕之功。

　　李兆麟認(rèn)為，目前短期內(nèi)緩解車企壓力還要依靠芯片生產(chǎn)企業(yè)加大汽車芯片產(chǎn)能，而芯片生產(chǎn)企業(yè)預(yù)計至少需要6~9個月才能恢復(fù)產(chǎn)能需求，所以汽車芯片短缺會持續(xù)到今年四季度。他還強(qiáng)調(diào)：“前提是芯片生產(chǎn)企業(yè)有從消費(fèi)類芯片轉(zhuǎn)產(chǎn)汽車芯片的意愿?！?/p>

　　據(jù)報道，受市場需求旺盛等因素提振，今年一季度，消費(fèi)電子行業(yè)維持高景氣度，淡季不淡。但受供應(yīng)鏈產(chǎn)能不足等因素影響，手機(jī)廠商也面臨著芯片、元器件等供應(yīng)緊張、價格上漲的制約。

　　汽車芯片的高門檻

　　國際汽車芯片緊缺，國產(chǎn)產(chǎn)品能否迅速替代？

　　“盡管華為海思等芯片企業(yè)已經(jīng)完全掌握了7nm及以下的先進(jìn)集成電路設(shè)計技術(shù)，但國內(nèi)還沒有一家芯片企業(yè)完全掌握車用MCU設(shè)計技術(shù)，縱使汽車芯片的主流工藝是40nm和28nm?！崩钫作胝J(rèn)為，“足見汽車芯片的技術(shù)門檻之高，國產(chǎn)產(chǎn)品很難迅速替代。”

　　此次汽車芯片主要短缺用于發(fā)動機(jī)的電子控制單元的車用MCU等核心汽車芯片，其工藝水平主要是40nm/28nm級別，貌似與消費(fèi)類芯片動輒采用的14nm/7nm/5nm甚至正在攻關(guān)的3nm工藝有較大差距，但并不意味著誰都可以生產(chǎn)40nm/28nm車規(guī)級工藝的汽車芯片。

　　汽車芯片之難首先體現(xiàn)在設(shè)計和制造兩個方面。

　　“與消費(fèi)類芯片不同，汽車芯片在追求功能與性能的同時，十分強(qiáng)調(diào)高可靠、高安全、高適應(yīng)和高穩(wěn)定。其中，高安全和高可靠有賴于芯片設(shè)計。雖然我國在芯片設(shè)計方面取得了長足進(jìn)步，但汽車芯片所需的功能安全和高可靠卻是我國芯片設(shè)計領(lǐng)域的薄弱環(huán)節(jié)，也是我國芯片企業(yè)進(jìn)軍汽車芯片領(lǐng)域的一個新門檻。但中國人聰明，會很快突破汽車芯片設(shè)計的技術(shù)門檻?！崩钫作氡硎?。

　　汽車芯片的高適應(yīng)性和高穩(wěn)定性則需要車規(guī)級生產(chǎn)加工工藝。車規(guī)級汽車芯片的壽命、適應(yīng)環(huán)境和失效率等都要求數(shù)倍甚至數(shù)百倍嚴(yán)苛于工業(yè)級和消費(fèi)級芯片。相比1年-3年一換的手機(jī)、在溫濕基本恒定的廠房內(nèi)工作的車床，工作在汽車上的車規(guī)級芯片壽命需達(dá)到15年-20年，要在-40℃~150℃、0~100%RH的環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)接近于零失效率的工作表現(xiàn)。這樣嚴(yán)苛的要求，需要對車規(guī)級工藝進(jìn)行反復(fù)調(diào)試，才能保證汽車芯片生產(chǎn)的高穩(wěn)定性和高一致性?！斑@是需要我國芯片生產(chǎn)企業(yè)去攻關(guān)的事情?！崩钫作氡硎尽?/p>

　　技術(shù)攻關(guān)之后，汽車芯片的商業(yè)化落地則是進(jìn)軍汽車芯片領(lǐng)域的企業(yè)所面臨的另一道門檻。

　　相比于消費(fèi)類芯片，汽車芯片的設(shè)計制造都意味著更高的成本投入。李兆麟表示，一方面，車規(guī)級工藝IP核比普通工藝IP核的授權(quán)費(fèi)要高出30%~50%，流片費(fèi)用也較高；另一方面，汽車芯片在生產(chǎn)制造后還需要通過AECQ100的可靠性評測和ISO 26262的功能安全認(rèn)證，額外的時間和資金成本也不容忽視。以車用MCU這樣的核心汽車芯片為例，完成一個產(chǎn)品前期約需要1億~1.5億元，而維系一個應(yīng)用需要3~5個產(chǎn)品，便意味著至少3億~5億元的前期資金投入。

　　此外，由于激烈的市場競爭，汽車芯片的價格普遍不高。受限于汽車市場規(guī)模，汽車芯片的市場規(guī)模不大。車用MCU一類的汽車芯片往往被稱為“十美元產(chǎn)品”，整個汽車電子的全球市場規(guī)模也只有1000億美元左右，屬于中小型細(xì)分市場。

　　“這是一個市場規(guī)模相對較小、要求高、投資大，回報率也不是特別高的產(chǎn)業(yè)?！崩钫作氡硎尽Ｊ聦?shí)上，目前主要的汽車芯片企業(yè)，如恩智浦、英飛凌等，大多是以工業(yè)級芯片起家，目前也是工業(yè)級和車規(guī)級芯片產(chǎn)品一起生產(chǎn)?！皩σ粋€芯片企業(yè)來說，單純做車規(guī)級芯片很難生存下去。”李兆麟表示。中國首個前裝上車的車規(guī)級AI芯片廠商地平線表示，其在百萬出貨量的情況下才能實(shí)現(xiàn)比較好的銷售回報率。

　　卡脖子的“小產(chǎn)業(yè)”

　　技術(shù)難度高，商業(yè)回報小，中國是否應(yīng)該切入汽車芯片領(lǐng)域？

　　李兆麟認(rèn)為，盡管短期內(nèi)我國可以通過商業(yè)談判緩解此次“汽車芯片荒”，但從中長期來看，國家應(yīng)該鼓勵支持發(fā)展汽車芯片產(chǎn)業(yè)。這一觀點(diǎn)主要出于兩點(diǎn)原因：其一，發(fā)展汽車芯片是保障汽車這一國家戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)安全的核心環(huán)節(jié)，確保不因各種因素影響我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展；其二，要在未來刺刀見紅的智能汽車競爭中保持技術(shù)優(yōu)勢，也離不開汽車芯片的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。

　　在產(chǎn)業(yè)安全方面，汽車芯片前十大供應(yīng)商恩智浦、瑞薩電子、英飛凌、意法半導(dǎo)體、博世、德州儀器、安森美、羅姆半導(dǎo)體、東芝、亞德諾，掌控了全球車用半導(dǎo)體的80%以上的市場份額。全球TOP40的半導(dǎo)體生產(chǎn)商，掌控了車用半導(dǎo)體95%以上的市場份額。

　　我國率先從疫情當(dāng)中恢復(fù)，在經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇的關(guān)鍵期，萬億級汽車產(chǎn)業(yè)起著重要的支撐作用，但根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會的調(diào)查，目前已有多家企業(yè)的數(shù)十萬輛汽車產(chǎn)能受到汽車芯片短缺的影響，行業(yè)主流車企的庫存深度已經(jīng)低至0.7個月的緊平衡狀態(tài)。中汽協(xié)預(yù)計，2021年中國汽車市場將實(shí)現(xiàn)4%的同比增長，達(dá)2600萬輛。

　　隨著汽車的智能網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展，芯片在整車采購清單中的比重可能提升到60%，使得汽車芯片成為朝陽產(chǎn)業(yè)。目前，一些智能化程度較低的車型都要使用幾十個MCU，而智能化很高的車輛甚至要集成1000多個MCU器件。

　　“相比軟件定義汽車的說法，未來將是芯片制造汽車?！崩钫作虢忉屨f。汽車電動化之后，智能化發(fā)展將縮短汽車產(chǎn)品的迭代周期，其高附加值都將由芯片和軟件來實(shí)現(xiàn)?！叭藗儗ζ嚨闹悄芑枨髸粩啻偈蛊囃ㄟ^芯片與軟件這些載體來進(jìn)行快速迭代?！崩钫作氡硎?。

　　此外，國家安全也成為我國發(fā)展高端汽車芯片的重要原因。隨著汽車的智能網(wǎng)聯(lián)化程度不斷提升，對數(shù)據(jù)的收集也呈幾何級增長?！八云嚲W(wǎng)聯(lián)化后，如果從芯片到軟件都被國外企業(yè)把控，則對我國國家安全產(chǎn)生了潛在威脅?！崩钫作氡硎尽?/p>

　　3月20日，特斯拉CEO埃隆·馬斯克在中國高層發(fā)展論壇上發(fā)言時稱，特斯拉公司將不會向美國政府提供其車輛在中國或其他國家收集的數(shù)據(jù)。他表示，特斯拉在美國或中國的公司不會收集敏感或私人數(shù)據(jù)，然后與美國政府分享，并保證中國客戶的數(shù)據(jù)會得到充分保護(hù)。

　　在此背景下，科技部在2020年綜合交通運(yùn)輸與智能交通專項中開展了智能新能源汽車車載控制基礎(chǔ)軟硬件技術(shù)研究，旨在通過功能安全與高可靠設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)解決汽車產(chǎn)業(yè)面臨的缺芯問題。這也彰顯了我國從國家層面上解決汽車芯片問題的決心與力度。李兆麟正是該項目的總負(fù)責(zé)人。

　　李兆麟還建議，加大我國集成電路人才培養(yǎng)和海外高端人才引進(jìn)的力度，同時借鑒大基金等的運(yùn)作方式引導(dǎo)半導(dǎo)體行業(yè)內(nèi)傳統(tǒng)優(yōu)勢企業(yè)至汽車領(lǐng)域，并提升我國汽車芯片的設(shè)計能力。

　　李兆麟衷心希望我國芯片企業(yè)能夠與車企緊密耦合，打破雙方之間的產(chǎn)業(yè)壁壘，在芯片企業(yè)滿足“上車”需求和標(biāo)準(zhǔn)的同時，車企也應(yīng)該把應(yīng)用國產(chǎn)芯片的熱情釋放出來。（記者 朱世耘）

　　轉(zhuǎn)自：國際商報

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