目前业界正在努力解决的是“一篮子鸡蛋太多”的情况。

近日,“芯片慌”越演越烈。德克萨斯州的大风雪以及日本地震,让芯片短缺的问题愈加突出。实际上,行业对于“缺芯”问题非常关注,好几家研究咨询机构都发布了相关报告。


近日,IHS发布了一篇关于芯片危机的报告《Managing the 2021 automotive chip famine》,不过,这个报告发布的时候,还没有碰到得克萨斯州大面积停电和日本地震的事情。报告认为,芯片短缺会导致2021年Q1全球汽车减产67.2万辆汽车,并且短缺现象会持续到Q3。不过,目前IHS将减产数量的预估上调到了100万辆。

IHS在报告中建议,“这场危机凸显出,汽车制造商、Tier1供应商、半导体供应商及其晶圆厂之间需要调整产能和采购模式。在短期内,只有全行业的合作才能有助于减少这种影响。”

现在来看,情况要比这个预估严重很多。根据这个报告,我们来解读一下芯片短缺的具体情况。

MCU为什么缺?

IHS Markit的供应链和技术团队从2020年4月以来一直在跟踪芯片形势,就像前面所说的,“由于微控制器单元(MCU)的交付周期为26周或更长,供应链短缺可能至少会持续到今年第三季度,”IHS Markit半导体和组件高级首席分析师Phil Amsrud说。

实际上,在整车上面,MCU几乎应用于所有领域,包括动力系统(发动机ECU、变速器ECU)、底盘(安全气囊ECU、防抱死制动系统[ABS]/电子稳定控制[ESC]ECU)、车身(车门ECU、车身控制模块)和高级驾驶员辅助系统(ADAS),如驻车ECU。可以说,虽然小但是极其重要。

根据IHS的调研,由于MCU适用于所有的域,以及IC小型化和高频的需求,MCU需要40 nm以下的制程,而大部分IDM都把芯片生产外包给了台积电(TSMC)等代工厂,目前台积电TMSC生产出货量占所有汽车MCU约70%的市场份额。

所以,当MCU的需求受到限制以后,实际上最终都要去台积电(TSMC)催货。也就是说,整个汽车行业看上去受器件的影响较小,但是目前确实存在核心MCU和高算力芯片都放在一个篮子里的情况,最终发生“踩踏”。

而MCU的短缺,也严重影响到了像博世Bosch、大陆Continental和电装DENSO等Tier1供应商。他们的产品都应用了至少30个或更多不同的ECU。博世Bosch和电装DENSO都已经证实,它们从外部购买的MCU和模拟集成电路(IC)供不应求。


 

此外,根据业内专家朱玉龙的分析,从供应风险来看,AI芯片、SoC、GPU芯片(目前这类高算力的芯片,能依靠的只有英特尔、三星和台积电三家)到MCU,这些制程要求高的芯片目前都和台积电的状态很有关系,次一级的CMOS芯片还行(其他如内存、模拟、功率分立器件和MEMS传感器,由于制程要求不算高,汽车芯片企业依靠过往的投资还能撑得住)。

从交货时间来看,通常MCU要12~16周才能完成内部生产,但目前积压的订单要26周甚至38周的时间才能消化完,现在几乎所有汽车芯片的交货时间都延长了1~2个月。而且,一些汽车芯片供应商去年11月就对IHS Markit表示,台积电不会在2021年第三季度前接受交货订单。

现在还有一个大麻烦是,台积电缺水。公社《台湾缺水加重芯片短缺》也讲述了,由于季节性干旱,台积电和三星在台湾岛东侧的主要制造基地都面临用水问题,这或将加剧全球汽车行业芯片供应的紧张。

从短缺区域来看,IHS认为,中国大陆的芯片供货量中断程度最厉害,根据现有信息,第一季度的短缺可能接近25万辆。一汽-大众、上汽大众、上汽通用和东风本田等汽车制造商的工厂受到影响,停产时间从5~14天不等。


 

24日,上任不久的美国总统拜登也签署了一份行政命令,来促进美国芯片制造业的发展。再“荒”下去,大家都受不了。像通用汽车公司2月10日就表示,全球半导体芯片短缺可能令其2021年利润缩水达到20亿美元。

除了通用,福特路易斯维尔工厂也停止了生产Escape车型。福特还表示,从1月19日开始,将暂停在德国萨尔卢伊斯工厂生产福克斯一个月。福特在芝加哥、迪尔伯恩卡车、堪萨斯城和奥克维尔的工厂也受到影响。而且本田、雷诺、丰田、马自达和其他一些供应商也发布了类似的声明。小小的芯片,引起了这么大的“饥荒”,真是始料未及啊。

有没有变通的办法?

为什么会发生“一篮子鸡蛋太多”这种情况?首先是,汽车MCU芯片的市场也是高度集中的,根据HIS调研的数据,MCU供应商排名前7位所占的份额就达到了98%,只有极少数的意法半导体保持了较高的垂直整合水平。

此外,使用方面,MCU(以及片上系统和ASIC)不容易允许从另一个供应商处进行组件二次采购。MCU具有专有架构,很难从一个供应商转移到另一个供应商。MCU不像存储器集成电路、分立和功率器件、标准模拟集成电路、传感器、执行器和逻辑集成电路那样更具互换性。

因此,如果MCU供应受限,供应商必须增加产能,但几乎所有的MCU都是由台积电来完成的。这就解释了为什么车企和Tier1供应商都会受到类似的影响。不管他们有多少资源,就MCU而言,目前业界正在努力解决的是“一篮子鸡蛋太多”的情况。

造成芯片短缺还有一个原因:汽车芯片早期是在200mm晶圆上生产的,而现在很多公司不愿意投资成熟的技术(担心沉没成本太高),转向了300mm晶圆,而且车企不断转向“fab-light”(轻晶圆厂)策略,使得需求变得非常集中。

换句话说,原有汽车企业主要盯着供应链上的Tier1、Tier2,芯片方面仅限于保证供应,因此芯片制造商在制程这边的策略没有被车企所关注,所以这次芯片短缺反映的是深层次的矛盾问题。

短缺还有一个原因,是与业界的预期相反,由于各种消费电子产品仍在采用200mm晶圆,因此需求实际上有所增加。例如,从2020年开始发展的5G手机,包含了更多的射频(RF)功率放大器、CMOS图像传感器和电源管理IC。这也导致了产能紧张,从2020年底开始出现了冲突。

最后我们来看看,根据IHS的调研,奥迪Q7、雪佛兰Equinox和本田雅阁的MCU采购揭示了对不同MCU供应商的广泛依赖,即使是在不同的领域。我们从IHS所作的分解,可以看出些端倪来。

相对于本田雅阁的MCU(7个供应商,20个MCU),奥迪Q7用了7个供应商的38个MCU。其中,动力域采用2枚英飞凌MCU;底盘和安全域使用4个瑞萨MCU、4个NXP MCU,2个Microchip、以及Texas和英飞凌各1个;ADAS和娱乐域这块,也用的很多。

IHS在报告的最后提出了几个业内普遍关心的问题,MCU的价格会上涨吗?我们还能做什么?长期的影响是什么?

IHS认为,由于供需失衡,这种不平衡导致MCU有10~15%的价格上涨是合理的,这种结果和生产线的停产,以及连续的产线开、关相比,影响将是有限的。而且,未来几个季度,合作将使所有车企和Tier1供应商都能获得一些MCU,而不是少数人得到想要的MCU,其他人什么也得不到。最后,芯片短缺、COVID-19疫情,以及过去十年发生的其他事件,都将有助于提高车企和Tier1供应商对风险监控和管理重要性的认识。