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谈谈汽车芯片短缺问题

2021-03-16 22:58:59·  来源：汽车ECU开发  作者：eng2mot  
　
当汽车行业稍微从疫情中缓过来之际，汽车行业对芯片的需求也逐步上升，但是由于芯片产能已经被消费电子行业对芯片(用于5G手机和基础设施、新游戏平台和IT设备)的巨大需求已经占领，并且依然呈现紧张趋势，导致汽车行业出现芯片短缺危机。 初步影响 截止2月16
当汽车行业稍微从疫情中缓过来之际，汽车行业对芯片的需求也逐步上升，但是由于芯片产能已经被消费电子行业对芯片(用于5G手机和基础设施、新游戏平台和IT设备)的巨大需求已经占领，并且依然呈现紧张趋势，导致汽车行业出现芯片短缺危机。

初步影响

截止2月16日，IHS Markit预计，受芯片短缺影响，2021年一季度轻型汽车的产量将减少近100万辆。奥迪最近已经让1万名工人休假，大众不得不减少其在沃尔夫斯堡和埃姆登的德国工厂以及在不伦瑞克的零部件工厂的产量，另外福特暂停了路易斯维尔工厂的Escape车型生产，以及德国萨尔路易（Saarlouis）工厂的福克斯生产将暂停一个月。本田、雷诺、丰田、马自达和其他几家OEM厂商最近也发布了类似的公告。中国大陆是最受影响的地区。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都受到了影响，停产时间从5天到14天不等。
由于半导体的生产过程漫长而复杂，新产线的建设是一项资本密集型和耗时的工作，因此无法短时间解决芯片短缺问题，短缺预计要持续到2021年的第三季度，届时半导体代工厂重新分配产能，消费电子产品需求可能有所降温。

短缺背景

在短缺的汽车芯片中，MCU最为明显，因为每辆汽车上都有几十个ECU，不管是发动机ECU、ADAS、安全气囊ECU、ABS的ECU等，都需要使用MCU。就连Bosch、电装等这些可以自己制造部分半导体的顶级Tier1，外部购买的MCU和ICs也供应短缺。

MCU的制程通常都是40nm以下，制程越小复杂度越高，而且需要实现相关工艺需要非常高的支出，因此大部分芯片厂商长期将芯片生产外包给拥有这些先进工艺的代工厂，从而导致MCU的生产商非常单一，目前MCU出货量的70%是有台积电生产的。另外由于台积电产能饱和，并且汽车业务仅占其收入的3%，给汽车芯片更是蒙上了一层阴影。通常芯片的交货期为12~16周，有特定需求的需要26周，甚至38周，目前几乎所有的芯片的交货期都要延长一到两个月。

虽然台积电表示将通过增加投资来支持汽车客户，但是这是长期的，主要是为了与汽车向高性能计算发展的长期确实保持一致，而不是帮助解决当前的瓶颈。
半导体制造很复杂。对于相对汽车芯片而言，从订购到发货，芯片需要花费12到16周的时间，而用于车辆稳定系统的惯性传感器最多需要26周的时间。供应链非常复杂，通常需要通过精心管理订购和保持库存平衡安排来处理其供需上的依存关系，因此按时供应是至关重要。这种平衡很容易受到不寻常的市场动态（例如疫情）的干扰。这场危机凸显了生态系统的脆弱性，尤其是在其他动态因素发挥作用的情况下。虽然说全球有90多家IDM和代工厂为半导体行业提供服务，但是很多是基于180nm甚至更大的制程工艺。制程工艺越小，代工厂的数量呈指数递减，人工智能芯片和GPU需要的10nm以下的制程，当前仅有台积电、三星、英特尔能代工，当前车用MCU的代工生产情况如图1所示。
图1 各类MCU生产商
另外当前全球排名前七的MCU芯片产商占据98%的市场份额，其中仅有依法半导体一家保持较高的垂直整合，其它基本都是外包生产，具体如图2所示。
图2 前7的MCU芯片商的代工情况

为什么MCU缺货这么明显？

大多数车辆和部件的停产都是由于缺乏MCU造成的。一方面如前面所说每辆汽车都有超过20个MCU，例如奥迪Q7有38个，雪佛兰Equinox有27个，通常这些都是由上述提到的7家供应商提供，如图3所示奥迪Q7的MCU供应商情况，
 
图3 奥迪Q7的MCU供应商情况
另外一方面，由于MCU通常具有专有的架构，很难从一个供应商切换至另一家，这不像内存、功率器件、传感器和执行器等通常更具互换性。
最后 ，台积电并不是唯一的瓶颈。许多半导体芯片是在200mm的晶圆上生产的，在1999年就出现，现在非常成熟的180nm制程，至今仍被用于制造许多其他产品中。与预期相反，由于各种消费电子产品仍在采用200mm晶圆，对200mm晶圆的需求实际上有所增加。例如，从2020年开始增长的5G手机包含更多的射频(RF)功率放大器、CMOS图像传感器和电源管理IC。而这些制造200mm晶圆的生产线（包括诸如UMC之类的代工厂）的压力不断增大，以扩大这些制程的产能，尽管这些制程已经成熟，但仍有许多应用。然而，由于不愿投资于成熟的技术，再加上缺乏这种晶圆尺寸的新设备甚至二手设备，导致产能受阻。
参考：整理自IHS Markit的报告，图片来源IHS，侵删。
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