汽車“芯”問題

譚晶寶

消費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）。

最近一段時間，博世在半導體領域動作頻頻。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線下線。根據介紹，這批晶圓生產歷時六周，共經歷了約250道全自動化生產工序，從晶圓到最終的半導體芯片成品，整個生產流程還將經歷約700道工序，耗時10周以上。德累斯頓晶圓廠投入運營后，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的羅伯特·博世創業投資公司已完成對基本半導體的投資。基本半導體是國內的碳化硅功率器件提供商之一。碳化硅是第三代半導體的代表材料，采用碳化硅的功率半導體以更具優勢的性能正逐步取代硅基半導體，廣泛應用在新能源汽車、充電樁等領域。基本半導體所獲融資將重點用于推進車規級碳化硅產品的研發、制造及規模化應用，其產品可以幫助博世實現本地供應。

3月12日，博世與全球領先的特殊工藝半導體制造商GlobalFoundries合作共同為自動駕駛汽車研發雷達芯片。據了解，GlobalFoundries位于德國德累斯頓的Fab 1工廠將為博世生產高頻雷達芯片，雙方合作的芯片預計將于2021年下半年開始交付。

“芯”問題頻發

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

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

如今，博世德累斯頓晶圓廠即將在6月正式投入運營，新晶圓廠生產的是直徑為300毫米的晶圓，羅伊特林根工廠生產的是150毫米和200毫米晶圓。據博世的介紹，德累斯頓晶圓廠單個晶圓可產生31000片芯片。與傳統的150毫米和200毫米晶圓相比，300毫米晶圓技術將使博世進一步提升規模效益并鞏固其在半導體生產領域的競爭優勢。新晶圓廠的產能將為博世滿足日益增長的半導體產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，歷時三年才進入投產階段，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投資。博世為何不計投入也要擴大芯片產能，為汽車行業建立專屬芯片工廠？

近幾個月不斷發生的事情或許可以給出答案。從最初的芯片短缺導致整車企業停產，到后來的日本地震進一步加劇芯片短缺，再到美國暴雪停電導致芯片停產，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

相比于芯片短缺帶來的實際影響，國內汽車企業在心理上受到的沖擊則更加劇烈。有了通信領域被斷供的前車之鑒，國內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策最集中的領域之一。

事實上，對芯片感到擔憂的汽車企業并不只集中在中國。從最早大眾爆出因缺芯停產后，通用、福特、本田、豐田等國際車企均受到了芯片供應的影響，并縮減了產量。缺芯儼然已經不是某一家車企、某一個國家所面臨的問題，而是全球汽車行業共同的瓶頸。

“汽車產業必須建立自己的芯片產業供應鏈”一時成為行業的呼聲。眾多主機廠紛紛宣布要研發自己的自動駕駛芯片，但無一例外地采用了無晶圓廠的運作模式，這種運營模式下，芯片的生產和制造環節依然要依賴半導體芯片生產加工廠商。

采用代工的模式實則無法從根本上解決汽車行業缺芯的卡脖子難題。當前的主流半導體生產加工企業均以消費電子客戶為主，在技術應用和產線規劃上均偏向消費電子芯片。以世界上最大的芯片制造企業臺積電為例，2020年汽車芯片僅占臺積電銷售量的3%，遠落后于智能手機芯片的48%和高性能計算芯片的33%。

究其原因，消費電子所使用的芯片與汽車上所使用的芯片有很大的區別。消費電子的芯片在開發階段追求唯快不破，目前7nm制程的芯片已經大范圍應用，5nm制程的芯片也逐步應用到了iPhone等旗艦機型上。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域，因此不用過于追求先進的制程工藝。也正因此，汽車芯片的毛利率要更低，對于產能有限的代工廠來說，當然更愿意生產更先進、利潤更高消費電子芯片。

更重要的是，大部分傳統汽車芯片的技術水平雖然不高，但對質量的要求卻極高。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苛。據了解，消費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），而車企對芯片供應商的不良率要求其實更低，因為對汽車而言，任何不良都有可能導致嚴重的交通事故。在使用壽命要求上，消費電子芯片要求的使用壽命為10年，汽車芯片長達20年。

此外，手機芯片的發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的軟件系統性能需求即可。但是汽車的開發周期比較長，一款新車型從開發到上市驗證至少要經過兩年以上的時間，使用周期更是長達十年以上，這也對汽車芯片設計的前瞻性提出了很高的要求。

顯然，為汽車企業制造芯片是一件費力不討好的事情。一旦芯片供應出現緊缺，跟消費電子芯片混線生產的汽車芯片在產能和質量上都將出現不可避免的風險。對于要求如此嚴苛的汽車芯片而言，要在關鍵時刻臨時更換供應商幾乎不可能實現。

即使在手機行業，類似的悲劇也時有發生。剛剛發布的高通驍龍888旗艦芯片本該選擇制程工藝和產能更占優勢的臺積電代工，但由于種種原因最后偏偏找上了三星。結果芯片發熱問題嚴重，隨后高通趕緊推出臺積電代工的驍龍 870 作為救火隊員，才勉強穩住了局面。手機行業出現類似問題尚能彌補，但這卻是汽車行業無法容忍的事情。

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