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新冠疫情對(duì)各行各業(yè)的影響仍在持續(xù)。聚焦汽車行業(yè)，全球范圍的芯片短缺，已經(jīng)影響不少車企的汽車生產(chǎn)作業(yè)，甚至威脅到了全球汽車產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈安全。
其實(shí)，從去年下半年開始，芯片短缺就成了讓車企們頭疼的問題，但直至日前，大眾汽車因芯片短缺而停產(chǎn)的消息傳出后，才引起了廣泛的關(guān)注。2020年12月6日，大眾汽車公開表示，因半導(dǎo)體芯片供應(yīng)短缺的問題，大眾將調(diào)整中國(guó)、北美、歐洲的汽車產(chǎn)量。在大眾扛不住芯片短缺帶來的壓力一個(gè)月之后，越來越多車企包括奧迪、福特、豐田、本田、FCA、日產(chǎn)、戴姆勒、斯巴魯?shù)?，也相繼因?yàn)樾酒倘倍紲p產(chǎn)停產(chǎn)。那么問題來了，汽車芯片到底怎么了，為什么如此緊缺？這一切還得從8英寸(20mm)晶圓的前世今生說起。關(guān)于晶圓尺寸的演變，在業(yè)內(nèi)比較公認(rèn)的一種說法是：1980年代是4英寸硅片占主流，1990年代是6英寸占主流，2000年代是8英寸占主流，2008年后則是12英寸占主流。從上表可以看到，8英寸晶圓早在1992年就已經(jīng)推出市場(chǎng)；發(fā)展到2007年，全球8英寸晶圓產(chǎn)線達(dá)到了頂峰——199條，產(chǎn)能也達(dá)到560萬片/月的歷史高點(diǎn)。2007年為啥是歷史高點(diǎn)？因?yàn)?008年全球遭遇金融危機(jī)，各行各業(yè)包括半導(dǎo)體業(yè)遭受了重創(chuàng)，所以自2008年起，在金融危機(jī)和12英寸晶圓崛起的雙重夾擊下，8英寸晶圓廠數(shù)及產(chǎn)能快速收縮，到2015年僅剩178條產(chǎn)線。如果按照摩爾定律，一切都朝著推陳出新的方向走，晶圓往12英寸以上的方向發(fā)展，那8英寸晶圓需求越來越少，也是合情合理歷史所趨。不過，由于8英寸晶圓芯片的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，涵蓋了消費(fèi)類電子、通信、計(jì)算、工業(yè)、汽車等各個(gè)細(xì)分市場(chǎng)，隨著物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入成熟階段，8英寸晶圓的需求并沒有越來越少，反而有增無減。這里不得不提一下8英寸和12英寸晶圓的差異，12英寸主要應(yīng)用在存儲(chǔ)器、制造CPU等高性能芯片上，比如各種PC、平板、手機(jī)等。8英寸主要應(yīng)用于特色技術(shù)或差異化技術(shù)上，如各種電源芯片、攝影/指紋識(shí)別傳感器、無線通信芯片、智能卡等，覆蓋了幾乎所有市場(chǎng)。一方面是8英寸晶圓代工廠數(shù)量減少，另一方面是需求的持續(xù)增加，這些都額外的加重了8英寸產(chǎn)能的負(fù)擔(dān)，于是到2017年，8英寸硅片的需求開始超過產(chǎn)能，供給緊張程度愈演愈烈。說了這么多，相信大家對(duì)8英寸晶圓已有了大致的了解，重新回到汽車領(lǐng)域，本次汽車芯片危機(jī)中緊缺的芯片，正是應(yīng)用得相當(dāng)普遍的8英寸晶圓。綜上所述，8英寸晶圓并非什么高端芯片，對(duì)于芯片代工商來說，只不過是薄利多銷的過時(shí)玩意兒，盈利能力遠(yuǎn)不如12英寸晶圓。且生產(chǎn)8英寸晶圓的設(shè)備或早已停產(chǎn)、或過于老舊難以修復(fù)等，我們便不難理解，為何很多芯片代工商都停止了8英寸晶圓的生產(chǎn)銷售，轉(zhuǎn)為生產(chǎn)12英寸的晶圓。一直以來，在上游芯片供應(yīng)商與下游汽車生產(chǎn)商之間，芯片長(zhǎng)期處于供求緊平衡局面，但新冠肺炎的發(fā)生又驟然改寫了這種產(chǎn)業(yè)鏈的分布常態(tài)。從供給端來看，2020上半年受疫情影響，原本全球車企對(duì)2020年汽車銷量的預(yù)估都不樂觀，一定程度抑制了汽車芯片的排產(chǎn)計(jì)劃。從需求端來看，2020下半年中國(guó)汽車銷量激增，表現(xiàn)超預(yù)期，助力全球汽車全年銷量約達(dá)7650萬輛，強(qiáng)勢(shì)的復(fù)蘇姿態(tài)讓車企和上游產(chǎn)業(yè)鏈都措手不及。當(dāng)汽車制造商希望上游芯片代工商恢復(fù)汽車芯片的產(chǎn)能時(shí)，代工商已經(jīng)將產(chǎn)能分配給了同樣芯片供貨緊張的消費(fèi)電子領(lǐng)域，根本來不及全口徑地實(shí)現(xiàn)供給對(duì)接與推送。總的來說，8英寸晶圓芯片產(chǎn)量不足疊加疫情影響，共同點(diǎn)燃了芯片危機(jī)爆發(fā)的引線。由此也不難判斷，全球汽車行業(yè)的芯片短缺周期，極有可能貫穿2021年大半個(gè)時(shí)段。不得不承認(rèn)的是，芯片行業(yè)的資源錯(cuò)配以及市場(chǎng)供求的錯(cuò)位，是導(dǎo)致汽車芯片短缺的更深層原因。目前，全球從事芯片設(shè)計(jì)的廠商越來越多，但懾于成本與技術(shù)的高門檻，從事芯片制造的廠商卻越來越少，使得設(shè)計(jì)出來的芯片無廠商接單制造，產(chǎn)能因此受到抑制。為了拿到一點(diǎn)產(chǎn)能，業(yè)內(nèi)還出現(xiàn)過“芯片設(shè)計(jì)公司老總給代工廠高管下跪”的尷尬局面。更長(zhǎng)遠(yuǎn)地觀察，即便汽車芯片的供給缺口在一年內(nèi)得以補(bǔ)平，整個(gè)市場(chǎng)供求緊平衡格局也不會(huì)被輕易打破，背后的根本原因就是汽車的電動(dòng)化、智能化與網(wǎng)聯(lián)化。在這樣的趨勢(shì)下，汽車行業(yè)對(duì)于芯片的需求口徑只會(huì)成倍放大。
第一類是負(fù)責(zé)算力的ESP（電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)）與ECU（電子控制單元），分布于處理器和控制器系統(tǒng)，如中控系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛與輔助系統(tǒng)，以及發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤和車身控制等；
第二類是負(fù)責(zé)功率轉(zhuǎn)換的IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）與MOSFET（金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管），分布于電源和接口；
第三類是傳感器，主要用于各種雷達(dá)、氣囊與胎壓檢測(cè)。
不難發(fā)現(xiàn)，芯片早已成為了汽車的決策大腦以及遍布全車的神經(jīng)系統(tǒng)。通常一輛傳統(tǒng)燃油車上最基本的駕駛輔助系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)，就需要50～150個(gè)芯片和傳感器來控制，一輛普通的新能源汽車所搭載的芯片價(jià)值更是前者一倍之多。其中，我們所熟知的ECU（電子控制單元）和ESP（車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)）分布最廣，正是用目前最為緊缺的8英寸晶圓打造。大眾汽車就是因ECU和ESP的短缺才導(dǎo)致停產(chǎn)停工，這兩者僅僅是眾多汽車芯片中的兩種而已。步入智能化時(shí)代，汽車對(duì)芯片質(zhì)量和需求量的追求會(huì)越來越高。據(jù)Strategy Analytics數(shù)據(jù)，2019年全球車載MCU（微控制單元，汽車最主要的功能芯片）安裝量超過25億。全球車載MCU的前5大供應(yīng)商是英飛凌、恩智浦、瑞薩電子、德州儀器、意法半導(dǎo)體。這些國(guó)外半導(dǎo)體企業(yè)占據(jù)中國(guó)市場(chǎng)份額主導(dǎo)地位，我國(guó)汽車芯片自給率不足10%。如此背景下，車企們用停產(chǎn)的方式來應(yīng)對(duì)芯片危機(jī)，顯然是一個(gè)無可奈何的辦法，但除此之外，汽車廠家真的無法破局芯片短缺的危機(jī)嗎？中國(guó)首個(gè)IGBT全產(chǎn)業(yè)鏈
放眼國(guó)內(nèi)，在全球面臨“芯片慌”的大背景下，比亞迪似乎絲毫不受影響。日前，比亞迪針對(duì)汽車缺芯“卡脖子”的問題進(jìn)行了回應(yīng)，官方表示公司生產(chǎn)的IGBT芯片已運(yùn)用在各產(chǎn)品線，除品牌自用外，已經(jīng)有外銷，沒有“卡脖子”的問題。比亞迪之所以能夠在如此艱難的時(shí)期不受影響，離不開其強(qiáng)大的自研核心技術(shù)。要知道比亞迪不單單是一個(gè)汽車廠商，更類似于華為那樣，是橫跨多個(gè)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的多面手。在2005年，比亞迪就組建團(tuán)隊(duì)進(jìn)入MCU領(lǐng)域，2009年推出第一代IGBT技術(shù)。IGBT屬于汽車功率半導(dǎo)體的一種，其芯片與動(dòng)力電池電芯并稱為電動(dòng)車的 “雙芯”，是影響電動(dòng)車性能的關(guān)鍵技術(shù)，占整車成本的5%左右。隨著新能源汽車以及軌道交通等市場(chǎng)的崛起，IGBT市場(chǎng)規(guī)模與日俱增。不過在國(guó)內(nèi)，中高端IGBT產(chǎn)能嚴(yán)重不足，長(zhǎng)期依賴英飛凌、三菱等國(guó)際巨頭，導(dǎo)致“一芯難求”。比亞迪早就瞄準(zhǔn)這塊市場(chǎng)，在芯片危機(jī)爆發(fā)之前，默默布局好了IGBT全產(chǎn)業(yè)鏈，成為我國(guó)唯一掌握了材料研發(fā)、芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造、模塊設(shè)計(jì)與制造以及整車應(yīng)用的IGBT全產(chǎn)業(yè)鏈的車企。如今比亞迪不但擁有工業(yè)級(jí)通用MCU芯片、車規(guī)級(jí)8位、32位MCU芯片以及電池管理MCU芯片等系列產(chǎn)品，車規(guī)級(jí)MCU裝車量也突破500萬顆。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年期間，英飛凌為國(guó)內(nèi)電動(dòng)乘用車市場(chǎng)供應(yīng)62.8萬套IGBT模塊，市占率達(dá)到58%。而比亞迪供應(yīng)了19.4萬套，市占率達(dá)到18%，排名第二。毫無疑問，這標(biāo)志著比亞迪一舉打破了國(guó)外半導(dǎo)體廠商在IGBT領(lǐng)域的壟斷?？梢哉f，如果沒有比亞迪，中國(guó)車規(guī)級(jí)IGBT市場(chǎng)國(guó)內(nèi)企業(yè)一直被“卡脖子”的局面可能無法緩解，這確實(shí)是實(shí)情。與此同時(shí)，經(jīng)過10余年的積淀，比亞迪IGBT技術(shù)實(shí)力也取得了很大的進(jìn)步，發(fā)展到了IGBT 4.0，即相當(dāng)于國(guó)際第5代。相較于友商，IGBT 4.0的損耗降低了20%，溫度循環(huán)壽命延長(zhǎng)了10倍，電流輸出能力提升了15%，極大程度提升了電動(dòng)汽車的綜合性能。仔細(xì)回想，比亞迪旗下的新能源車型能有那么夸張的性能表現(xiàn)和續(xù)航表現(xiàn)，IGBT 4.0可謂功不可沒。不過，從全球頂尖水平看，IGBT技術(shù)目前已發(fā)展到7.5代，第7代由三菱電機(jī)在2012年推出。而比亞迪2018年底才發(fā)布IGBT 4.0，也就是國(guó)際上第5代技術(shù)，從技術(shù)來說，比亞迪還有很長(zhǎng)的路要追趕。當(dāng)然，相對(duì)國(guó)內(nèi)其他汽車廠家，比亞迪在國(guó)內(nèi)自主品牌中還是取得了一定的先發(fā)優(yōu)勢(shì)，面對(duì)汽車行業(yè)百年未有之變局，技術(shù)驅(qū)動(dòng)將重新構(gòu)建行業(yè)格局，總是沒錯(cuò)的。現(xiàn)今，比亞迪IGBT芯片晶圓的產(chǎn)能達(dá)到5萬片/月，預(yù)計(jì)2021年可達(dá)到10萬片/月，一年可供應(yīng)120萬輛新能源車，也就是相當(dāng)于2020年新能源乘用車銷售的數(shù)量。專利方面，2007年比亞迪提出其首個(gè)IGBT專利申請(qǐng)。截至2020年5月8日，德溫特世界專利數(shù)據(jù)庫(kù)里一共有比亞迪公開的130個(gè)IGBT專利族，包括231條專利記錄，其中70%的專利布局于中國(guó)大陸。寫在最后：在這場(chǎng)波及全球的芯片危機(jī)中，比亞迪的“淡定”給了業(yè)內(nèi)不少的啟示。車企要想在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨白熱化的環(huán)境中站穩(wěn)腳跟，光是造出好車還不夠，必須創(chuàng)造屬于自己的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在核心領(lǐng)域獲得一定的話語(yǔ)權(quán)，才能和國(guó)際巨頭掰一掰手腕。值得注意的是，此次汽車芯片危機(jī)的根源，與其說是因?yàn)?英寸晶圓產(chǎn)能的緊缺，不如說是汽車底層芯片與時(shí)代的脫節(jié)——即使所有芯片代工廠更換為8英寸晶圓來應(yīng)對(duì)危機(jī)，也只是治標(biāo)不治本的無奈之舉。從嚴(yán)格意義來說，8英寸晶圓本身不算是真正的“卡脖子”技術(shù)，畢竟8英寸晶圓已經(jīng)有著30歲的“高齡”，老舊的底層技術(shù)終會(huì)被新技術(shù)所替代。在滾滾向前的時(shí)代大潮下，汽車全產(chǎn)業(yè)鏈如何跟隨時(shí)代的腳步，保持與時(shí)俱進(jìn)，或許才是解決芯片危機(jī)真正的難點(diǎn)。(本文僅為作者個(gè)人觀點(diǎn)，不代表DearAuto立場(chǎng)。) 
