汽车芯片荒是否会持续蔓延?

汽车知识问答

在汽车电动化、智能化和网联化三大趋势驱动之下,当前汽车内半导体含量大幅提升,整车芯片的价值量也将随之不断攀升。根据海思在2021中国汽车半导体产业大会发布的数据,预计2030年汽车电子在汽车总成本中的占比会达到50%。

不仅是芯片价值量有所提升,数量同样有所增加。根据中国汽车工业协会数据显示,传统燃油车所需汽车芯片数量为600—700颗,电动车所需的汽车芯片数量将提升至1600颗/辆,而更高级的智能汽车对芯片的需求量将有望提升至3000颗/辆。

汽车芯片荒是否会持续蔓延?.png然而,汽车芯片的供给却远远跟不上需求的脚步。汽车芯片需求狂飙,车企们却一度“求芯不得”含泪减产。根据汽车行业数据预测公司AutoForecast Solutions的数据显示,由于芯片短缺,2022年全球汽车产业减产了450万辆。

那么汽车市场到底需要哪些芯片?有多紧缺?

据市场调研机构DIGITIMES Research调查,汽车产业缺芯困局自2022年第四季度起逐渐改善,除硅基功率器件IGBT和MCU仍紧缺,电源管理芯片、CMOS影像传感器、嵌入式多媒体卡、显示驱动IC交期陆续松动,随着整车厂积压订单逐渐去化,预估2023年多数汽车芯片交期将持续缩短。

具体来说,汽车MCU和IGBT依然是汽车“缺芯”的主角,尤其是IGBT,更是有价无货,业界表示“现在不是价格多高的问题,而是根本买不到”。IGBT已超越汽车MCU,成为影响汽车扩产的最大掣肘。

01

MCU持续紧缺

据半导体制造商估计,一辆汽车需要20—30颗MCU,而未来的豪华车型可能需要多达100颗MCU,高于此前预计的70颗。这由此将产生更庞大的汽车MCU市场。全球车用MCU大厂英飞凌在2022财年第四季度的财报会议上也表示,由于成熟制程的供应增加有限,公司汽车MCU业务有望在未来几年增长2.5倍。

长久以来,车用MCU这一市场将近九成份额都集中在包括英飞凌、恩智浦、Microchip、瑞萨、ST和德州仪器的六大厂中,国产化率远低于5%。

然而今年一季度,各大芯片巨头纷纷表示车用MCU供应持续紧张。TI产品中以MSP为首的MCU依旧供应紧张,TMS320为首的DSP个别供应紧张。NXP汽车MCU系列FSx、MCFx交期依旧紧张52周起步;Freescale的MK系列交期维持45-50周,较于2022年有所缓解;16位MCU中S9x系列供应紧张,现货价格在非常高位。英飞凌高端汽车MCU (以SAK开头) 因无法替换一直比较紧俏,如SAK-TC277TP-64F200N、SAK-TC222S-16F133F AC较常态价均是高价。

02

IGBT有价无货

近期以来,多位市场人士反映,受到需求与产能错配的影响,IGBT现有产能基本售罄,不仅价格涨翻天,业界更以“不是价格多高的问题,而是根本买不到”来形容缺货盛况。据媒体报道,IGBT缺货问题至少在2024年中前难以解决。此前亦有消息指出,部分厂商IGBT产线代工价上涨10%。随着车用、工业应用所需用量大增,而产能扩增缓慢,客户认证需时间,加上特斯拉释出大砍碳化硅用量75%消息,让可能成为替代方案之一的IGBT更受追捧。

IGBT市场目前仍主要由外国企业垄断,全球IGBT前五大玩家为英飞凌、三菱、富士电机、安森美和赛米控,其中英飞凌在各个细分市场中都有较大的领先优势。即便是国内排名第一的斯达半导,全球占有率也不高。

根据元器件分销商富昌电子公布的2023年半导体产品Q1货期数据显示,当前英飞凌、IXYS、安森美、ST等主流功率器件原厂的IGBT产品及其相关配件交期均较长——在50周左右徘徊,最高达54周,超过一年,MOSFET的交期也类似,货期处于长周期区域,与前两年缺芯时期表现基本一致。

除了涨幅惊人的MCU与IGBT之外,显示驱动IC、汽车芯片、晶圆代工产能等都是一货难求。国际MCU厂商都在执行“Fab-light”(轻晶圆厂)策略,汽车芯片交期一再延长。

汽车芯片如何破荒成为一个严肃的问题。

03

何以破“荒”?

IC Insights的观点表明,汽车芯片短缺的真正原因在于2021年汽车芯片的市场需求激增,而不是半导体供应商无法提高产量。这也就意味着,汽车芯片荒有解可破,而破局的关键就在于如何提高产量。

芯片厂商狂扩产

在汽车芯片紧缺的当下,TI、德州仪器、恩智浦、安森美、瑞萨、英飞凌、Rapidus等汽车芯片厂商大举扩产。今年2月,英飞凌宣布将投资50亿欧元在德国德累斯顿建设一座12英寸晶圆厂,这是英飞凌史上最大单笔投资,不过该厂需要等到2026年才能正式量产。TI也宣布将投资110亿美元在美国犹他州的莱希建造第二座300mm晶圆制造厂。不久前,瑞萨也宣布投资900亿日元甲府工厂,扩大功率半导体产能。

不过,可以看到,海外大厂新增产能有限且等待量产时间较长。彼时中国汽车芯片厂商的入局在一定程度上缓解了燃眉之急。

在MCU方面,由于车规级MCU缺货涨价,不仅让主机厂成本上升,更重要的是,部分企业因没有足够的芯片导致汽车减产,因此,终端用户期望建立更安全的芯片供应链体系,其中上汽集团已经明确了MCU芯片的国产化策略,其他主机厂也越来越多地采用本土车规级MCU,终端用户的改变,也增强了本土MCU企业进军高端市场的信心。国内涌现出了兆易创新、国芯科技、比亚迪半导、四维图新(杰发科技)、芯海科技、中颖电子、紫光国微、复旦微电等一批车规级MCU企业,并于2022年推出了适用于不同应用场景的多款新产品。

在IGBT方面,2022年,斯达半导第六代IGBT模块新增多个车型的定点,第七代IGBT也开始批量供货;士兰微12寸的IGBT也达到了1.5万片的产能,车规级IGBT产能持续爬坡;时代电气在2022年国内新能源乘用车IGBT功率模块搭载量约63.28万套(占比12.4%),位列全国第四。此外,华润微、东微半导、宏微科技、晶能微的IGBT产品也实现了突破,新洁能、扬杰科技、闻泰科技等厂商也正积极布局。其中,新洁能披露,2022年其子公司金兰半导体的第一条IGBT模块封装测试生产线已经基本建设完成。

中国汽车芯片厂商集体崛起,给缺芯现状带来极大缓解,但这仍不能从根本上解决缺芯的问题。因为在汽车芯片创业热潮中涌现的大多是芯片设计公司,而缺芯的根本原因,还包括芯片制造环节的产能不足。且IDM厂商扩产较为缓慢,厂商采取的扩产措施并不会让汽车芯片的产能在短期内立刻增加,汽车行业对晶圆代工厂的依赖加深。

晶圆厂“八英寸亡羊补牢”

就目前阶段来看,晶圆代工厂也正面临着很大的挑战。

伴随着2022年下半年的砍单潮,8英寸晶圆产能利用率受到剧烈影响,产能利用率不再满载。然而砍单的同时忽略的是,大部分汽车芯片都是在8英寸晶圆厂制造,而在过去很长一段时间都被视为老旧、落后的产线,很多设备大厂早已停止生产8英寸晶圆设备,市场上8英寸晶圆设备一机难求,二手设备价格水涨船高,彼时扩产面临困难。

如果问为什么不转向12英寸产线生产?那么这将是一个好问题。

因为晶圆尺寸越大,分摊到每颗芯片的成本越低,带来的利润率也越高。但短期来看,12英寸的成本效益其实不如8英寸。12英寸对工艺制程稳定性的要求更高,随着制程越小,光罩成本和设计成本越高,因此在成本和工艺的考量下,有相当多芯片仍基于8英寸晶圆生产。

晶圆代工作为半导体中游制造环节,整体需求受半导体产业景气度影响较大,随着全球消费电子和汽车电子市场规模稳步扩大,国内外晶圆代工厂的产能都在持续扩张。

选择新的供应模式

首先,由于汽车行业的零件采购管理有其特有的结构和特点,此前多青睐于独家供货的方式,不过现在为避免芯片短缺的影响,独家供货的形式正在出现二供、三供的替代方案。

其次,从技术角度来说,很多产品也在考虑替换集成式的特殊芯片,即很多功能集成于在一起的芯片由多个通用芯片替代,变为简单芯片的组合。

适应新的供应模式也成为汽车芯片“破荒”的路径之一。

04

汽车芯片荒是否会持续蔓延?

除了提到的MCU与IGBT之外,在未来的汽车芯片中,随着智能化和网联化的推动,尖端半导体的占比正在增加,台积电最先进的工艺对于这些来说必不可少。而台积电最先进的制程几乎被苹果垄断,车厂想要获得额外产能相当困难。

根据日本精密加工研究所所长汤之上隆的预测:展望汽车产业的未来,车载半导体将出现几个极端的“短缺”:传统的功率和模拟半导体,以及只有台积电才能生产的尖端5G半导体和AI半导体。




相关推荐: