汽車缺芯的臺前與幕后

文/本刊記者 朱煦

車企3個月的芯片庫存正在陸續見底。這場席卷全球的缺芯風暴是因何而起，又要如何消散？

2020年第四季度開始的“缺芯風暴”仍在全球蔓延，當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業的喉嚨？

車企3個月的芯片庫存正在陸續見底。

2021年3月29日，蔚來汽車的合肥工廠因缺芯停產5個工作日，預計減產1000輛；同一日，Stellantis暫停北美工廠至4月中旬；日產汽車位于土耳其、美國和墨西哥的3家工廠將從4月1日起停產兩天。研究公司AutoForecast Solutions最新統計，芯片短缺已導致全球汽車企業累計減產115.7萬輛，預計今年全年減產超過200萬輛。

以現有信息來看，我國汽車產能中斷的風險較大。僅2021年第一季度，受波及的汽車產能就可能達到25萬輛。3月23日，吉利汽車集團董事長安聰慧在財年發布會上表示，芯片短缺導致“我們的生產計劃從此前的三個月排產，縮短至一個月、一周、一天，目前已經到了按小時排產的階段。”

這場席卷全球的缺芯風暴是因何而起，又要如何消散？

四方對撞的產能風暴

“這是一次多種因素導致的市場行為?！鼻迦A大學計算機科學與技術系長聘教授、國家新能源汽車技術創新中心首席芯片專家李兆麟在接受《汽車縱橫》采訪時，對去年年底爆發至今的缺芯事件作出如上分析?！叭蛞咔橄拢酒庸て髽I過度下調生產計劃，未給汽車產業預留富裕產能。而去年下半年汽車行業出現強勢復蘇，眾多廠商開始搶奪有限的芯片資源，導致汽車芯片供應緊缺。”李兆麟表示，“核心還是產能問題。”

2020年底的芯片產能“爭奪戰”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展高潮。特別是2019年華為事件后，眾多企業入局集成電路產業。公開數據顯示，截至2020年12月，我國今年新增超過6萬家芯片相關企業。眾多的新生產品在2020年前后集中進入流片投產階段，但集成電路的生產產能未能在兩年內大幅增長?！拔覈呻娐钒l展的春天導致生產需求激增，增加了原有的芯片產能壓力。”李兆麟表示。

不斷加劇的中美貿易戰則進一步繃緊了2020年芯片產能的平衡線。

2019年到2020年，中美貿易戰的不斷升級引發了眾多企業的擔憂并隨之對芯片等關鍵零部件“囤貨”，直接反應為向芯片制造企業超量發訂單，從而進一步擠壓芯片產能。

如果說我國集成電路產業的春天和中美貿易戰是整個芯片產能的壓力來源，疫情則使汽車芯片成為整個產業的第一個斷點。

疫情影響下，2020年上半年全球汽車市場銷量銳減，其中我國市場同比下滑，引發悲觀預期。李兆麟表示，當時芯片企業預期疫情對車市影響還會持續一兩年。與之相反的是居家隔離等防疫措施導致消費電子需求大增。芯片生產企業紛紛調整產能，將汽車芯片轉產消費類芯片。

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業的最后一根稻草。

瑞薩、三星、恩智浦、英飛凌等汽車芯片企業暫時關停旗下生產工廠，徹底壓斷了本已是緊平衡的汽車芯片產能鏈條，四方對撞的產能風暴在此刻達到高點。

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。

李兆麟認為，目前短期內緩解車企壓力還要依靠芯片生產企業加大汽車芯片產能，而芯片生產企業預計至少需要6～9個月才能恢復產能需求，所以汽車芯片短缺會持續到今年四季度。他還強調：“前提是芯片生產企業有從消費類芯片轉產汽車芯片的意愿?！?/p>

中國證券報報道，受市場需求旺盛等因素提振，今年一季度，消費電子行業維持高景氣度，淡季不淡。但受供應鏈產能不足等因素影響，手機廠商也面臨著芯片、元器件等供應緊張、價格上漲的制約。

汽車芯片的高門檻

國際汽車芯片緊缺，國產產品能否迅速替代？

“盡管華為海思等芯片企業已經完全掌握了7nm及以下的先進集成電路設計技術，但國內還沒有一家芯片企業完全掌握車用MCU設計技術，縱使汽車芯片的主流工藝是40nm和28nm?！崩钫作胝J為，“足見汽車芯片的技術門檻之高，國產產品很難迅速替代。”

此次汽車芯片主要短缺用于發動機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，貌似與消費類芯片動輒采用的14nm/7nm/5nm甚至正在攻關的3nm工藝有較大差距，但“并不意味著誰都可以生產40nm/28nm車規級工藝的汽車芯片?！?/p>

汽車芯片之難首先體現在于設計和制造兩個方面。

與消費類芯片不同，汽車芯片在追求功能與性能的同時，十分強調高可靠、高安全、高適應和高穩定。其中，高安全和高可靠有賴于芯片設計。雖然我國在芯片設計方面取得了長足進步，但汽車芯片所需的功能安全和高可靠卻是我國芯片設計領域的薄弱環節，正是我國芯片企業進軍汽車芯片領域的一個新門檻。但“中國人聰明，會很快突破汽車芯片設計的技術門檻?！崩钫作氡硎尽?/p>

汽車芯片的高適應性和高穩定性則需要車規級生產加工工藝。車規級汽車芯片的壽命、適應環境和失效率等要求都數倍甚至數百倍嚴苛于工業級和消費級芯片。相比1～3年一換的手機、在溫濕基本恒定的廠房內工作的車床，工作在汽車上的車規級芯片壽命需達到15～20年，要在-40～150℃、0～100%RH的環境下，實現接近于零失效率的工作表現。這樣嚴苛的要求，需要對車規級工藝進行反復調試，才能保證汽車芯片生產的高穩定性和高一致性。“這是需要我國芯片生產企業去攻關的事情?！崩钫作氡硎?。

技術攻關之后，汽車芯片的商業化落地則是進軍汽車芯片領域的企業所面臨的另一道門檻。

一方面，相比于消費類芯片，汽車芯片的設計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，車規級工藝IP核比普通工藝IP核的授權費要高出30%～50%，流片費用也較高；另一方面，汽車芯片在生產制造后還需要通過AEC-Q100的可靠性評測和ISO 26262的功能安全認證，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，完成一個產品前期約需要1億～1.5億元，而維系一個應用需要3～5個產品，便意味著至少3億～5億元的前期資金投入。

另一方面，由于激烈的市場競爭，汽車芯片的價格普遍不高。受限于汽車市場規模，汽車芯片的市場規模不大。車用MCU一類的汽車芯片往往被稱為“十美元產品”，整個汽車電子的全球市場規模也只有1000億美元左右，屬于中小型細分市場。

“這是一個市場規模相對較小、要求高、投資大，回報率也不是特別高的產業?！崩钫作氡硎?。事實上，目前主要的汽車芯片企業，如恩智浦、英飛凌等，大多是以工業級芯片起家，目前也是工業級和車規級芯片產品一起生產?！皩σ粋€芯片企業來說，單純做車規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級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現比較好的銷售回報率。

卡脖子的“小”產業

技術難度高，商業回報小，中國是否應該切入汽車芯片領域？

李兆麟認為，盡管短期內我國可以通過商業談判緩解此次“汽車芯片荒”，但從中長期來看，“國家應該鼓勵支持發展汽車芯片產業?！边@一觀點主要出于兩點原因：其一，發展汽車芯片是保障汽車這一國家戰略產業安全的核心環節，確保不因各種因素影響我國的經濟發展。其二，要在未來刺刀見紅的智能汽車競爭中保持技術優勢，也離不開汽車芯片的產業基礎。

在產業安全方面，汽車芯片前十大供應商，恩智浦、瑞薩電子、英飛凌、意法半導體、博世、德州儀器、安森美、羅姆半導體、東芝、亞德諾，掌控了全球車用半導體的80%以上的市場份額。全球TOP40的半導體生產商，掌控了車用半導體95%以上的市場份額。

我國率先從疫情當中恢復，在經濟復蘇的關鍵期，萬億級汽車產業起著重要的支撐作用，但根據中國汽車工業協會的調查，目前已有多家企業的數十萬輛汽車產能受到汽車芯片短缺的影響，“行業主流車企的庫存深度已經低至0.7個月的緊平衡狀態?！倍衅麉f預計，2021年中國汽車市場將實現4%的同比增長，達2600萬輛。

隨著汽車的智能網聯化發展，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業。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。”李兆麟解釋說。汽車電動化之后，智能化發展將縮短汽車產品的迭代周期，其高附加值都將由芯片和軟件來實現?！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行快速迭代?！?/p>

此外，國家安全也成為我國發展高端汽車芯片的重要原因。隨著汽車的智能網聯化程度不斷提升，對數據的收集也呈幾何級增長。“所以汽車網聯化后，如果從芯片到軟件都被國外企業把控，則對我國國家安全產生了潛在威脅?！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展論壇上發言時稱，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據。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據，然后與美國政府分享，并保證中國客戶的數據會得到充分保護。

在此背景下，科技部在2020年綜合交通運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軟硬件技術研究，旨在通過功能安全與高可靠設計等關鍵技術攻關解決汽車產業面臨的缺芯問題。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責人。

李兆麟還建議，加大我國集成電路人才培養和海外高端人才引進的力度，同時借鑒大基金等的運作方式引導半導體行業內傳統優勢企業至汽車領域，并提升我國汽車芯片的設計能力。

在采訪結束時，李兆麟衷心希望“我國芯片企業能夠與車企緊耦合，打破雙方之間的產業壁壘，在芯片企業滿足“上車”需求和標準的同時，車企也應該把應用國產芯片的熱情釋放出來。”