圖片來源＠視覺中國
本文來自鈦媒體，文｜市值榜，作者｜王玲，編輯｜賈樂樂。
美國德州德拉斯的暑期極其炎熱，位于此地的德州儀器的大部分員工都會去度假避暑。
1958年的暑期，新員工基爾比，因?yàn)槿肼殨r間短，沒有多少假期，就選擇在公司思考如何將分立的電阻、電容、二極管、三極管等集成到一起，讓電路變得微型化。
當(dāng)時，這些分立器件都有制造它們最好的材料，所以在一種材料上做出所有電路需要的器件才是出路?；鶢柋认扔霉枳龀隽朔至⒌碾娮?、電容、二極管、和三極管，然后再把它們連成了一個觸發(fā)電路。
在此基礎(chǔ)之上，現(xiàn)代電子工業(yè)的第一個用單一材料制成的集成電路誕生了。
集成電路行業(yè)的每次迭代，總是能夠深刻改變?nèi)藗兊纳詈托袠I(yè)格局。到現(xiàn)在，從遙控玩具汽車到手機(jī)再到汽車、航天，芯片已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生活和社會發(fā)展中。
甚至，很多行業(yè)的發(fā)展無芯寸步難行，受制約最明顯的包括汽車行業(yè)。
從全球的視角來看，全球化的趨勢已經(jīng)不再那么明晰，從產(chǎn)業(yè)來看，我國的半導(dǎo)體發(fā)展仍相對落后，從企業(yè)來看，早在2018年，就發(fā)生了美國對中興的“封芯”事件，在多重因素的影響之下，車企紛紛選擇自己下場造芯。
造芯可不是簡單的差事，芯片是一個什么樣的行業(yè)？車企缺的是什么芯？車企造芯的困境和制約在哪里？本文將回答這些問題。
01、為什么缺芯？
“如果有誰能給我芯片，我可以請他喝酒”，何小鵬在去年12月央視財(cái)經(jīng)的一檔節(jié)目上提到最焦慮的就是供應(yīng)鏈問題，自己經(jīng)常打飛的請人喝酒找芯片。
從2020年開始，芯片就成為全世界車企最頭疼的問題。
據(jù)AutoForecast Solutions的預(yù)測數(shù)據(jù)，僅在2021年因缺芯導(dǎo)致的全球汽車產(chǎn)量損失就超過1000萬輛，其中中國減產(chǎn)近200萬輛。到今年，截至6月12日，受芯片短缺全球市場累計(jì)減產(chǎn)量約223.04萬輛。
看似芯片緊缺對車企生產(chǎn)的影響已經(jīng)減小，實(shí)際上，車企為此付出了極高的代價。據(jù)華夏時報(bào)的報(bào)道，原本成本只有幾元錢的汽車芯片，在去年9月、10月份價格已漲到近千元一枚，到今年6月份則需要四五千元一枚。即便如此，很多主機(jī)廠還是很難拿到貨。
芯片短缺，無外乎需求和供給兩方面。
先看需求側(cè)。
車規(guī)級半導(dǎo)體核心芯片大致分為主控、功率半導(dǎo)體、模擬、傳感器、存儲芯片五大類。
芯片遍布在車的每個地方，從剎車到儀表、中控屏幕到遙控鑰匙，從胎壓監(jiān)測到防抱死系統(tǒng)，芯片控制著整輛車的“行為”，這也導(dǎo)致只要缺少某幾顆關(guān)鍵芯片，汽車就下不了產(chǎn)線。
尤其在汽車行業(yè)邁向智能化、自動駕化、數(shù)字化和電氣化的浪潮下，芯片的重要性與日俱增。
簡言之，車輛越智能，含芯量越高。比如，電動車芯片量為燃油車2倍，智能車則為8-10倍。根據(jù)海思的數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)2030年，汽車電子占汽車總成本的比例將會達(dá)到50%。
再來看供給端，是什么造成了短缺？
第一，芯片產(chǎn)業(yè)鏈條長，部分環(huán)節(jié)或設(shè)備掌握在少數(shù)公司中，供應(yīng)鏈抗風(fēng)險能力差。
一個完整的芯片產(chǎn)業(yè)鏈包括芯片的設(shè)計(jì)、制造、封裝、測試四個主要環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)又涉及到多個流程和多款設(shè)備。
從上游芯片設(shè)計(jì)需要的EDA軟件，到制造過程中需要的光刻機(jī)、光刻膠、掩膜板，再到適合建廠的地區(qū)選取等等，芯片產(chǎn)業(yè)鏈成為了一個高度垂直分工的體系，某一些設(shè)備則形成了壟斷或者寡頭壟斷的競爭格局。
當(dāng)分工高度精細(xì)化、產(chǎn)業(yè)鏈上產(chǎn)能或設(shè)備集中在幾家公司，供應(yīng)鏈會變得十分脆弱。
日本高純硅制造商盛高、瑞薩的廠房都因暴雪和地震遭到關(guān)停，英特爾、英飛凌、意法半導(dǎo)體、恩智浦、德州儀器、安森美、SK等國際半導(dǎo)體巨頭陷入因疫情而停產(chǎn)停工的困境，這些都拉長了交付的周期。
2022年3月，全球汽車芯片從訂購到交付的周期達(dá)到26.6周，創(chuàng)下自2021年3月以來的歷史新高。
第二，全球芯片產(chǎn)能投資相對保守，供需不平衡的現(xiàn)象一直存在。
2020年上半年，汽車行業(yè)受疫情沖擊銷量不佳，整車廠遵循JIT（零庫存）經(jīng)營模式大幅砍單。到了下半年，汽車銷量反彈。
彼時，消費(fèi)級芯片用量的上漲已經(jīng)擠占了部分汽車芯片的原材料，汽車芯片廠商即使擴(kuò)大產(chǎn)能，也需要更長的時間交付。
第三，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)涉及國家安全和戰(zhàn)略部署，緊張的國際關(guān)系加重了中國車企的缺芯程度。
近年來，韓國、日本、美國等主要國家和地區(qū)相繼出臺半導(dǎo)體支持政策，半導(dǎo)體供應(yīng)從全球分工逐漸朝向區(qū)域化的方向發(fā)展。美國聯(lián)邦通信委員會限制中國汽車企業(yè)使用美國的關(guān)鍵技術(shù)，還組建“半導(dǎo)體聯(lián)盟”，試圖建立一個沒有中國參與的芯片開發(fā)制造體系等。
再加上上文提到的中間商囤貨居奇，汽車芯片供應(yīng)更加緊俏。
02、缺什么芯？造什么芯？
本輪芯片危機(jī)中，最緊缺的是功能芯片MCU。一輛汽車所使用的半導(dǎo)體器件中，有30%都是MCU芯片，每輛車至少需要用到70顆以上，新能源汽車每輛可能需要300顆。
相比于其他類型的芯片，MCU單片成本價格不超過15美元，不需要很先進(jìn)的制程工藝，而是需要16-40nm的成熟制程，所需要的制造技術(shù)也是15年前或更早的。
MCU產(chǎn)能的60%——70%在臺積電的手里，而車規(guī)級MCU涉及到行車過程中的人身安全，對安全性和可靠性的要求極高，產(chǎn)線搭建起來也更為復(fù)雜，一般需要5年左右，放大了車規(guī)級MCU的緊缺程度。
造的是什么芯？
當(dāng)前，車企造的芯既包括緊缺的MCU，也包括挑戰(zhàn)更大的芯片。
五菱同國內(nèi)多家芯片企業(yè)聯(lián)合打造了一個開放共享的國產(chǎn)芯片測試驗(yàn)證與應(yīng)用平臺。去年，五菱與芯旺微合作研發(fā)的一款型號為“WULING-MCU-002”的32位車規(guī)級MCU芯片，已在五菱宏光MINI車型上大量應(yīng)用。吉利也與ARM、聯(lián)發(fā)科、云知聲、芯聚能以不同方式研發(fā)車規(guī)MCU、智能座艙芯片等產(chǎn)品。
比亞迪則是自研，從2004年就嘗試研發(fā)制造半導(dǎo)體核心技術(shù)，目前已經(jīng)陸續(xù)推出了600V功率器件驅(qū)動芯片、規(guī)級MCU芯片等產(chǎn)品。
在2021年芯片短缺后，國外的廠商宣布擴(kuò)產(chǎn)汽車MCU，如瑞薩宣布將汽車MCU擴(kuò)產(chǎn)50%，中國臺灣的臺積電也宣布汽車MCU擴(kuò)產(chǎn)60%，疊加在風(fēng)口之上，做消費(fèi)電子MCU的中穎電子、兆易創(chuàng)新等上馬車規(guī)級MCU，今年下半年緊缺的狀態(tài)有望改變。
造車新勢力則傾向于自研AI自動駕駛芯片，這與其產(chǎn)品的未來演進(jìn)路徑有關(guān)。
2022年年初，理想汽車創(chuàng)始人李想在其個人公開社交平臺上表示，由于無法滿足理想汽車智能駕駛?cè)珬５雷匝械男枨?，理想汽車?020年底停止了和Mobileye的合作，隨后宣布自研自動駕駛芯片。
2021年，小鵬汽車自動駕駛副總裁吳新宙曾對外媒表示，公司正在研究包括自動駕駛芯片在內(nèi)的各種技術(shù)。今年理想汽車成立了四川理想智動科技有限公司，業(yè)務(wù)范圍就包含芯片設(shè)計(jì)。與此同時，理想汽車還將功率半導(dǎo)體研發(fā)及生產(chǎn)基地落戶蘇州高新區(qū)。
車企自己研發(fā)自動駕駛芯片的吃螃蟹第一人是特斯拉，特斯拉用時三年，發(fā)布了FSD（自動駕駛芯片）搭載至Model3，開啟了屬于特斯拉的迭代速度。
AI自動駕駛芯片一般要求5到16nm的先進(jìn)工藝和更高的算力支持，他們能夠滿足自動駕駛更高安全等級的需求。
自動駕駛和算法密切相關(guān)，自研芯片可以將車企自身積累的數(shù)據(jù)和算法更為個性化的實(shí)現(xiàn)，比通用芯片更有優(yōu)勢。
創(chuàng)新也是成為各大造車新勢力玩家在激烈競爭中突圍的關(guān)鍵路徑。
從進(jìn)程上看，即使比亞迪、零跑汽車、五菱汽車等車用芯片已經(jīng)面世，但其工藝上仍然與頂尖廠商有很大的差距。
以零跑自研的智能駕駛芯片為例，凌芯01采用的是28nm的制造工藝，功耗為4W，算力為8.4TOPS，暫時還不及國內(nèi)的地平線征程3采用的16nm制程工藝，5Tops算力，2.4W功耗。和國際廠商更是差之甚遠(yuǎn)。
英偉達(dá)等國際廠商已經(jīng)在開發(fā)5nm、7nm先進(jìn)制程工藝車用芯片，部分產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)或裝車。
AI芯片，不能只比制程、功耗和算力，還要看算法。不過，對AI芯片來說，采用先進(jìn)的制程也能為未來OTA等迭代升級預(yù)留出空間。
車用芯片國產(chǎn)化率比較低，長期被海外企業(yè)占領(lǐng)，這是不爭的事實(shí)。但從另一個維度看，自動駕駛芯片也是一個新的機(jī)遇。外企長期霸占中國車載芯片市場的格局，會不會在中國企業(yè)的涌入下被扭轉(zhuǎn)？
03、造好芯的攔路虎
國內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)并不發(fā)達(dá)，同時面臨貿(mào)易戰(zhàn)的制約，中國車企想要提升造芯能力只靠砸錢是不行的。
上文提到，一個完整的芯片產(chǎn)業(yè)鏈包括芯片的設(shè)計(jì)、制造、封裝、測試四個主要環(huán)節(jié)。對中國車企來說，造芯環(huán)節(jié)中芯片設(shè)計(jì)、和封裝測試環(huán)節(jié)相對好解決。
芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域是整個芯片產(chǎn)業(yè)鏈中最為輕資產(chǎn)的環(huán)節(jié)。在國家產(chǎn)業(yè)政策和資本政策的大幅度扶持芯片產(chǎn)業(yè)，中國企業(yè)的芯片設(shè)計(jì)能力已經(jīng)得到大幅度提升，但也必須承認(rèn)，高端產(chǎn)品有待進(jìn)一步的發(fā)展和提高。
中國大陸的長電科技、通富微電、華天科技更是位居全球前十大外包封測廠的位置，封測環(huán)節(jié)也不是難題。
最大的難題在于芯片制造，環(huán)環(huán)相扣，技術(shù)壁壘、資金上存在的問題難以攻克。
從材料上看，越是先進(jìn)的芯片，對材料的要求程度越高，如晶圓表面的平整度，對于設(shè)備的要求也就越高。
從設(shè)備上看，芯片設(shè)備幾乎被國外壟斷，全球前五大芯片設(shè)備企業(yè)東晶電子、泛林集團(tuán)的最大收入來源都是中國企業(yè)。
比如眾所周知的ASML的光刻機(jī)，比如芯片制作過程中的濕法清洗必須使用超純水，臺積電的3nm工廠一天用水量就高達(dá)13萬噸，約等于7500輛拉水車的容量，但超純水的生產(chǎn)設(shè)備基本都被國外壟斷。
據(jù)外媒報(bào)道，美國商務(wù)部正在考慮禁止美國公司向中國公司出售先進(jìn)的芯片制造設(shè)備。一旦設(shè)備被卡脖子，芯片制造勢必受阻。比亞迪半導(dǎo)體就在招股書中寫道，高端設(shè)備出現(xiàn)進(jìn)口限制勢必會造成負(fù)面影響。
再從環(huán)境上看，越是先進(jìn)的芯片對于制造環(huán)境的要求越高，人類用PM2.5監(jiān)測空氣質(zhì)量，芯片的敏感度可能是PM零點(diǎn)幾，因此除了對工廠內(nèi)部環(huán)境有要求，工廠所處地區(qū)的環(huán)境質(zhì)量也很高。
不容忽視的還有一點(diǎn)，芯片制造是個慢生意，僅從設(shè)計(jì)到上車周期長3到5年。上車之前還有車規(guī)級認(rèn)證這一大難關(guān)，這對車企技術(shù)能力、資金實(shí)力提出了較高的要求。
一顆合格的車規(guī)級芯片需要滿足北美汽車產(chǎn)業(yè)所推的AEC-Q100（IC）、零失效（ZeroDefect）的供應(yīng)鏈品質(zhì)管理標(biāo)準(zhǔn)和ISO/TS 16949規(guī)范。這考驗(yàn)的是芯片性能，穩(wěn)定性、一致性、抗高溫高壓性能。此外，汽車芯片還有長達(dá)10到15年的供貨周期保證。
芯片制造一關(guān)難過一關(guān)，而汽車芯片規(guī)模卻不大，占全球芯片市場的規(guī)模不足10%，大多數(shù)車企的銷量撐不起車企芯片形成規(guī)模效應(yīng)，這樣一來，來造芯過程中投入的成本也就無法收回。
還有技術(shù)迭代問題。芯片行業(yè)技術(shù)在快速發(fā)展，國外廠商在這些芯片上有幾十年的經(jīng)驗(yàn)，還在不斷精進(jìn)自己的算力與制程工藝。國內(nèi)車企現(xiàn)在追趕的是別人之前做的東西，并且外資巨頭們設(shè)置了大量的門檻，防止新廠商進(jìn)入。
就像馬斯克在發(fā)布FSD芯片時所說，“現(xiàn)在確實(shí)有人可以跟進(jìn)我們，但是需要三年后才能做出來，而我們在兩年之后拿出來的東西將比現(xiàn)在的好三倍。”
如果中國車企僅停留在造出來芯片，而不是做精做優(yōu)，那么造芯潮只可能是車企單方面的狂歡。
參考文獻(xiàn)：
[1]《汽車芯片:電動化乘勢而行，智能化浪潮之巔-洞見研報(bào)-行業(yè)報(bào)告》
[2]《芯片設(shè)計(jì)動態(tài)跟蹤:MCU渠道價格反彈，把握汽車工控市場破局機(jī)遇-洞見研報(bào)-行業(yè)報(bào)告》
[3]《芯片行業(yè)知識報(bào)告（第三代半導(dǎo)體，汽車芯片，自動駕駛，消費(fèi)電子，F(xiàn)PGA，晶圓》
[4]《天風(fēng)證券-半導(dǎo)體行業(yè)汽車芯片：電動化乘勢而行，智能化浪潮之巔》
[5]《平安證券—車載芯片的高壁壘》
[6]《中金芯片—汽車芯片：自動駕駛浪潮之巔》
[7]《芯事：一本書讀懂芯片產(chǎn)業(yè)》，謝志峰，陳大明
[8]《一年融資15起！國產(chǎn)MCU芯片火了》，甲子光年
