汽車缺芯的臺(tái)前與幕后

文/本刊記者 朱煦

車企3個(gè)月的芯片庫(kù)存正在陸續(xù)見底。這場(chǎng)席卷全球的缺芯風(fēng)暴是因何而起，又要如何消散？

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，深刻地警醒所有人：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(gè)月的芯片庫(kù)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(gè)工作日，預(yù)計(jì)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(guó)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(jì)，芯片短缺已導(dǎo)致全球汽車企業(yè)累計(jì)減產(chǎn)115.7萬輛，預(yù)計(jì)今年全年減產(chǎn)超過200萬輛。

以現(xiàn)有信息來看，我國(guó)汽車產(chǎn)能中斷的風(fēng)險(xiǎn)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(zhǎng)安聰慧在財(cái)年發(fā)布會(huì)上表示，芯片短缺導(dǎo)致“我們的生產(chǎn)計(jì)劃從此前的三個(gè)月排產(chǎn)，縮短至一個(gè)月、一周、一天，目前已經(jīng)到了按小時(shí)排產(chǎn)的階段?！?/p>

這場(chǎng)席卷全球的缺芯風(fēng)暴是因何而起，又要如何消散？

四方對(duì)撞的產(chǎn)能風(fēng)暴

“這是一次多種因素導(dǎo)致的市場(chǎng)行為?！鼻迦A大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系長(zhǎng)聘教授、國(guó)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《汽車縱橫》采訪時(shí)，對(duì)去年年底爆發(fā)至今的缺芯事件作出如上分析?！叭蛞咔橄?，芯片加工企業(yè)過度下調(diào)生產(chǎn)計(jì)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(shì)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?！崩钫作氡硎荆昂诵倪€是產(chǎn)能問題。”

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

2018年，我國(guó)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(guó)今年新增超過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(zhǎng)?！拔覈?guó)集成電路發(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?。

不斷加劇的中美貿(mào)易戰(zhàn)則進(jìn)一步繃緊了2020年芯片產(chǎn)能的平衡線。

2019年到2020年，中美貿(mào)易戰(zhàn)的不斷升級(jí)引發(fā)了眾多企業(yè)的擔(dān)憂并隨之對(duì)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(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)的春天和中美貿(mào)易戰(zhàn)是整個(gè)芯片產(chǎn)能的壓力來源，疫情則使汽車芯片成為整個(gè)產(chǎn)業(yè)的第一個(gè)斷點(diǎn)。

疫情影響下，2020年上半年全球汽車市場(chǎng)銷量銳減，其中我國(guó)市場(chǎng)同比下滑，引發(fā)悲觀預(yù)期。李兆麟表示，當(dāng)時(shí)芯片企業(yè)預(yù)期疫情對(duì)車市影響還會(huì)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(guó)德州極端天氣成為壓倒整個(gè)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(shí)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(duì)撞的產(chǎn)能風(fēng)暴在此刻達(dá)到高點(diǎn)。

至2020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(jì)至少需要6～9個(gè)月才能恢復(fù)產(chǎn)能需求，所以汽車芯片短缺會(huì)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>

中國(guó)證券報(bào)報(bào)道，受市場(chǎng)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(jià)格上漲的制約。

汽車芯片的高門檻

國(guó)際汽車芯片緊缺，國(guó)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(jì)技術(shù)，但國(guó)內(nèi)還沒有一家芯片企業(yè)完全掌握車用MCU設(shè)計(jì)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(guó)產(chǎn)產(chǎn)品很難迅速替代?！?/p>

此次汽車芯片主要短缺用于發(fā)動(dòng)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(jí)別，貌似與消費(fèi)類芯片動(dòng)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(shuí)都可以生產(chǎn)40nm/28nm車規(guī)級(jí)工藝的汽車芯片?！?/p>

汽車芯片之難首先體現(xiàn)在于設(shè)計(jì)和制造兩個(gè)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(shí)，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(jì)。雖然我國(guó)在芯片設(shè)計(jì)方面取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，但汽車芯片所需的功能安全和高可靠卻是我國(guó)芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域的薄弱環(huán)節(jié)，正是我國(guó)芯片企業(yè)進(jìn)軍汽車芯片領(lǐng)域的一個(gè)新門檻。但“中國(guó)人聰明，會(huì)很快突破汽車芯片設(shè)計(jì)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(jí)生產(chǎn)加工工藝。車規(guī)級(jí)汽車芯片的壽命、適應(yīng)環(huán)境和失效率等要求都數(shù)倍甚至數(shù)百倍嚴(yán)苛于工業(yè)級(jí)和消費(fèi)級(jí)芯片。相比1～3年一換的手機(jī)、在溫濕基本恒定的廠房?jī)?nèi)工作的車床，工作在汽車上的車規(guī)級(jí)芯片壽命需達(dá)到15～20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(duì)車規(guī)級(jí)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(guó)芯片生產(chǎn)企業(yè)去攻關(guān)的事情?！崩钫作氡硎?。

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。

一方面，相比于消費(fèi)類芯片，汽車芯片的設(shè)計(jì)制造都意味著更高的成本投入。李兆麟告訴《汽車縱橫》，一方面，車規(guī)級(jí)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AEC-Q100的可靠性評(píng)測(cè)和ISO 26262的功能安全認(rèn)證，額外的時(shí)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(gè)產(chǎn)品前期約需要1億～1.5億元，而維系一個(gè)應(yīng)用需要3～5個(gè)產(chǎn)品，便意味著至少3億～5億元的前期資金投入。

另一方面，由于激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，汽車芯片的價(jià)格普遍不高。受限于汽車市場(chǎng)規(guī)模，汽車芯片的市場(chǎng)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(gè)汽車電子的全球市場(chǎng)規(guī)模也只有1000億美元左右，屬于中小型細(xì)分市場(chǎng)。

“這是一個(gè)市場(chǎng)規(guī)模相對(duì)較小、要求高、投資大，回報(bào)率也不是特別高的產(chǎn)業(yè)?！崩钫作氡硎?。事實(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(jí)芯片起家，目前也是工業(yè)級(jí)和車規(guī)級(jí)芯片產(chǎn)品一起生產(chǎn)?！皩?duì)一個(gè)芯片企業(yè)來說，單純做車規(guī)級(jí)芯片很難生存下去?！崩钫作氡硎?。中國(guó)首個(gè)前裝上車的車規(guī)級(jí)AI芯片廠商地平線向《汽車縱橫》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(bào)率。

卡脖子的“小”產(chǎn)業(yè)

技術(shù)難度高，商業(yè)回報(bào)小，中國(guó)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(guó)可以通過商業(yè)談判緩解此次“汽車芯片荒”，但從中長(zhǎng)期來看，“國(guó)家應(yīng)該鼓勵(lì)支持發(fā)展汽車芯片產(chǎn)業(yè)?！边@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(guó)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(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。其二，要在未來刺刀見紅的智能汽車競(jìng)爭(zhēng)中保持技術(shù)優(yōu)勢(shì)，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(chǎng)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(chǎng)份額。

我國(guó)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(jí)汽車產(chǎn)業(yè)起著重要的支撐作用，但根據(jù)中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)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(kù)存深度已經(jīng)低至0.7個(gè)月的緊平衡狀態(tài)?！倍衅麉f(xié)預(yù)計(jì)，2021年中國(guó)汽車市場(chǎng)將實(shí)現(xiàn)4%的同比增長(zhǎng)，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(gòu)清單中的比重可能提升到60%，使得汽車芯片成為朝陽(yáng)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(gè)MCU，而智能化很高的車輛甚至要集成1000多個(gè)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(dòng)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?duì)汽車的智能化需求會(huì)不斷促使汽車通過芯片與軟件這些載體來進(jìn)行快速迭代?！?/p>

此外，國(guó)家安全也成為我國(guó)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(duì)數(shù)據(jù)的收集也呈幾何級(jí)增長(zhǎng)。“所以汽車網(wǎng)聯(lián)化后，如果從芯片到軟件都被國(guó)外企業(yè)把控，則對(duì)我國(guó)國(guó)家安全產(chǎn)生了潛在威脅?！崩钫作氡硎?。

3月20日，特斯拉CEO埃隆·馬斯克在中國(guó)高層發(fā)展論壇上發(fā)言時(shí)稱，特斯拉公司將不會(huì)向美國(guó)政府提供其車輛在中國(guó)或其他國(guó)家收集的數(shù)據(jù)。他表示，特斯拉在美國(guó)或中國(guó)的公司不會(huì)收集敏感或私人數(shù)據(jù)，然后與美國(guó)政府分享，并保證中國(guó)客戶的數(shù)據(jù)會(huì)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(xiàng)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(jì)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(guó)從國(guó)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(xiàng)目的總負(fù)責(zé)人。

李兆麟還建議，加大我國(guó)集成電路人才培養(yǎng)和海外高端人才引進(jìn)的力度，同時(shí)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(shì)企業(yè)至汽車領(lǐng)域，并提升我國(guó)汽車芯片的設(shè)計(jì)能力。

在采訪結(jié)束時(shí)，李兆麟衷心希望“我國(guó)芯片企業(yè)能夠與車企緊耦合，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(shí)，車企也應(yīng)該把應(yīng)用國(guó)產(chǎn)芯片的熱情釋放出來。”