汽车半导体芯片在未来1-2年还会短缺?

罗兰贝格最近写的这篇文章《Steering through the semiconductor crisis A sustained structural disruption requires strategic responses by the automotive industry》,确实挺有意思的,和我们当前看到的情况有点相似,罗兰贝格的观点主要有——


1)预计全球半导体短缺状况将持续到2022年以后,汽车行业和许多其他行业将持续数年……2019年的汽车销量下跌使得芯片供给充分,2020年上半年剧烈收缩和后期报复性消费使得整体的芯片库存被清空掉,然后2021年这个状况将持续1-2年;


2)从2020年到2022年,芯片需求是按照每年17%的速度增长(这里主要从2020年Q4开始的),而芯片供应量每年增长只有6%;


3)汽车芯片最大的短缺出现在老一代芯片上(分布式架构下ECU里面的MCU、电源芯片),传统内燃机汽车所依赖的传统半导体。然而目前新增的产能,主要是面向新一代集中式架构(Domain甚至是Zone架构)中建立起来的,因此从实际来看,新增的投资将不会带来什么缓解。


图1 芯片供应情况(需求和供给的匹配)


Part 1:芯片的错配


从技术来看,当前大部分整车企业的分布式汽车架构依赖于ECU技术,这套系统由许许多多的微控制器(MCU)所构成,每个MCU都只有有限的计算能力,也就是说汽车行业大概占了MCU的40%左右的需求。也就是说,这几年汽车行业增加的MCU需求,和其他行业的需求并不同步,芯片制造企业并没有动力去扩充这些旧工艺的产能。


根据罗兰贝格的调研来看,目前在消费电子设备领域,也需要越来越多的采用较老技术(40-90 nm工艺)的芯片,当然这些产能并不是用来制造MCU的,而是为了3D音频、快充和5G等,需要电源芯片、射频和音频半导体。也就是说,在抢产能的过程中,消费电子厂家付钱爽快、压价低(具有更高的购买力和议价能力),会进一步放大汽车和工业芯片的短缺。


图2 对比不同产品的半导体制程工艺


展望未来,汽车芯片企业还发现一个最为实际的问题:汽车行业正在发生面向智能汽车的转变,新的电子架构过渡,如Domain和Zone架构,对芯片的新增需求主要是高算力的异构计算平台取代原有的ECU。汽车芯片厂家,会非常敏锐的关注这种转移和变化,围绕自动辅助驾驶技术,信息娱乐系统和动力系统管理,OEM会直接找芯片供应商去谈未来的合作,自然搞得清楚哪些是暂时的需求,哪些是长期的需求。


这种内卷,最主要是新造车企业,从开始就与分布式架构的设计理念保持了一定的距离,所以可以快速往集中式架构迁移(最主要是组织形态问题),由于在分布式架构的坑里时间比较短,所以相对受芯片供应影响较小,这也使得传统OEM额外的动力向集中式架构的过渡。


备注:目前来看,2022年Q3左右三电跨域架构就将出现,2023年年底到2024年初第一代具备中央计算平台的架构就能SOP,真的很卷。


图3 不同的电子电气架构


当所有人开始从“just-in-time”切换到“just-in-case”方法去买芯片的时候,客观上造成了订单的拥挤,也让订单的市场化调节机制失效了,这必然会造成潜在需求巨幅波动和将来的需求低迷。


我觉得这个逻辑是这样的——


整个芯片产业,由于消费电子和IT技术的不断进步,使得芯片制造的产能的投资通常重点拓展前沿制造能力,从台积电和三星这样的巨头来看(还有身后的“弟弟们”),投资先进半导体工艺产能可以最大限度的延长资产的使用寿命,?;な诿涝耐蹲屎陀呕档统て谥圃斐杀?。2020-2022年先进制造工艺的年复合增长为26%,而汽车电子需要的工艺产能每年只有2%左右,这客观上也在打汽车行业的脸,自己的进步缓慢,不受芯片行业待见。


图4 芯片整体的工艺变化


还有各种奇怪的事情,让半导体供应链的中断可能变得更频繁,比如各种各样的气候变化——半导体制造中心东南亚的热带风暴、台湾地区严重干旱对用水密集型半成品的影响,以及疫情的因素,还有政治不确定性上升等因素越来越大的影响导体制造环节。


图5 这个世界并不是风调雨顺的


Part 2:中国的汽车芯片替代


和全球的汽车产业问题相似,目前中国也涌现出很多很多“芯片汽车”,可以用千帆竞渡来形容。很多公司的模式,都是从单品类开始拓展,而且围绕汽车芯片的可靠性和稳定性要求,很多都是依靠40nm以上的工艺来做的,然而这些汽车芯片的产能是有限的。甚至更为残酷的是,中国的新造车企业和合资企业更为内卷,除了少数底盘、安全气囊的MCU与安全件,好多的功能正在被快速集成,我们可以算一算?


1)哪些ECU是短期内不可替代的?它们的数量有多少,可替代的空间有多少?


2)通往Zonal 架构的OEM动作有多快,幅度有多深,随着一两家快速跑起来,后面的能有多快?


图6 小鹏的G9后续的EEA3.0 2022年Q3就开始交付了


图7 传统汽车企业EEA架构也很快


小结:


所以说到底,这一把所有的汽车企业都在憋着做智能汽车,憋着用新架构做新产品出来,反正再怎么跑量,芯片的供应还是存在缺口的。


图|网络及相关截图


作者简介:朱玉龙,资深电动汽车三电系统和汽车电子工程师,著有《汽车电子硬件设计》。