這次芯片短缺反映的是深層次的矛盾問(wèn)題。

近日，“芯片荒”像“蝴蝶效應(yīng)”越演越烈。除了前些日子的德克薩斯州的大風(fēng)雪以及日本地震，近日日本瑞薩的廠區(qū)火災(zāi)也讓芯片短缺的問(wèn)題愈加突出。

從傳導(dǎo)鏈條來(lái)說(shuō)，先是需求爆炸，然后供給不足。再后來(lái)，隨著“缺芯”而來(lái)的，是芯片漲價(jià)。那么，我們要問(wèn)了，到底什么芯片最缺？是什么原因?qū)е氯毙灸兀?/p>

實(shí)際上，此前媒體也都報(bào)道過(guò)，最短缺的是兩類芯片：其一是8位MCU芯片。它的缺貨將直接導(dǎo)致車機(jī)系統(tǒng)的兩大模塊ESP（電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)）和ECU（電子控制模塊）無(wú)法生產(chǎn)。還有就是IGBT（(Insulated Gate Bipolar Transistor），它屬于汽車芯片中的功率半導(dǎo)體，被譽(yù)為汽車電子的“CPU”，是電動(dòng)汽車等能源轉(zhuǎn)換與傳輸?shù)暮诵钠骷?/p>

就在3月26日，蔚來(lái)（NIO）因?yàn)樾酒倘?，其合?a class='link' target='_blank'>江淮蔚來(lái)制造工廠不得不從3月29日起暫停生產(chǎn)5個(gè)工作日。雖然蔚來(lái)沒(méi)有對(duì)外透露缺哪種芯片，但是“三合一電驅(qū)動(dòng)”作為核心部件，IGBT缺是大概率事件。畢竟，純電動(dòng)車MCU用的比較少。

前不久，研究機(jī)構(gòu)IHS Markit發(fā)布了《Managing the 2021 automotive chip famine》，并在報(bào)告中建議，“這場(chǎng)危機(jī)凸顯出，汽車制造商、Tier1供應(yīng)商、半導(dǎo)體供應(yīng)商及其晶圓廠之間需要調(diào)整產(chǎn)能和采購(gòu)模式。在短期內(nèi)，只有全行業(yè)的合作才能有助于減少這種影響?！爆F(xiàn)在來(lái)看，情況要比這個(gè)預(yù)估嚴(yán)重很多。

MCU為什么缺？

先說(shuō)說(shuō)MCU的作用。實(shí)際上，在整車上面，MCU幾乎應(yīng)用于所有領(lǐng)域，包括動(dòng)力系統(tǒng)（發(fā)動(dòng)機(jī)ECU、變速器ECU）、底盤(pán)（安全氣囊ECU、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)[ABS]/電子穩(wěn)定控制[ESC]ECU）、車身（車門(mén)ECU、車身控制模塊）和高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS），如駐車ECU?？梢哉f(shuō)，雖然小但是極其重要。

根據(jù)IHS的調(diào)研，像奧迪Q7、雪佛蘭Equinox和本田雅閣的MCU采購(gòu)，就揭示了對(duì)不同MCU供應(yīng)商的廣泛依賴，即便是在不同的領(lǐng)域。

比如，相對(duì)于本田雅閣的MCU（7個(gè)供應(yīng)商，20個(gè)MCU），奧迪Q7用了7個(gè)供應(yīng)商的38個(gè)MCU。其中，動(dòng)力域采用2枚英飛凌MCU；底盤(pán)和安全域使用4個(gè)瑞薩MCU、4個(gè)NXP MCU，2個(gè)Microchip、以及Texas和英飛凌各1個(gè)；ADAS和娛樂(lè)域這塊，也用的很多。

由于MCU適用于所有的域，以及IC小型化和高頻的需求，MCU需要40nm以下的制程，而大部分IDM都把芯片生產(chǎn)外包給了臺(tái)積電（TSMC）等代工廠，導(dǎo)致目前臺(tái)積電TMSC生產(chǎn)出貨量占所有汽車MCU約70％的市場(chǎng)份額。

IHS Markit的供應(yīng)鏈和技術(shù)團(tuán)隊(duì)從2020年4月以來(lái)一直在跟蹤芯片形勢(shì)，其半導(dǎo)體和組件高級(jí)首席分析師Phil Amsrud就表示，“由于微控制器單元（MCU）的交付周期為26周或更長(zhǎng)，供應(yīng)鏈短缺可能至少會(huì)持續(xù)到今年第三季度?！?/p>

這里我們要說(shuō)一句，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)車規(guī)級(jí)MCU市場(chǎng)占全球份額超過(guò)30%，但絕大多數(shù)依賴進(jìn)口。與國(guó)外芯片制造商相比，國(guó)內(nèi)在芯片和電子元器件方面有一定產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，但差距主要體現(xiàn)在芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造及封裝環(huán)節(jié)。一句話，是全體系的差距，所以才會(huì)受制于人。

此外，根據(jù)業(yè)內(nèi)專家朱玉龍的分析，從供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)來(lái)看，AI芯片、SoC、GPU芯片（目前這類高算力的芯片，能依靠的只有英特爾、三星和臺(tái)積電三家）到MCU，這些制程要求高的芯片目前都和臺(tái)積電的狀態(tài)很有關(guān)系，次一級(jí)的CMOS芯片還行（其他如內(nèi)存、模擬、功率分立器件和MEMS傳感器，由于制程要求不算高，汽車芯片企業(yè)依靠過(guò)往的投資還能撐得?。?/p>

MCU的缺貨，就連龍頭大眾都有點(diǎn)吃不消。1月下旬，大眾中國(guó)CEO馮思翰接受媒體采訪時(shí)表示，大眾由于缺芯導(dǎo)致ESP無(wú)法生產(chǎn)，約1.5萬(wàn)輛汽車的面臨減產(chǎn)。2月份，我們可以從乘聯(lián)會(huì)的報(bào)表上看到，斯柯達(dá)的批發(fā)銷量下降到了800輛?！氨緛?lái)可以是0的，只是為了不那么難看?！惫缧』锇楦嬖V記者。而當(dāng)時(shí)馮思翰表示，大眾缺芯的問(wèn)題將延續(xù)到今年一季度。

隨著缺貨，MCU的價(jià)格也水漲船高，個(gè)別型號(hào)甚至漲了四五倍。比如ST意法半導(dǎo)體的STM32系列MCU，比過(guò)往的MLCC和DRAM更讓下游市場(chǎng)苦不堪言。ST從1月1日起漲價(jià)，像STM32F072C8T6這個(gè)型號(hào)的MCU，從6.x元的水平最高漲到了30元以上的程度?？芍^驚人了。

只是MCU？

MCU的短缺，也嚴(yán)重影響到了像博世BOSCH、大陸Continental和電裝DENSO等Tier1供應(yīng)商。他們的產(chǎn)品都應(yīng)用了至少30個(gè)或更多不同的ECU。博世Bosch和電裝DENSO毫無(wú)例外證實(shí)，它們從外部購(gòu)買的MCU和模擬集成電路（IC）供不應(yīng)求。

以大陸集團(tuán)來(lái)說(shuō)，它是恩智浦NXP的最大客戶，由于MCU缺貨，大陸集團(tuán)ESP產(chǎn)品的客戶大眾、PSA、雷諾日產(chǎn)、FCA，都深受影響。

NXP自己有5座八英寸晶圓廠，除了與臺(tái)積電合資的位于新加坡，另外4座都在美國(guó)（收購(gòu)飛思卡爾帶來(lái)的資產(chǎn)）。其中，有兩座8英寸晶圓廠位于美國(guó)德州奧斯汀，主要生產(chǎn) MCU。而這次德州極寒天氣導(dǎo)致的斷電斷水，讓這兩座工廠停產(chǎn)，也讓汽車行業(yè)損失慘重。

此外，NXP的晶圓廠制程工藝，只能達(dá)到90納米級(jí)別，雖然可以覆蓋NXP大部分功率元件和MCU產(chǎn)品，但不包括主要的ASSP，如i.mx6、i.mx8系列，還有些頂級(jí)MCU 如i.MX RT1170。這些產(chǎn)品大都是28納米的，需要代工。而NXP的主要合作伙伴是臺(tái)積電。

所以繞了一圈又回來(lái)了，臺(tái)積電這里造成了“擁堵”。一直以來(lái)大眾集團(tuán)的ESP和ECU芯片，都是由博世和大陸集團(tuán)提供，但由于芯片斷供導(dǎo)致車型大量減產(chǎn)，已有外媒報(bào)道大眾正準(zhǔn)備向博世、大陸索賠，索賠金額可能達(dá)到10億歐元。

而當(dāng)MCU的需求受到限制以后，實(shí)際上最終都要去臺(tái)積電（TSMC）催貨。也就是說(shuō)，整個(gè)汽車行業(yè)看上去受器件的影響較小，但是目前確實(shí)存在核心MCU和高算力芯片都放在一個(gè)籃子里的情況，最終發(fā)生“踩踏”。

從交貨時(shí)間來(lái)看，通常MCU要12~16周才能完成內(nèi)部生產(chǎn)，但目前積壓的訂單要26周甚至38周的時(shí)間才能消化完，現(xiàn)在幾乎所有汽車芯片的交貨時(shí)間都延長(zhǎng)了1~2個(gè)月。而且，一些汽車芯片供應(yīng)商去年11月就對(duì)IHS Markit表示，臺(tái)積電不會(huì)在2021年第三季度前接受交貨訂單。

現(xiàn)在還有一個(gè)大麻煩是，臺(tái)積電缺水。公社《臺(tái)灣缺水加重芯片短缺》也講述了，由于季節(jié)性干旱，臺(tái)積電和三星在臺(tái)灣島東側(cè)的主要制造基地都面臨用水問(wèn)題，這或?qū)⒓觿∪蚱囆袠I(yè)芯片供應(yīng)的緊張。

從短缺區(qū)域來(lái)看，IHS認(rèn)為，中國(guó)大陸的芯片供貨量中斷程度最厲害，根據(jù)現(xiàn)有信息，第一季度的短缺可能接近25萬(wàn)輛。一汽-大眾、上汽大眾、上汽通用和東風(fēng)本田等汽車制造商的工廠受到影響，停產(chǎn)時(shí)間從5~14天不等。

實(shí)際上，去年“缺芯”的苗頭就有了。去年11月的烏鎮(zhèn)互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)汽車圓桌論壇上，奇瑞汽車董事長(zhǎng)尹同躍在發(fā)言中曾冒了一句：“懇請(qǐng)徐博士（博世中國(guó)副總裁徐大全）多給我們弄點(diǎn)芯片，不要影響我們生產(chǎn)?！倍瘢还艽蟊娛欠袼髻r成功，“缺芯”都是件影響深遠(yuǎn)的事。

有沒(méi)有變通的辦法？

為什么會(huì)發(fā)生“一籃子雞蛋太多”這種情況？首先是，汽車MCU芯片的市場(chǎng)也是高度集中的，根據(jù)IHS調(diào)研的數(shù)據(jù)，MCU供應(yīng)商排名前7位所占的份額就達(dá)到了98％，只有極少數(shù)的意法半導(dǎo)體保持了較高的垂直整合水平。

此外，使用方面，MCU（以及片上系統(tǒng)和ASIC）不容易允許從另一個(gè)供應(yīng)商處進(jìn)行組件二次采購(gòu)。MCU具有專有架構(gòu)，很難從一個(gè)供應(yīng)商轉(zhuǎn)移到另一個(gè)供應(yīng)商。MCU不像存儲(chǔ)器集成電路、分立和功率器件、標(biāo)準(zhǔn)模擬集成電路、傳感器、執(zhí)行器和邏輯集成電路那樣更具互換性。

因此，如果MCU供應(yīng)受限，供應(yīng)商必須增加產(chǎn)能，但幾乎所有的MCU都是由臺(tái)積電來(lái)完成的。這就解釋了為什么車企和Tier1供應(yīng)商都會(huì)受到類似的影響。不管他們有多少資源，就MCU而言，目前業(yè)界正在努力解決的是“一籃子雞蛋太多”的情況。

造成芯片短缺還有一個(gè)原因：汽車芯片早期是在200mm晶圓上生產(chǎn)的，而現(xiàn)在很多公司不愿意投資成熟的技術(shù)（擔(dān)心沉沒(méi)成本太高），轉(zhuǎn)向了300mm晶圓，而且車企不斷轉(zhuǎn)向“fab-light”（輕晶圓廠）策略，使得需求變得非常集中。

換句話說(shuō)，原有汽車企業(yè)主要盯著供應(yīng)鏈上的Tier1、Tier2，芯片方面僅限于保證供應(yīng)，因此芯片制造商在制程這邊的策略沒(méi)有被車企所關(guān)注，所以這次芯片短缺反映的是深層次的矛盾問(wèn)題。

短缺還有一個(gè)原因，是與業(yè)界的預(yù)期相反，由于各種消費(fèi)電子產(chǎn)品仍在采用200mm晶圓，因此需求實(shí)際上有所增加。例如，從2020年開(kāi)始發(fā)展的5G手機(jī)，包含了更多的射頻（RF）功率放大器、CMOS圖像傳感器和電源管理IC。這也導(dǎo)致了產(chǎn)能緊張，從2020年底開(kāi)始出現(xiàn)了沖突。

IHS認(rèn)為，由于供需失衡，這種不平衡導(dǎo)致MCU有10~15%的價(jià)格上漲是合理的，這種結(jié)果和生產(chǎn)線的停產(chǎn)，以及連續(xù)的產(chǎn)線開(kāi)、關(guān)相比，影響將是有限的。而且，未來(lái)幾個(gè)季度，合作將使所有車企和Tier1供應(yīng)商都能獲得一些MCU，而不是少數(shù)人得到想要的MCU，其他人什么也得不到。最后，芯片短缺、COVID-19疫情，以及過(guò)去十年發(fā)生的其他事件，都將有助于提高車企和Tier1供應(yīng)商對(duì)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控和管理重要性的認(rèn)識(shí)。

擴(kuò)建管用不？

按照解決問(wèn)題的意愿，未來(lái)缺芯的情況會(huì)緩解。前不久通用首席財(cái)務(wù)官Paul Jacobson在沃爾夫研究會(huì)議上就表示：“過(guò)去幾周，我們一直在談?wù)撔酒倘眴?wèn)題，但是實(shí)際情況已經(jīng)有所好轉(zhuǎn)。”問(wèn)題是，目前“缺芯”的狀況越演越烈。

目前來(lái)看，純晶圓代工廠商中，臺(tái)積電、三星、中芯國(guó)際、力積電均推出了擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃，國(guó)內(nèi)排名僅次于中芯國(guó)際的華虹半導(dǎo)體亦有擴(kuò)產(chǎn)規(guī)劃。此外，還有4家知名的IDM模式廠商美光、鎧俠、英飛凌、博世也宣布了擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃。

在多家晶圓代工廠商和IDM廠商紛紛推出擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃時(shí)，芯片制造產(chǎn)業(yè)鏈的上、下游也都在行動(dòng)。比如，據(jù)日經(jīng)報(bào)道，日本信越化學(xué)將斥資300億日元（約合2.85億美元、17.98億人民幣），擴(kuò)大EUV光刻膠、ArF光刻膠、提升尺寸精度的多層光刻膠的產(chǎn)能。

而芯片封測(cè)龍頭日月光，也斥資940億新臺(tái)幣，在高雄第三園區(qū)內(nèi)建設(shè)全球首座5G mmWave企業(yè)專網(wǎng)智慧工廠。不過(guò)，就算芯片產(chǎn)業(yè)鏈全線擴(kuò)產(chǎn)，能否補(bǔ)上芯片用量缺口，還是未知數(shù)。

首先，我們從晶圓制造環(huán)節(jié)來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)線從投資到建成，時(shí)間是第一因素。其次，這次芯片供應(yīng)受制，就像瑞薩電子集團(tuán)總裁、CEO柴田英利此前曾說(shuō)的，缺口在材料：“我們并不覺(jué)得有必要在這個(gè)時(shí)刻擴(kuò)大產(chǎn)能，因?yàn)槟壳安牧瞎?yīng)非常緊張，上游供應(yīng)商供貨受限，這不僅僅是芯片生產(chǎn)的問(wèn)題。如果沒(méi)有足夠的材料，只是簡(jiǎn)單地增加產(chǎn)能是沒(méi)有用的?！?/p>

實(shí)際上，從去年下半年十月份開(kāi)始，芯片上游關(guān)鍵材料硅晶圓供應(yīng)就趨緊。臺(tái)灣半導(dǎo)體硅晶圓“雙雄”環(huán)球晶、臺(tái)勝科產(chǎn)能都是滿載。臺(tái)勝科更是在今年1月表示，其第一季度12寸與8寸晶圓訂單已經(jīng)滿了，而且8寸晶圓的產(chǎn)能最吃緊。

目前IHS將Q1全球減產(chǎn)數(shù)量的預(yù)估上調(diào)到了100萬(wàn)輛。另外，長(zhǎng)期來(lái)看，市場(chǎng)對(duì)芯片用量的需求還將持續(xù)攀升，晶圓產(chǎn)能持續(xù)吃緊。紫光集團(tuán)聯(lián)席總裁陳南翔認(rèn)為，到2030年全球集成電路產(chǎn)業(yè)規(guī)模有望達(dá)到1萬(wàn)億美金，以2020年為基數(shù)，2030產(chǎn)能需達(dá)到2～2.6倍才能滿足需求的發(fā)展，2026年產(chǎn)能則需要翻倍。

而國(guó)內(nèi)晶圓代工廠龍頭，中芯國(guó)際全球銷售及市場(chǎng)資深副總裁彭進(jìn)則對(duì)媒體表示，隨著市場(chǎng)化價(jià)格不斷增長(zhǎng)，晶圓代工廠擴(kuò)產(chǎn)需要更加謹(jǐn)慎。投資擴(kuò)產(chǎn)需要根據(jù)市場(chǎng)和客戶需求來(lái)判斷，要保證一年后產(chǎn)能開(kāi)出時(shí)有足夠市場(chǎng)來(lái)填充產(chǎn)能。除了產(chǎn)能擴(kuò)充，還需要人才、時(shí)間、IP積累等。一句話，產(chǎn)能也不能隨便開(kāi)發(fā)。

在SEMICON China 2021主論壇上，長(zhǎng)電科技首席執(zhí)行官兼董事鄭力說(shuō)道：“這一次的汽車產(chǎn)業(yè)‘缺芯’潮，意味著車產(chǎn)業(yè)和芯片產(chǎn)業(yè)已經(jīng)不僅僅是上下游和供應(yīng)商的關(guān)系了，而是已經(jīng)形成了前所未有的緊密關(guān)系，相互之間需要有更多的配合?！?/p>

鄭力表示，汽車產(chǎn)業(yè)超過(guò)九成的創(chuàng)新是基于芯片，而芯片也在向高性能、高集成度和高可靠性方向發(fā)展。我們且不論這個(gè)數(shù)據(jù)怎么來(lái)的，僅僅通過(guò)這次“缺芯”的教訓(xùn)，我們就能明白，所有的人都在一條船上，需要更加謹(jǐn)慎地面對(duì)未來(lái)。

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