汽車“芯”問題

譚晶寶

消費(fèi)電子芯片的不良率要求只需滿足200ppm（萬分之二），而汽車芯片的要求是1ppm（百萬分之一）。

最近一段時(shí)間，博世在半導(dǎo)體領(lǐng)域動作頻頻。3月8日，博世德累斯頓晶圓廠宣布其首批硅晶圓從全自動化生產(chǎn)線下線。根據(jù)介紹，這批晶圓生產(chǎn)歷時(shí)六周，共經(jīng)歷了約250道全自動化生產(chǎn)工序，從晶圓到最終的半導(dǎo)體芯片成品，整個(gè)生產(chǎn)流程還將經(jīng)歷約700道工序，耗時(shí)10周以上。德累斯頓晶圓廠投入運(yùn)營后，將主攻車用芯片制造。

3月9日，博世再次宣布隸屬于博世集團(tuán)的羅伯特·博世創(chuàng)業(yè)投資公司已完成對基本半導(dǎo)體的投資。基本半導(dǎo)體是國內(nèi)的碳化硅功率器件提供商之一。碳化硅是第三代半導(dǎo)體的代表材料，采用碳化硅的功率半導(dǎo)體以更具優(yōu)勢的性能正逐步取代硅基半導(dǎo)體，廣泛應(yīng)用在新能源汽車、充電樁等領(lǐng)域?；景雽?dǎo)體所獲融資將重點(diǎn)用于推進(jìn)車規(guī)級碳化硅產(chǎn)品的研發(fā)、制造及規(guī)?；瘧?yīng)用，其產(chǎn)品可以幫助博世實(shí)現(xiàn)本地供應(yīng)。

3月12日，博世與全球領(lǐng)先的特殊工藝半導(dǎo)體制造商GlobalFoundries合作共同為自動駕駛汽車研發(fā)雷達(dá)芯片。據(jù)了解，GlobalFoundries位于德國德累斯頓的Fab 1工廠將為博世生產(chǎn)高頻雷達(dá)芯片，雙方合作的芯片預(yù)計(jì)將于2021年下半年開始交付。

“芯”問題頻發(fā)

一系列動作可以看出，博世在車用芯片領(lǐng)域通過合作、投資、自建工廠三種不同的方式進(jìn)行著自己的布局。作為全球最大的汽車零部件供應(yīng)商，博世在半導(dǎo)體領(lǐng)域的投入已超過50年。早在1968年，博世管理層就決定建立屬于自己的工廠進(jìn)行半導(dǎo)體生產(chǎn)，并于1970年2月開始了集成電路的生產(chǎn)。隨后，用于發(fā)動機(jī)控制的壓力傳感器、用于安全氣囊系統(tǒng)的加速度傳感器以及用于車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)ESP的角速度傳感器，博世均實(shí)現(xiàn)自主研發(fā)和生產(chǎn)。2005年，博世成立子公司Bosch Sensortec，進(jìn)入消費(fèi)電子領(lǐng)域。

或許是由于博世在汽車領(lǐng)域的成績過于閃耀，博世在半導(dǎo)體領(lǐng)域的地位一直被很多人所忽視。根據(jù)Strategy Analytics的數(shù)據(jù)，2019年博世在全球汽車傳感器市場位居首位，占據(jù)14.1%的市場份額，在功率半導(dǎo)體市場里排名第三，市場份額占比9.1%。

如今，博世德累斯頓晶圓廠即將在6月正式投入運(yùn)營，新晶圓廠生產(chǎn)的是直徑為300毫米的晶圓，羅伊特林根工廠生產(chǎn)的是150毫米和200毫米晶圓。據(jù)博世的介紹，德累斯頓晶圓廠單個(gè)晶圓可產(chǎn)生31000片芯片。與傳統(tǒng)的150毫米和200毫米晶圓相比，300毫米晶圓技術(shù)將使博世進(jìn)一步提升規(guī)模效益并鞏固其在半導(dǎo)體生產(chǎn)領(lǐng)域的競爭優(yōu)勢。新晶圓廠的產(chǎn)能將為博世滿足日益增長的半導(dǎo)體產(chǎn)品需求提供極大的助力。

博世德累斯頓晶圓廠從2018年6月開始施工建設(shè)，歷時(shí)三年才進(jìn)入投產(chǎn)階段，總投資超10億歐元（約77億元人民幣），是博世100多年歷史上總額最大的單項(xiàng)投資。博世為何不計(jì)投入也要擴(kuò)大芯片產(chǎn)能，為汽車行業(yè)建立專屬芯片工廠？

近幾個(gè)月不斷發(fā)生的事情或許可以給出答案。從最初的芯片短缺導(dǎo)致整車企業(yè)停產(chǎn)，到后來的日本地震進(jìn)一步加劇芯片短缺，再到美國暴雪停電導(dǎo)致芯片停產(chǎn)，引起大范圍恐慌，芯片成為今年以來車圈最大的“芯”問題。

汽車需要專屬芯片供應(yīng)

相比于芯片短缺帶來的實(shí)際影響，國內(nèi)汽車企業(yè)在心理上受到的沖擊則更加劇烈。有了通信領(lǐng)域被斷供的前車之鑒，國內(nèi)車企對芯片問題格外敏感，因此本屆兩會期間，如何讓車用芯片自主可控成為汽車大佬們建言獻(xiàn)策最集中的領(lǐng)域之一。

事實(shí)上，對芯片感到擔(dān)憂的汽車企業(yè)并不只集中在中國。從最早大眾爆出因缺芯停產(chǎn)后，通用、福特、本田、豐田等國際車企均受到了芯片供應(yīng)的影響，并縮減了產(chǎn)量。缺芯儼然已經(jīng)不是某一家車企、某一個(gè)國家所面臨的問題，而是全球汽車行業(yè)共同的瓶頸。

“汽車產(chǎn)業(yè)必須建立自己的芯片產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈”一時(shí)成為行業(yè)的呼聲。眾多主機(jī)廠紛紛宣布要研發(fā)自己的自動駕駛芯片，但無一例外地采用了無晶圓廠的運(yùn)作模式，這種運(yùn)營模式下，芯片的生產(chǎn)和制造環(huán)節(jié)依然要依賴半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)加工廠商。

采用代工的模式實(shí)則無法從根本上解決汽車行業(yè)缺芯的卡脖子難題。當(dāng)前的主流半導(dǎo)體生產(chǎn)加工企業(yè)均以消費(fèi)電子客戶為主，在技術(shù)應(yīng)用和產(chǎn)線規(guī)劃上均偏向消費(fèi)電子芯片。以世界上最大的芯片制造企業(yè)臺積電為例，2020年汽車芯片僅占臺積電銷售量的3%，遠(yuǎn)落后于智能手機(jī)芯片的48%和高性能計(jì)算芯片的33%。

究其原因，消費(fèi)電子所使用的芯片與汽車上所使用的芯片有很大的區(qū)別。消費(fèi)電子的芯片在開發(fā)階段追求唯快不破，目前7nm制程的芯片已經(jīng)大范圍應(yīng)用，5nm制程的芯片也逐步應(yīng)用到了iPhone等旗艦機(jī)型上。而汽車本身空間較大，而且大部分芯片使用在底盤、安全、車燈控制等低算力領(lǐng)域，因此不用過于追求先進(jìn)的制程工藝。也正因此，汽車芯片的毛利率要更低，對于產(chǎn)能有限的代工廠來說，當(dāng)然更愿意生產(chǎn)更先進(jìn)、利潤更高消費(fèi)電子芯片。

更重要的是，大部分傳統(tǒng)汽車芯片的技術(shù)水平雖然不高，但對質(zhì)量的要求卻極高。汽車作為交通工具的特殊性，使得其對汽車芯片可靠性、安全性、長效性的要求極其嚴(yán)苛。據(jù)了解，消費(fèi)電子芯片的不良率要求只需滿足200ppm（萬分之二），而汽車芯片的要求是1ppm（百萬分之一），而車企對芯片供應(yīng)商的不良率要求其實(shí)更低，因?yàn)閷ζ嚩?，任何不良都有可能?dǎo)致嚴(yán)重的交通事故。在使用壽命要求上，消費(fèi)電子芯片要求的使用壽命為10年，汽車芯片長達(dá)20年。

此外，手機(jī)芯片的發(fā)展基本遵循摩爾定律，每年一更新，一款芯片能滿足兩三年內(nèi)的軟件系統(tǒng)性能需求即可。但是汽車的開發(fā)周期比較長，一款新車型從開發(fā)到上市驗(yàn)證至少要經(jīng)過兩年以上的時(shí)間，使用周期更是長達(dá)十年以上，這也對汽車芯片設(shè)計(jì)的前瞻性提出了很高的要求。

顯然，為汽車企業(yè)制造芯片是一件費(fèi)力不討好的事情。一旦芯片供應(yīng)出現(xiàn)緊缺，跟消費(fèi)電子芯片混線生產(chǎn)的汽車芯片在產(chǎn)能和質(zhì)量上都將出現(xiàn)不可避免的風(fēng)險(xiǎn)。對于要求如此嚴(yán)苛的汽車芯片而言，要在關(guān)鍵時(shí)刻臨時(shí)更換供應(yīng)商幾乎不可能實(shí)現(xiàn)。

即使在手機(jī)行業(yè)，類似的悲劇也時(shí)有發(fā)生。剛剛發(fā)布的高通驍龍888旗艦芯片本該選擇制程工藝和產(chǎn)能更占優(yōu)勢的臺積電代工，但由于種種原因最后偏偏找上了三星。結(jié)果芯片發(fā)熱問題嚴(yán)重，隨后高通趕緊推出臺積電代工的驍龍 870 作為救火隊(duì)員，才勉強(qiáng)穩(wěn)住了局面。手機(jī)行業(yè)出現(xiàn)類似問題尚能彌補(bǔ)，但這卻是汽車行業(yè)無法容忍的事情。

對于汽車行業(yè)，芯片是采購周期最長的關(guān)鍵部件，往往需要提前半年甚至一年下發(fā)訂單，如此長的供貨周期迫使汽車企業(yè)必須承受巨大的不確定性。而對于博世這樣的一級供應(yīng)商來說，更是無時(shí)不刻不面臨著芯片供應(yīng)的問題，自建晶圓工廠既是出于對供應(yīng)安全的考量，也是對產(chǎn)品功能安全最有力的保障。唯有如此，才能將主動權(quán)牢牢掌握在自己手中。