離汽車芯片過剩至少還有18個月，這些車規級芯片還是一塊“肥肉”
就在日前，英飛凌砸50億元擴產12英寸產能的計劃還在讓人感嘆汽車芯片市場“霸氣”依舊，畢竟全球半導體市場低迷已是不爭的事實，但汽車芯片大廠英飛凌仍選擇逆勢擴產，甚至做出了史上最大的單筆投資，這似乎是汽車芯片市場上升勢頭強勁的最大印證。
然而，一周后，國際知名投資機構大摩證券卻示警稱汽車芯片出現供給過剩情況，并指出瑞薩與安森美都已發出砍單令，將削減第4季的芯片測試訂單。在消費電子勢弱的當下，汽車業務一度成為眾多芯片廠商的“救命稻草”，從2020年年初到2022年年末，昔日的無限風光難道要迎來落幕時刻了嗎？
汽車芯片陷“過?！憋L波？
其實此前，臺積電和世界先進就曾季度法說上提出車用及服務器芯片會庫存調整的示警。而大摩證券認為汽車芯片將從短缺轉為供給過剩，主要有兩大原因：一是臺積電第3季車用半導體晶圓產出年增達82%，較疫情前高出140%；二是中國電動車銷量轉弱（占全球電動車五至六成），使得車用半導體目前已足額供給，進而導致汽車芯片大廠紛紛砍單。
大摩半導體產業分析師詹家鴻指出，對比全球車用半導體營收趨勢與汽車產量變化，可以發現近年車用半導體營收年復合成長率（CAGR）高達20%，汽車產量卻只有10%。以此趨勢來看，車用半導體供過于求的狀況早該于2020年底、2021年初就該發生，不過當時受到全球新冠疫情擴散影響，運輸不順甚至斷供，造成車用芯片極度短缺，并持續缺貨。然而，近期隨著運輸影響漸趨緩和，芯片制造廠商產能的增加，加上汽車終端需求的減弱，致使車用芯片足額生產，困擾汽車業界多時的芯片短缺問題正式告終。
從周期上來看，汽車芯片短缺已有3年之余。3年前，由于汽車廠商沒有預測到新能源汽車、智能汽車的快速增長，因而沒有提前下單芯片廠商，加上疫情影響，汽車芯片荒愈發嚴重。3年后，隨著全球疫情趨于緩和，半導體市場也由于高通脹導致需求收縮，再加上過去幾年間投資的芯片廠商新產能逐步釋放，汽車芯片短缺得到緩解似乎是很自然而然的事情，但是眾多汽車廠商似乎并沒有感受到汽車芯片“唾手可得”的快樂。
就在日前，福特首席執行官 Jim Farley 還在直呼：“太痛苦了，我們需要芯片工程師?！睋Ｌ刎撠熑吮硎荆谶^去兩年中，芯片供應受限已使福特汽車損失了 130 萬輛汽車，而同樣的問題導致福特今年損失了 400 萬個員工工作日。
顯然，因為缺芯影響汽車產量的不止福特一家，長安汽車今年前九個月也損失60.6萬輛。汽車行業數據預測公司Auto Forecast Solutions數據顯示，截至10月底，由于芯片短缺，今年全球汽車市場累計減產約390.5萬輛汽車。根據預測，到今年年底，全球汽車市場累計減產量將攀升至427.85萬輛，較此前的預估增加約1.62萬輛。
從因缺芯而減產的汽車數量來看，汽車芯片短缺問題還遠沒有達到告終的地步。而另一邊，據經濟日報報道，不具名的IC設計業者也坦言稱，與之前車用芯片奇缺無比的情況相較，現在確實供需較趨于平衡，供應鏈長短料的情形已有所改善，但還是不到供應過剩的程度。
明明汽車缺芯都已經長達3年，為何短缺問題仍然存在？既然上游芯片砍單風聲已經傳出，那么汽車芯片市場還能撐多久？
車規級芯片沒那么快緩解
汽車芯片之所以至今還在缺芯，主要有兩大原因：一是汽車供應鏈長且復雜。從晶圓廠產出芯片到汽車供應鏈加工，再到像博世這類供應鏈大廠可以產出，至少要三到五個月時間，此后還要經歷組車廠取得車用芯片再組裝成車，這期間，通過物流海運抵達目的地的時間相當長。據經濟日報報道，眾多車廠認為，以目前的供應鏈現況看來，恐怕到明年年中之前，因為芯片荒造成缺車的問題，還無法改善。
二是汽車所需的成熟芯片短缺嚴重。相對于先進芯片，成熟芯片才是影響汽車生產的一大阻礙，比如福特用于擋風玻璃刮水器的MOSFET 芯片，每片成本僅為 0.40 美元，但卻影響了福特公司40,000 輛車的生產。
為了延續摩爾定律，鞏固自身在晶圓代工領域的地位，臺積電、三星等半導體大廠大舉攻向先進制程，但這些舉措對于渴望成熟芯片的汽車廠商來說，更像是斬斷命脈的屠刀。雖然目前在巨大需求的推動下，芯片制造商也已經意識到了成熟芯片的市場前景，并開始擴大投資，但是“遠水救不了近火”，未來的成熟芯片產能又如何填補得了眼前的芯片缺口呢？
S&P Global Mobility Autonomy 和 E/E & Semiconductor 主管 Jeremie Bouchaud就認為，2022-2023 年，芯片制造商對成熟工藝節點產能激增的擴張投資，是無法在未來 18-32 個月之前的任何時間顯示出理想的產能結果，這是平均交貨時間半導體行業新產能的調試。
雖然奔馳、和泰、裕日車等車廠認為車用芯片短缺問題要到明年才會有解，但從Jeremie Bouchaud提出的這個時間點來看，汽車芯片明年得到緩解已經是十分樂觀的預期，博世中國執行副總裁徐大全就表示，缺芯的問題還沒有解決，而且明年的預測也不樂觀，很多芯片供貨商反應明年還不能滿足采購需求，目前汽車芯片供應還有缺口，有些芯片缺口較大。福特Farley甚至認為汽車行業的芯片危機在 2025 年之前都不太可能緩解。
主控和功率芯片價值最高
根據應用環節，車規級芯片可以分為五大類：主控芯片、功率芯片、模擬芯片、傳感器芯片和存儲芯片，其中主控芯片和功率芯片的價值占比最大，兩者合計占汽車半導體成本50%甚至更高。
主控芯片就是汽車電子系統的大腦，負責計算、分析、輸出、控制。當前汽車中最主要使用的控制芯片是單片微型計算機MCU，它是把中央處理器的頻率與規格做適當縮減，并將內存、計數器、USB、A/D轉換、UART、PLC、DMA等周邊接口，甚至LCD驅動電路都整合在單一芯片上，形成芯片級的計算機，每輛車所需的MCU平均在70顆以上。為了應對日趨復雜的執行任務，MCU逐漸從8位發展到16位，再到當下的32位，已廣泛應用于儀表盤控制、車身控制、引擎控制、多媒體系統等。全球汽車MCU的市場幾乎被瑞薩電子、恩智浦和英飛凌壟斷，并且巨頭們還在不斷并購鞏固地位。
盡管寬位不斷提高，但MCU簡單的架構仍然無法支持多任務和復雜數據，這推動了系統級芯片SoC在汽車上的應用。相較于MCU，SoC的架構中還包括了復雜的外設、音頻處理器、圖像處理器和神經網絡處理器等，這類芯片是智能座艙和自動駕駛趨勢下的控制核心。隨著自動駕駛算力需求的指數化提升，SoC的技術難度和價值量也會遠超MCU，將涌現出更多機會。
功率芯片是新能源汽車動力系統的核心部件，目前最常用的是絕緣柵雙極型晶體管IGBT，它是用絕緣柵雙極型晶體芯片與續流二極管芯片通過特殊的工藝封裝成的模塊化半導體芯片，由于制造工藝非常復雜，只有少數大品牌具備制造這種芯片的能力。
IGBT在驅動系統、轉向系統、電池、空調控制等模塊上均有應用，例如充電時，IGBT把220V標準交流電轉換成電池需要的直流電，當在行駛狀態下，IGBT再將電池輸出的直流電轉換成交流電供給交流電機。同時，IGBT還需要實時調控全車電壓。另外，它可以根據油門輸入大小以及車輛的狀態調節整車輸出功率。
當前比亞迪半導體是目前國內唯一一家擁有 IGBT 完整產業鏈的企業，在 1200V 等級的大功率 IGBT 器件領域，完成了設計、流片、封裝的一體化發展，正在沖刺上市。除了比亞迪，士蘭微、華潤微、斯達半導和華微電子等企業也在IGBT設計上不斷地突破，供貨量一直在提升。
除了IGBT，以碳化硅為代表的第三代半導體有望在功率器件上發揮重大作用。第三代半導體材料具有高擊穿電場、高飽和電子漂移速度、高熱導率、高抗輻射能力等特點，相較于傳統硅晶半導體，SiC可以減少50%電能轉換損耗，提升續航、安全性，最終綜合提升整車的性價比。以配備了SiC電控核心的蔚來ET7為例，850的最大扭矩以及480的最大功率，較智己L7和極氪001等傳統硅基IGBT車型有明顯提升。
當前SiC襯底的成本、難度和技術壁壘較高，國內天科合達、天岳先進和泰科天潤等企業是SiC襯底的第一梯隊。天科合達在國內率先研制出6英寸的SiC襯底，于2021年開始建設生產線；天岳先進于2022年開始試生產；泰科天潤具備SiC功率器件的核心工藝和設備能力。
相較于主控芯片和功率芯片，模擬芯片、傳感器芯片和存儲芯片的價值占比、迭代難度、緊迫性較小一些，但需求也很旺盛，國產替代空間也很大。
模擬芯片主要分為信號鏈芯片和電源管理芯片。信號鏈芯片是電子智能化的橋梁，將傳感器探測到的真實世界的物理、化學信號轉化為模擬的電信號，并通過放大、數字信號轉換，用于電子控制單元處理。電源管理芯片具有穩壓、防擊穿、電流保護、恒流驅動等作用。當前模擬芯片在國內的競爭格局較分散，但是總體的梯隊趨勢已經比較明晰，關注現有企業的裝車進程是重點。
傳感器芯片的成長直接受驅于MEMS傳感器和智能傳感器裝車的增量。當前眾多傳感器企業已經開始自己布局傳感器芯片，追求產業鏈融合，可見傳感器芯片本身有一定的價值量，但是單獨做傳感器芯片的節點價值不大。
存儲芯片的發展趨勢就是更大的帶寬與容量，讓汽車能夠存儲更多的信息和數據，并且在存儲和讀取時有更快的速度。當前國內北京君正和兆易創新的存儲芯片產品已經在多家車企批量采用，應重點關注這些成熟企業在帶寬和容量上的突破。
國產電子企業爭上“高地”
2021年全球汽車半導體市場規模達436億美元，預計2026年為676億美元，復合增長率為9%。產品結構上，在2020年半導體產品的市場需求中，控制類芯片占比23%、功率半導體占比22%、傳感器芯片占比13%，存儲芯片占比9%，其他占比33%。
汽車是MCU最大的應用領域，傳統燃油車單車平均需要70個MCU，智能汽車單車平均需要300個MCU，應用領域包括ADAS、車身、底盤及安全、信息娛樂、動力系統等。車載MCU產品主要有8位、16位和32位三類，32位MCU目前是主流，未來隨著汽車對精細化控制需求的增加，其占比還會上升。
全球汽車MCU市場規模將持續增長，競爭格局穩定，以歐美日傳統廠商為主，2021年CR5 約占90%，市場集中度較高。國內車規級MCU廠商處于起步階段，憑借價格和服務優勢，正逐步搶奪低端 MCU 市場。
智能網聯對算力提出更高要求，汽車芯片結構形式由 MCU 進化至 SoC。SoC是系統級別的芯片，相比MCU在架構上增加了音頻處理DSP、圖像處理GPU、神經網絡處理器NPU等計算單元，常用于ADAS、座艙IVI、域控制等功能較復雜的領域。SoC市場上高通和英偉達處于霸主地位，傳統電子巨頭TI、NXP和瑞薩進展緩慢，國內科技企業嶄露頭角，如芯馳、地平線、黑芝麻等。
座艙SoC需求將隨著智能座艙滲透率上升而增加，隨著座艙智能化發展，座艙域控制器進一步集成車載信息娛樂系統、儀表、HUD等其它系統/功能，未來“一芯多屏” 式智能座艙方案將成為主流趨勢。
自動駕駛SoC對安全的要求更高，同時隨著自動駕駛級別的增加，需要算力支持也更高，未來自動駕駛SoC會往集成“CPU+XPU”的異構式（XPU包括GPU/FPGA/ASIC 等）方向發展，長期來看CPU+ASIC方案將是未來的主流架構。
在車載計算由分布式向集中式演進趨勢下，未來車載芯片將向多芯片融合、高計算能力和高安全性方向發展。座艙域SoC和自動駕駛SoC有望融合，同時具備座艙芯片和自動駕駛芯片全棧能力的芯片廠商在未來將更具競爭力。
功率半導體是新能源車使用最多的半導體器件之一。根據使用環境，車規級IGBT功率模塊性能向著高功率密度、低熱阻、高可靠性趨勢發展，半導體材料向第三代SiC和GaN發展。國內車規級IGBT已經突破技術壁壘，部分廠家已實現國產替代，如斯達半導體和比亞迪半導體等。
本土企業加速布局車用封裝
從產業鏈的角度來看，封測廠受到大環境的影響并不小，眾多廠商的庫存修正延續至明年上半年，并下調明年資本支出規劃。然而，即便如此，他們依舊看好車用及工控需求的持續穩健，封測龍頭日月光投控財務長董宏思就預期，今年日月光投控在車用業績可望成長超過50%，明年第1季車用和網通應用持續強勁。
就在11月，日月光斥資3億美元在馬來西亞建設新廠，預計于2025年完工。日月光方面強調，馬來西亞增建新廠主要迎合在 5G、人工智能、高效能運算以及車用電子發展的需求。除此之外，日月光旗下的環旭電子也在積極擴大車用電子業務，目標是到2024年，汽車電子相關年營收挑戰突破10億美元。而旗下日月光半導體則布局chiplet先進封裝，鎖定人工智能和車用。
另一家封測大廠京元電子也對汽車市場的前景表示了肯定，其法人認為，目前消費性電子需求依然看不到回升跡象，而網通需求也自第三季開始放緩，僅車用大致維持穩定。受到整體市場影響，京元電子預期第四季業績將下滑個位數百分比，但其也預計全年營收估年增高個位數百分比(7~9%)，將續創新高。
中國大陸作為另一大封測戰場，廠商們對于車用封裝的布局也在加速中。比如，通富微電最新消息透露，其在車用無人駕駛芯片已與國際大廠合作，5納米芯片封裝產品已完成研發逐步量產。通富微電在汽車電子領域布局20年，今年上半年還獲得了與英飛凌、恩智浦、意法半導體、博世、比亞迪、士蘭微、合肥杰發等汽車電子企業的合作機會。
長電科技作為大陸封測龍頭廠商，在11月17日業績說明會上表示，已持續加大在5G通信、高性能運算、汽車電子和高性能存儲領域的產能擴張，尤其在汽車電子行業補足產能短板和在chiplet技術領域。早前，長電科技就規劃下半年加速產品結構從消費類向汽車電子，工業控制類應用結構優化的戰略布局，2022年在測試領域的資本開支較去年顯著提升，還將引入更多的5G射頻，汽車芯片，高性能計算芯片的測試業務。
在車載電子領域，長電科技設立專門的汽車電子事業部，今年上半年旗下星科金朋韓國廠獲得了多款歐美韓車載大客戶的汽車產品模組開發項目，中國大陸的廠區已完成IGBT封裝業務布局，同時具備SiC和GaN芯片封裝和測試能力，已在車用充電樁出貨第三代半導體封測產品。下半年，長電科技宣布完成向全資子公司長電科技管理有限公司的10億元增資，旨在推動高端封裝和車載芯片開發及驗證。
此外，華天科技的汽車電子封裝產品也已量產，華天科技最新財報指出，消費類電子產品的需求有所減弱，封測訂單及產能利用率有所下滑，業績短期承壓，但先進封裝和汽車電子將提供長期成長動力。據了解，華天科技封裝的汽車電子產品主要涉及電源管理、MCU、MEMS、CIS、SOC 等。
寫在最后
雖然目前計算機與通信仍是集成電路市場的主要拉動力，汽車應用占比相對偏低，但是放眼未來，前景無疑是巨大的，IDC報告顯示中國新能源汽車市場規模將在2026年達到1598萬輛的水平，年復合增長率35.1%。芯片廠商們之所以轉向汽車半導體，很大部分原因就是超前部署以應對景氣未來。至于以后可能會面對的供給過剩問題，整個半導體產業都有著周期特性，只要實力過硬，何懼未知未來？
