應(yīng)對2021年汽車芯片荒

1、應(yīng)對 2021 年汽車行業(yè)芯片荒由于芯片供應(yīng)限制可能會持續(xù)至 2021 年第三季度，埃信華邁在報告中分析了其對汽車行業(yè)的短期和長期影響。這場危機(jī)凸顯了汽車制造商、一級供應(yīng)商、半導(dǎo)體供應(yīng)商及其晶圓代工廠之間調(diào)整產(chǎn)能和采購模式的必要性。從短期來看，只有全行業(yè)合作才能減少這種影響。半導(dǎo)體短缺危機(jī)對汽車行業(yè)造成沖擊之際，正值該行業(yè)生產(chǎn)水平在受疫情影響放緩后開始溫和復(fù)蘇。在汽車行業(yè)對芯片的需求開始上升之時，消費電子行業(yè)對芯片（用于 5G 手機(jī)和基礎(chǔ)設(shè)施、新一代游戲平臺和 IT 設(shè)備）的巨大需求已經(jīng)令芯片供應(yīng)鏈吃緊。由于半導(dǎo)體制造是個復(fù)雜漫長的生產(chǎn)過程，這使得新的產(chǎn)能建設(shè)變成一項投資巨大且耗時的工作，因此

2、無法輕易解決產(chǎn)能限制問題。短缺預(yù)計將持續(xù)至 2021年第三季度，屆時半導(dǎo)體代工廠將重新分配產(chǎn)能并且消費電子產(chǎn)品需求可能有所降溫，應(yīng)該能提供更大的供應(yīng)安全。雖然臺灣臺積電（TSMC）和聯(lián)華電子（UMC）等大型半導(dǎo)體供應(yīng)商宣布了增加產(chǎn)能的投資計劃，這些努力在 短期內(nèi)不會見效，將迫使汽車制造商及其一級芯片供應(yīng)商修訂他們傳統(tǒng)的半導(dǎo)體采購策略。這場危機(jī)顯示出，與消費電子行業(yè)給半導(dǎo)體制造商帶來的生產(chǎn)規(guī)模和周期相比，汽車企業(yè)追求的傳統(tǒng)短期采購周期可能并不合 適。我們預(yù)計，各級供應(yīng)鏈將對他們的庫存管理方式進(jìn)行一些調(diào)整，以便為將來做更好的準(zhǔn)備。自 2020 年 4 月以來，我們的供應(yīng)鏈和技術(shù)團(tuán)隊一直在跟蹤芯片供

3、應(yīng)情況?！捌囍圃焐绦枨笤鲩L以及半導(dǎo)體供應(yīng)有限導(dǎo)致了當(dāng)前芯片供應(yīng)受限的結(jié)果，在這兩方面因素取得平衡之前，這一問題將無法解決。如果是因為自然災(zāi)害導(dǎo)致的，那么供應(yīng)鏈就會采取適當(dāng)?shù)闹亟ㄓ媱潱m然需要幾個月或幾個季度的時間來重建，但計劃已經(jīng)實施?，F(xiàn)在是一個平衡供需的問題，微控制器單元（MCU）的交貨期達(dá)到 26 周或以上，供應(yīng)鏈?zhǔn)芟耷闆r可能會至少持續(xù)至今年第三季度，”埃信華邁高級駕駛輔助系統(tǒng)、半導(dǎo)體和零部件高級首席分析師 Phil Amsrud 表示。初始影響 汽車生產(chǎn)已經(jīng)受到了重大影響，不過目前形勢仍然不穩(wěn)定，我們的汽車生產(chǎn)團(tuán)隊正在持續(xù)跟蹤對汽車生產(chǎn)的影響。截至 1 月 29 日，受供應(yīng)中斷影響，我

4、們預(yù)計 2021 年第一季度輕型汽車產(chǎn)量將減少 67.2 萬輛（見下圖）。奧迪最近已有 1 萬名員工休假，并宣布芯片短缺將對其 Q5 等高端車型帶來影響。與此同時，“由于微芯片短缺”，大眾汽車不得不削減其德國沃爾夫斯堡和埃姆登工廠以及布倫瑞克零部件工廠的產(chǎn)量。福特表示，除了路易斯維爾工廠停產(chǎn) Escape 車型外，該公司還將從 1 月 19 日至 2 月 19 日暫停德國薩爾路易斯工廠生產(chǎn)Focus。福特在芝加哥、迪爾伯恩卡車、堪薩斯城和奧克維爾工廠也受到了影響。本田、雷諾、豐田、馬自達(dá)和其他多家汽車制造商最近也發(fā)布了類似的公告。中國大陸將遭遇最大的生產(chǎn)中斷，根據(jù)現(xiàn)有信息，第一季度損失的產(chǎn)量可

5、能接近 25 萬輛。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制造工廠均受到了影響，停產(chǎn)時間從 5 天至 14 天不等。半導(dǎo)體供應(yīng)問題對 2021 年第一季度輕型汽車產(chǎn)量的預(yù)估影響汽車產(chǎn)量 （1,000）北美南亞大中華區(qū)日本/韓國南美歐洲市場注：預(yù)估截至 2021 年 1 月 29 日來源：埃信華邁芯片短缺的背景1. 聚焦微控制器：通常用于具有處理要求的嵌入式應(yīng)用程序以及管理與數(shù)字、機(jī)電或模擬組件交互的單片微控制器尤其短缺，并且它是所有電子控制單元（ECU）都必須的組件。MCU 應(yīng)用包括動力系統(tǒng)（發(fā)動機(jī) ECU、傳動系統(tǒng) ECU）、底盤（安全氣囊 ECU、防抱死制動系統(tǒng)ABS/電子穩(wěn)

6、定控制系統(tǒng)ESC ECU）、車身（車門ECU、車身控制模塊）和高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）（如停車 ECU）在內(nèi)的所有領(lǐng)域。這些零部件短缺預(yù)計將以類似的方式廣泛影響一級供應(yīng)商。博世、大陸和電裝在所有車輛領(lǐng)域生產(chǎn)至少 30 種或以上不同的 ECU。博世和電裝這兩家供應(yīng)商都可以內(nèi)部制造傳感器和半導(dǎo)體，兩家公司已經(jīng)證實，外部采購的 MCU 和模擬集成電路（IC）正處于供應(yīng)短缺狀態(tài)。MCU 是采用通常低于 40 納米的先進(jìn)工藝節(jié)點（半導(dǎo)體制造工藝）制造，隨著 IC 日益小型化，工藝節(jié)點成為了一個表示復(fù)雜程度的指標(biāo)。由于與這些工藝相關(guān)的資本支出非常高，只有極少數(shù)芯片制造廠（也稱為晶圓廠）擁有這些工藝。集

7、成設(shè)備制造商（IDM）等大多數(shù)設(shè)備制造商一直采用一個長期戰(zhàn)略，即將芯片生產(chǎn)外包給擁有這些先進(jìn)工藝節(jié)點的代工廠（如臺積電）。對于MCU 而言，臺積電是一個非常集中的供應(yīng)來源，其制造的產(chǎn)品占當(dāng)前所有汽車 MCU 出貨量的約 70%。2. 臺積電的瓶頸：這家臺灣制造商去年宣布全面限制產(chǎn)能；有跡象表明，這場芯片荒危機(jī)的起源可以追溯至 2020 年（某種程度上甚至是在 2020 年之前）。汽車芯片業(yè)務(wù)僅占臺積電總收入的 3%。雖然臺積電表示，將增加投資支持其汽車客戶，但這是一個長期的行動，主要是為了迎合汽車行業(yè)向高性能計算發(fā)展的長期趨勢，而不是為了幫助解決當(dāng)前的供應(yīng)瓶頸。3. 交貨期影響：交貨期受到很大

8、影響原本需要 12-16 周時間內(nèi)部生產(chǎn)的 MCU 如今交貨期需要 26 周，對 于需求較大的組件，交貨期甚至長達(dá) 38 周。也就是說，目前幾乎所有芯片的交貨期都要增加一至兩個月。去年 11 月，一些汽車芯片供應(yīng)商告訴埃信華邁，臺積電在 2021 年第三季度之前將不再接受新訂單。一個籃子里放了太多雞蛋半導(dǎo)體制造很復(fù)雜。對于 MCU 等相對復(fù)雜的器件，芯片從訂購到發(fā)貨需要 12-16 周，而用于車輛穩(wěn)定系 統(tǒng)的慣性傳感器則需要 26 周。供應(yīng)鏈很復(fù)雜，通過精心管理訂貨安排和維持庫存平衡來處理其依賴關(guān) 系對于準(zhǔn)時供應(yīng)是至關(guān)重要的。這種庫存平衡很容易受到新冠肺炎疫情大流行等不尋常市場因素的干擾。這場

9、危機(jī)凸顯了整個生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性，尤其是在其他因素發(fā)揮作用的情況下。半導(dǎo)體行業(yè)有 90 多家 IDM 和代工廠（合同制造商）。其中許多是采用 180 納米或以上的舊工藝節(jié)點（如傳感器）的 200 毫米晶圓產(chǎn)品，并逐步向 56 納米的特征尺寸發(fā)展。為了提高制造效率，較新的性能技術(shù)特別是高性能微處理器都集中在采用 40 納米以下先進(jìn)工藝節(jié)點的 200 毫米和 300 毫米晶圓產(chǎn)品上。 晶圓代工廠臺積電的半導(dǎo)體制造及其意義組件類型涉及領(lǐng)域子系統(tǒng)晶圓尺寸（毫米）工藝節(jié)點 *（納米）臺積電供應(yīng)風(fēng)險AI 芯片、SoC、GPUADAS 、信息娛樂高性能FV 攝像頭、ADAS 域控30016,14,7,5很高系

10、統(tǒng)制器、主機(jī)單元、駕駛艙域控制器、儀表板。車輛域控制器微控制器（MCU）所有覆蓋所有領(lǐng)域，每個ECU 都有200, 30016 至 40 納很高（大約 70%的一個MCU米車用MCU 由臺積電生產(chǎn)）內(nèi)存 IC （ DRAM 、信息娛樂系統(tǒng)、 信息娛樂主機(jī)單元、儀表 30010 至 18 納較低（市場領(lǐng)導(dǎo)者Flash）ADAS板、ADAS 前視攝像頭、ADAS米鎂光科技和三星都域控制器有自己的晶圓廠）CMOS 圖像傳感器所有攝像頭200, 3005 至 65 納米較高（第二大供應(yīng)商豪威科技與臺積電合作）顯示驅(qū)動 IC信息娛樂系統(tǒng)數(shù)字儀表板、主機(jī)單元200, 30055 至 180 納一般，有許多

11、其他其他顯示屏米代工廠可用。模擬/混合信號、電所有每個SoC 和調(diào)制解調(diào)器都需要20056 至 180 納一般。大部分采用源管理 IC 、射頻組特定的電源管理 IC。每個 ECU米內(nèi)部制造。有許多件都有模擬ASIC/ASSP。其他代工廠可用。用于遠(yuǎn)程信息處理和 ADAS 的射頻組件功率分離元件xEV、底盤用于xEV 和底盤的動力電子設(shè)20090 至 110 納較低（主要是內(nèi)部備米制造）MEMS 傳感器所有壓力、流量、慣性、濕度、200180 納米較低。大部分是內(nèi)紅外部制造。注：*工藝節(jié)點：行業(yè)用最小特征尺寸來描述每一代半導(dǎo)體制造過程的技術(shù)/工藝節(jié)點。來源：埃信華邁生產(chǎn)較小尺寸工藝節(jié)點產(chǎn)品的 I

12、DM 數(shù)量呈指數(shù)遞減；而對于用在人工智能（AI）芯片和強(qiáng)大圖形處理器（GPU）上的亞 10 納米先進(jìn)工藝節(jié)點，汽車 IDM 目前只能依賴于臺積電、三星和英特爾。雖然 AI 和 GPU 對普通汽車的影響較小因為它們主要用于搭載更高自動駕駛水平和/或高級信息娛樂系統(tǒng)的高端汽車但這種高度集中制造對所有ECU 中使用的MCU 的影響更為顯著。大約 70%的車用MCU 生產(chǎn)都依賴于臺積電，這給整個行業(yè)造成了生產(chǎn)瓶頸。由于前視攝像頭中使用的CMOS 圖像傳感器（CIS）十分依賴于第二大供應(yīng)商臺灣豪威科技，因此其供應(yīng)將會面臨中斷。內(nèi)存方面，由于鎂光科技和三星都有自己的晶圓廠，因此較少受到臺積電的影響。對臺積

13、電的依賴是隨著時間的推移而建立起來的，因為一些IDM 奉行“輕晶圓廠”戰(zhàn)略，降低其供應(yīng)鏈的垂直整合水平以減少對新一代工藝節(jié)點的資本支出，并且往往缺乏規(guī)模效應(yīng)。前七大 MCU 供應(yīng)商約占需求的 98%，只有少數(shù)保持了較高水平的垂直整合，意法半導(dǎo)體就是其中的一個典型代表。輕晶圓廠戰(zhàn)略： 頂級供應(yīng)商及其對臺積電的依賴情況車用 MCU 供應(yīng)商車用 MCU應(yīng)份額供工藝節(jié)點（納米）162840/4565110/130瑞薩電子30%MCU從MCU 從MCU 從2016 年起外包2012 年起外2005 年起 給臺積電包給臺積電外包給臺積電恩智浦半導(dǎo)體26%MCU 外MCU從包給臺積電2016 年起外包給臺積

14、電英飛凌14%MCU 從MCU 外MCUMCU 在2017 年起 包給臺積電32-位2011 年外 外包給臺積TriCore在包給臺積電電2013 年外 包給臺積電塞普銳思半導(dǎo)體9%MCU 在（被英飛凌收 2016 年外包購）給聯(lián)華電子德州儀器7%MCU 外DSP 自包給臺積電 己生產(chǎn)和聯(lián)華電子微芯科技7%多家代工廠多家代工廠意法半導(dǎo)體5%大部分內(nèi)部生大部分內(nèi)部 產(chǎn)， 小部分外生產(chǎn)，小部 包 （ 可 能分外包（可 TSMC）能 TSMC）總計98%來源：埃信華邁為何歸咎于 MCU？大多數(shù)車輛和零部件停產(chǎn)都是由于 MCU 短缺。首先，由于汽車 ECU 的增長，MCU 在現(xiàn)今汽車中已無處不在。每輛

15、車平均搭載超過 20 個 MCU。例如，雪佛蘭 Equinox 有 27 個，奧迪 Q7 則多達(dá) 38 個。市場上多家 MCU 供應(yīng)商通常通過“直接采購計劃”指定，由汽車制造商指定一級供應(yīng)商采用哪家二級供應(yīng)商的產(chǎn)品。每款車 都依賴多家MCU 供應(yīng)商。例如，2018 款本田Accord 有多達(dá) 8 家不同的供應(yīng)商。不過三級供應(yīng)商方面幾乎沒 有其他選擇，如上文所述，市場上十分之七的 MCU 來自于同一家代工廠。使用微控制器的功能列表用領(lǐng)域使用微控制器的 ECUADAS車身及便利性底盤及安全性信息娛樂系統(tǒng)動力傳動系統(tǒng)泊車輔助 ECU、雷達(dá)、前視攝像頭、ADAS 域控制器HVAC ECU、照明 ECU

16、、車門 ECU、座椅 ECU、 汽車網(wǎng)關(guān) 安全氣囊 ECU、衛(wèi)星式安全氣囊、防盜 ECU、電動駐車制動 ECU、電子穩(wěn)定控制 ECU、保險絲和繼電器箱、轉(zhuǎn)向系統(tǒng) ECU、懸掛系統(tǒng) ECU放大器、主機(jī)單元、CD 播放器、儀表板、屏幕、麥克風(fēng)、后視鏡、遠(yuǎn)程信息處理 ECU四輪驅(qū)動ECU、變速箱ECU、冷卻系統(tǒng)ECU、發(fā)動機(jī)ECU、燃油泵 ECU應(yīng)來源：埃信華邁2021 IHS Markit此外，MCU（以及系統(tǒng)芯片和 ASIC）無法輕易將另一家供應(yīng)商作為第二渠道采購。MCU 具有專屬架構(gòu)，因 此很難從一家供應(yīng)商更換到另一家供應(yīng)商。內(nèi)存 IC、分立和功率器件、標(biāo)準(zhǔn)模擬 IC、傳感器、執(zhí)行器和邏輯 I

17、C 等部件則通常更具互換性。因此，如果 MCU 供應(yīng)受限，那么供應(yīng)商必須增加產(chǎn)能，但現(xiàn)在幾乎所有壓力 都在臺積電這里。這就解釋了為什么汽車制造商和一級供應(yīng)商都受到了類似的影響。不管他們有多少采購源，但就 MCU 產(chǎn)能來講，目前整個汽車行業(yè)都在努力應(yīng)對“一個籃子里放了太多雞蛋”的局面。奧迪 Q7、雪佛蘭 Equinox 和本田 Accord 等車型的 MCU 采購顯示出廣泛依賴于不同的MCU 供應(yīng)商，甚至是不同領(lǐng)域內(nèi)的供應(yīng)商。其中一些車型受到了目前芯片短缺的影響。奧迪豪華 SUV 搭載的 38 個 MCU 采購自 7 家供應(yīng)商瑞微薩芯英飛凌瑞薩, 4恩智浦恩智浦, 4ADAS地盤及安全性東芝,

18、1德州儀器,1微芯,2松下, 1微芯, 1信息娛樂系統(tǒng)德州儀器,1英飛凌, 2瑞薩, 4車身及便利性恩智浦微芯瑞薩,8來源：埃信華邁2021 IHS Markit本田中型汽車搭載的 20 個 MCU 采購自 7 家供應(yīng)商意法半導(dǎo)體英飛凌瑞薩, 4瑞薩, 2地盤及安全性信息娛樂系統(tǒng)英飛凌, 1動力傳動系統(tǒng)微芯, 2瑞薩, 2車身及便利性塞普銳思, 1松下意法半導(dǎo)體, 1德州儀器瑞薩, 3來源：埃信華邁2021 IHS Markit,1ADAS, 2, 2, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 3技術(shù)陳舊加劇了這一問題臺積電的產(chǎn)能并不是唯一瓶頸。許多半導(dǎo)體芯片都是在 200 毫米的晶圓上生產(chǎn)的，并

19、且技術(shù)已經(jīng)非常成熟1999 年問世的 180 納米晶圓節(jié)點，至今仍被用于制造移動電話等許多其他產(chǎn)品的零部件。與預(yù)期相反的是，由于各種消費電子產(chǎn)品仍在采用 200 毫米晶圓，導(dǎo)致對 200 毫米晶圓的需求實際上有所增加。例如，產(chǎn)量從 2020 年開始提升的 5G 手機(jī)包含數(shù)量更多的射頻（RF）功率放大器、CMOS 圖像傳感器和電源管理 IC。幾年來，生產(chǎn) 200 毫米晶圓的生產(chǎn)線（包括聯(lián)華電子等代工公司）所面臨的擴(kuò)大節(jié)點產(chǎn)能的壓力不斷增大，盡管這些節(jié)點技術(shù)已經(jīng)成熟，但市場上仍有很多應(yīng)用。然而，由于不愿投資于成熟技術(shù)，加上缺乏生產(chǎn)這一晶圓尺寸的新設(shè)備甚至是二手設(shè)備，產(chǎn)能提升受到了很大的阻礙。隨著

20、IDM 將這些產(chǎn)品越來越多地外包給 200 毫米晶圓廠，比如擁有 7 座 200 毫米晶圓廠的臺灣聯(lián)華電子，這也導(dǎo)致了該晶圓尺寸的產(chǎn)能限制越來越大，因為大部分產(chǎn)能只分配給了少數(shù)供應(yīng)商。在過去幾年里，隨著晶圓廠升級到 300 毫米生產(chǎn)線，工廠升級生產(chǎn)設(shè)備后淘汰的廉價二手 200 毫米晶圓生產(chǎn)設(shè)備令市場充滿了活力。然而，這些 200 毫米晶圓生產(chǎn)設(shè)備數(shù)量不足，導(dǎo)致企業(yè)被迫升級至 300 毫米生產(chǎn)線，而不是更多地依賴外部代工廠。汽車行業(yè)面臨的芯片短缺問題，暴露了近年來一些IDM 為控制資本支出而采取的激進(jìn)且缺乏多樣化的“輕晶圓廠”戰(zhàn)略的局限性。展望總之，這并不是一起分配事件希望不會如此并將繼續(xù)是一起

21、供應(yīng)受限事件。新供應(yīng)能力上線的機(jī)會較為有限?？紤]到 MCU 的交貨期長達(dá) 26 周或更久，這種情況可能會延續(xù)到今年第三季度。車用電子設(shè)備供應(yīng)鏈非常重視這一問題，并試圖讓所有汽車制造商保持在較低的運行水平。汽車制造商兩倍或三倍訂購的情況非常有限，這意味著供應(yīng)鏈對需求數(shù)據(jù)比較有信心。不過，這并未改變汽車需求超過 MCU 供應(yīng)這一根本性問題。IDM 內(nèi)部可以承擔(dān)部分生產(chǎn)嗎？IDM 不太可能在短期內(nèi)宣布建造新生產(chǎn)線的計劃。不過，那些尚未將 100%生產(chǎn)外包給代工廠并且保留部分有限內(nèi)部產(chǎn)能的企業(yè)可以擴(kuò)大現(xiàn)有的生產(chǎn)線。這可能需要 6 至 9 個月的時間。因此，如果供應(yīng)商能夠在 2020 年底開始供應(yīng)，這些

22、措施在 2021 年第三季度之前不會產(chǎn)生任何有意義的影響。在重啟生產(chǎn)線或增加新產(chǎn)能方面存在諸多障礙，并且在汽車制造方面需要對任何新工藝進(jìn)行長時間的認(rèn)證（盡管加快認(rèn)證過程是有可能的）。首先，半導(dǎo)體供應(yīng)商外包代工業(yè)務(wù)的理由不無道理；其次，為了解決短期危機(jī)而恢復(fù)內(nèi)部產(chǎn)能，最終只會導(dǎo)致產(chǎn)能過剩，這幾乎沒有什么吸引力。 新工廠？任何新的晶圓廠都需要數(shù)年的時間才能建成和運行。今年 1 月，臺積電為應(yīng)對危機(jī)，承諾投資 280 億美元緩解產(chǎn)能問題，包括在北美新建一家工廠。不過，這家新工廠預(yù)計在 2024 年之前不會投入使用。另外，大部分投資將再次集中在先進(jìn)工藝節(jié)點上，這在一定程度上反映出英特爾未來將部分芯片生

23、產(chǎn)外包給臺積電的預(yù)期意圖。政治壓力能否幫助減輕汽車行業(yè)的供應(yīng)受限問題？1 月 24 日，德、美、日等國政府呼吁臺積電解決汽車芯片短缺問題。我們認(rèn)為，這一舉措的影響將十分有限，因為代工廠商的生產(chǎn)重心必然放在需求最大的產(chǎn)品上，而汽車行業(yè)目前并不是最大的需求驅(qū)動因素。西方國家政府已經(jīng)認(rèn)識到，減少本國工業(yè)對亞洲半導(dǎo)體供應(yīng)商依賴的重要性，并正在制定相關(guān)計劃，希望在中期能夠解決這一風(fēng)險。例如，德國聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)事務(wù)和能源部（BMWi）在去年 10 月宣布，計劃自 2019 年起投資 5.22 億歐元（約合 6.13 億美元），用于微電子新技術(shù)的研發(fā)和實施。另外，歐盟委員會批準(zhǔn)通過的歐洲共同利益重要項目（IPCEI）涉及來自法國、德國、意大利和英國的 29 家企業(yè)，該項目旨在支持建立芯片工廠開發(fā)高性能微電子組件并實現(xiàn)量產(chǎn)。如前所述，這需要數(shù)年時間，并非是解決 2021 年芯片短缺問題的有效辦法。不過這是一個信號，表明政府層面已經(jīng)認(rèn)識到了芯片短缺的根本性原因。是否還有一級或二級供應(yīng)商可以為汽車制造商供貨