【芯智驾】汽车缺芯“穿越”周期？晶圆产能、工艺制程成“瓶颈”

芯智驾──集萃产学研企名家观点，全面剖析AI芯片、第三代半导体等在汽车“大变形”时代的机会与挑战！

集微网消息，芯片是现代社会的命脉，但即使在疫情之前，对它们的需求也超过了供应。因此，芯片短缺常被视为产业周期性问题。那么，为何此次汽车缺芯“穿越”周期，持续时间如此罕见的长？带来的损失为何如此之大，而且尚未有缓解迹象？

Auto Forecast Solutions（简称：AFS）最新数据已显示，因全球汽车芯片短缺加剧，截至2021年8月29日，全球汽车累计减产688.7万辆，较上周增加44.5万辆，AFS同时预测今年汽车将减产810.7万辆。而在8月中旬，AFS推测的这一数字仍为710万辆。

截至8月29日AFS统计数据

那么，这一波“缺芯潮”缺的究竟是什么？业内人士近期公开表示，目前让人头疼的并不是最复杂的芯片，而缺少的是最简单的芯片，可能只需要几美分或几美元，但这却阻碍了开发价值75000美元的产品。总结来看，一方面，缺少制造这些简单芯片的晶圆代工产线，另一方面是晶圆总产能利用率高，缺乏新产能。正是这两大根本原因，加之疫情、自然灾害、汽车制造商错误预判等多重因素影响，汽车缺芯越演越烈。

车用芯片的工艺制程产线在萎缩？

谁都未曾预料到，“束缚”汽车制造商前行步伐的是仅占车辆总成本1%的芯片。其中，微控制器（MCU）是本次“缺芯”的重灾区。业内人士对集微网指出，“汽车电气化离不开MCU，MCU就是汽车各电气执行部件的大脑。一辆汽车，MCU少则50颗，多则上百颗，汽车各个电子电气功能模块均离不开MCU的控制。”

MCU应用范围非常广，从车身动力总成，到车身控制、信息娱乐、辅助驾驶，从发动机控制单元，到雨刷、车窗、电动座椅、空调等控制单元。部分信息娱乐模块的缺芯还不至于导致车企停产，但底盘系统缺一个器件就无法继续生产，例如，大部分车辆都会配备的ESP（电子稳定控制系统），而控制它的MCU近期也极度缺货，这就会导致车企停产。

这些车用MCU通常采用的是成熟的工艺制程。某芯片设计公司高管对集微网表示，汽车芯片十分强调安全、可靠，因此主要采用满足安全标准的工艺制造，通常依赖于40nm或更成熟、更旧的制造工艺。根据IDC的数据，这一芯片制造工艺是15年前或更早的技术，目前用这些工艺生产的芯片仍占装机总量的54%左右。

但应用40nm或更成熟制造工艺的晶圆代工产线却较为紧缺。这些工艺一般用于200毫米（8英寸）晶圆的生产。但8英寸的利润率并不高，为了降低成本，芯片行业在2000年之后开始使用300毫米（12英寸）晶圆，部分8英寸晶圆厂陆续关停，因此总产能本身就在萎缩。

由于投资回报相对较低，因此尽管汽车行业缺芯十分严重，但晶圆代工厂对扩建产线并不是很积极，这就加剧了需求大但供给小的局面，8英寸晶圆代工产能持续吃紧。

SEMI的数据显示，8英寸晶圆厂的数量将从2020年的212家增加到2022年的222家，约为利润更高的12英寸晶圆厂预期增幅的一半。但从产能角度来看，建厂导入设备往往需要2~3年时间，因此车用芯片很难通过新建产能迅速提升供给量。

前道晶圆与后道封装测试均缺产能？

未来的趋势十分明晰：汽车向电动化、智能化、网联化方向发展，其需要的芯片数量越来越多。如今，一辆汽车一般拥有成百上千颗芯片。

但需要指出的是，目前汽车行业仍只占芯片需求的一小部分。台积电是车用芯片制造规模最大的晶圆代工厂。车用MCU市场近9成集中在全球顶尖的六大厂，外包的60%至70%比重由台积电代工。但在2020年，汽车芯片仅占台积电销售额的3%。

IDC的数据也显示，汽车行业的芯片收入为395亿美元，占芯片需求的不到9%。毫无疑问，它正在快速增长，而且到2025年，这一数字将以每年约10%的速度增长。

需求在不断上涨，但十分核心的是，晶圆产能相当紧俏。近年来，半导体行业通过整合，规模不断扩大。麦肯锡年初的报告显示，其产能也在稳定地扩大，每年增长约4%，与销售额保持一致。与此同时，在过去十年中，半导体利用率一直很高，达到或高于80%。因此，虽然半导体行业自2000年以来产能增加了近180%，但在目前的高利用率下，其总产能几乎耗尽。事实上，2020年的利用率接近90%，许多行业领导者认为这是充分利用，因为超过这个水平通常会导致交货时间过长。

图源：麦肯锡

好消息是，晶圆产能紧缺近几个月有所缓解。日经亚洲评论报道，截至6月底，全球9家领先芯片制造商的总库存创下了647亿美元的历史新高，因为公司迅速采取行动提高产量，以缓解长期短缺的问题。

但除了缺晶圆产能，如今封测也缺产能。IHS Markit的分析师指出，半导体短缺的主要问题在于前道晶圆产能，然而后道封装测试成为了当前的另一个挑战，“但如果你不能将芯片封装到ECU中，那么你仍然无法生产和销售一辆车”。9月2日，就有媒体报道称，由于ECU芯片短缺，特斯拉上海工厂某条生产线上个月曾暂停部分生产，时间约为4天。虽然特斯拉方面否认了相关消息，但特斯拉CEO马斯克7月就曾表示，芯片供应基本上是影响特斯拉产量的决定性因素。

与此同时，疫情导致的供应链中断影响也在持续甚至加剧，封测重镇“马来西亚”首当其冲。与主要影响汽车MCU的晶圆厂产能限制不同，封装产能限制影响所有类型的半导体，包括传感器、电源IC和分立器件。

与晶圆厂产能一样，封装产能也需要扩大。然而，封装厂利润仅仅是晶圆厂利润几分之一，所以封装厂在增加产能方面有更多的犹豫。封装设备也存在短缺，一些设备的交期增加到40周，主要原因之一是制造设备所用半导体的短缺。

总结

这一轮“缺芯”终将结束，对于何时结束，有分析师指出，芯片短缺可能会持续到2023年，但与以往不同的是，未来的缺芯将是一波接一波的。因此，虽然晶圆产能有所改善，但形势仍充满挑战，而且ADAS系统和自动驾驶等新技术所需的芯片的复杂程度也在不断增加。

长远来看，为了防止未来再次出现严重的芯片短缺，汽车行业需要做的不仅仅是加大库存，芯片行业和汽车行业需要在未来建立更直接的联系，而且两个行业都需要调整短期和长期战略，以尽可能成功地应对供应链中断。

(校对/Jimmy)