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汽車晶片危機始末

2020 年初,一場突如其來的新冠疫情席捲全球,截止至發稿日,累計造成了超過 9810 萬人感染,200 萬人死亡,給全人類帶來了生命威脅,全球各行各業也均受到了疫情波及,其中晶片更是眾多行業領域中的重災區,需要使用到大量晶片的汽車領域將面臨長時間減產甚至停產。

全球車企接連停產

雖然從去年下半年開始,晶片短缺就已經成為了一個讓車企們感到頭疼的問題,但是直到大眾汽車因為晶片短缺而停產的訊息不脛而走之後,這才引起了人們的廣泛關注。

2020 年 12 月 6 日,大眾汽車公開表示,因為半導體晶片供應短缺問題,大眾將調整中國、北美,甚至歐洲的汽車產量。這次的晶片短缺將影響到大眾旗下眾多品牌,其中奧迪截止到 1 月 18 日已經解僱了 1 萬名員工,以緩解長期停產給公司帶來的壓力。

針對一汽大眾因為晶片短缺而大幅減產的訊息,大眾中國稱,目前正在密切關注事態發展,並且在全國範圍內優化資源分配,希望在未來幾個月中能彌補這一缺口。就在大眾扛不住晶片短缺帶來的壓力一個月之後,其他車企因為晶片短缺而減產停產的勢頭就再也控制不住了。

1 月 8 日,福特也宣佈了其位於美國肯塔基州的工廠因為晶片短缺被迫停產;同一天,本田也啟動了減產方案,將削減思域和雅閣在北美地區的產量。1 月 12 日,廣汽豐田因為晶片短缺宣佈部分生產線停產。隨後,菲亞特克萊斯勒、日產、戴姆勒、斯巴魯等多家車企都因為半導體晶片短缺紛紛宣佈部分工廠被迫停產。

那麼,是什麼導致了這次全球性的晶片危機呢?

誰該為晶片危機背鍋?

其實,在本次晶片危機中緊缺的並不是什麼高階晶片,而是成本較為低廉,但在汽車領域應用得相當多的 8 英寸晶圓。當然,8 英寸晶圓並不是汽車晶片的專屬,它的應用領域非常廣泛,除了汽車領域之外,還涵蓋了消費電子、通訊、計算、工業等各個領域。

這些成本低廉並且應用廣泛的 8 英寸晶圓對於晶片代工商來說就是個薄利多銷的過時玩意兒,盈利能力遠不如 12 英寸晶圓,並且生產 8 英寸晶圓的裝置早已停產,多數 8 英寸晶圓廠的裝置執行時間都已超過十年,大部分裝置都過於老舊或者難以修復。

目前很多晶片代工商都已經停止了 8 英寸晶圓的生產銷售,轉為生產 12 英寸的晶圓。截止到 2019 年,全球還在生產 8 英寸晶圓的工廠已經不足 200 家,所以目前 8 英寸晶圓的現狀就是典型的需求大,產能小。

再加上疫情蔓延,全球車企普遍對 2020 年汽車銷量的預估都不樂觀,汽車晶片公司大幅削減了給晶片代工商的訂單。而消費者們足不出戶的生活節奏也導致了全球消費電子領域晶片需求激增,各大晶片代工商為了全力生產消費電子領域所需的晶片,進一步下調了今年汽車晶片的產能。此消彼長之後,汽車晶片的產能自然就出現了大幅下滑。

大概誰也沒想到,2020 年下半年的汽車銷量激增,在上半年汽車銷量慘淡的情況下,去年全球汽車銷量依然達到了 7650 萬輛,如此強勢的市場復甦姿態讓車企和上游產業鏈都措手不及。

當汽車製造商希望上游晶片代工商在下半年恢復汽車晶片的產能時,代工商已經將產能分配給了同樣晶片供貨緊張的消費電子領域,他們根本來不及調整汽車晶片的產能。8 英寸晶圓的產能原本就一直處在供不應求的狀態,造車大佬們還錯估了這一稀缺物品的需求量,這就是造成本次晶片危機的導火索。

技術老舊的 8 英寸晶圓的產量受限於生產它的工廠,生產它的工廠產能又受限於日益老化的生產裝置,而生產用於製造 8 英寸晶圓的裝置早已經停產,除非裝置製造商願意重新生產製造一批隨時可能被時代淘汰的 8 英寸晶圓製作裝置,並且晶片代工商願意擴大盈利能力不強的 8 英寸晶圓生產線,要不然這就是相互矛盾的死迴圈。

奇怪的屬性導致了 8 英寸晶圓的產能和市場需求成為了反比,我想,如果這種現狀得不到改變的話,即便是沒有經歷波及全球的疫情,晶片危機的爆發也都只是時間問題。那麼,為什麼一個早已經過時的 8 英寸晶圓晶片短缺會給全球汽車產量帶來這麼大的麻煩呢?我想大概很多人都並沒有意識到晶片在汽車這塊 “大鐵疙瘩”上有著多麼舉足輕重的地位。

汽車缺芯,無異於無腦

早在二十多年前,汽車就進入了電控時代,還記得當初我們在學生時代就學過《汽車電控發動機檢測與維修》這門課程。要知道,電能在大多數情況下是不能直接對汽車進行控制的,而是需要通過各種各樣的晶片,對汽車發出指令,然後才會採取相應的動作。

在電控汽車時代,晶片早就成為了汽車的決策大腦以及遍佈全車的神經系統。汽車上最基本的駕駛輔助系統和導航系統就需要 50~150 個晶片和感測器來控制。其中,我們所熟知的 ECU(電子控制單元)和 ESP(車身電子穩定系統),就是用目前最為緊缺的 8 英寸晶圓打造而來的。

ECU 俗稱行車電腦,它就像是汽車的核心大腦,發動機、自動變速箱、ABS 防抱死系統、四驅系統、安全氣囊、電動座椅等各種我們肉眼可見的配置都是由它在幕後操縱。除了 ECU 這位幕後大佬之外,ESP 車身電子穩定系統在汽車上也有著不容忽視的地位。

ESP 在提升車輛操控的同時,還能夠保障車輛的行車安全性,ABS、EBD、TCS、VDC 等各種安全操控方面的系統都是它的直屬小弟。在配置普及方面,就連買發動機送車殼子的全新飛度都全系標配了這玩意兒。

如果我這樣舉例,朋友們還不能明白晶片對於汽車的重要性的話,那我就只能舊話重提了:事實上大眾汽車正是因為 ECU 和 ESP 的短缺才導致停產停工的,而這兩者僅僅是汽車身體裡眾多晶片中的兩種而已。

在傳統燃油汽車的車體內就已經是遍佈了數百顆晶片,而一輛普通的新能源汽車上所搭載的芯片價值是傳統燃油汽車的一倍之多,在如今高速發展的智慧化汽車對晶片的需求量和質量更是高到令人咋舌。

目前,車企們用停產的方式來應對晶片危機,顯然是一個無可奈何的辦法。那麼,晶片短缺的問題到底還將持續多久,需要什麼時候才能解決呢?

晶片危機如何破局?

面對影響全球的市場空缺,目前以臺積電為首的晶片代工巨頭都表示要增加對 8 英寸晶圓的投資,將解決汽車晶片的短缺作為它的 “頭等要務”,有了行業大佬作表率,一些晶片代工商開始想方設法提升 8 英寸晶圓的產量。

業界預測,目前因為晶片短缺而造成的車企大規模減產停產預計會在 3 月份得到緩解,並且在 4 月份之後會逐步恢復正常,但是想要完全滿足當前的市場需求,並生產出汽車行業所需的優質晶片,至少還需要六個月的時間。

在這場波及全球的晶片危機中,晶片代工商們已經在竭盡所能地增加 8 英寸晶圓的產能,而國內一些身在局中的汽車廠商們在應對這次危機中也有著令人欣慰的舉措。

比亞迪作為汽車圈中的全能型選手,早在 2009 年就推出了它的第一代 IGBT 技術,在晶片危機爆發之前,比亞迪就已經佈局了 IGBT 全產業鏈。它掌握的晶片設計、晶圓製造、測試、封裝等核心技術,打破了國際巨頭的技術壟斷,成為了中國唯一一家擁有 IGBT 完整產業鏈的車企。

比亞迪的 IGBT 技術經歷了十數年的發展,目前它的 IGBT4.0 晶片相較於它的友商們損耗降低了 20%,溫度迴圈壽命延長了 10 倍,電流輸出能力提升了 15%。比亞迪旗下的新能源車型之所以能夠有那麼誇張的效能表現以及續航表現,IGBT4.0 晶片居功至偉。

總結

在小雷看來,當下的晶片危機就像是一次蝴蝶效應帶來的連鎖反應,無論是疫情還是行業大佬的誤判,都不能算是導致本次汽車晶片危機的根源,汽車晶片危機的根源在於有著 30 歲 “高齡”的 8 英寸晶圓本身,或者說是汽車底層晶片在時代上的脫節。如今即便是所有晶片代工商全部更換為 8 英寸晶圓生產線來應對危機,那也只是治標不治本的無奈之舉。

近些年來,汽車的高速發展就像是一場由外而內的手術,首先變革的是動力系統、智慧座艙以及自動駕駛這些高大上的 “表層”,最終 ECU、ESP 這些依然使用著老舊晶片技術的底層系統也終將會被新技術所替代,以另一種全新的姿態出現在消費者面前。全產業鏈跟隨時代進步,這才是晶片危機最好的解法。