[原创] 缺芯，车厂求变
2022-02-19
14:00:03
来源: 半导体行业观察
汽车缺芯的事情没想到如此严重，2022 年，芯片短缺仍在影响汽车行业，而且这不是短期能解决的问题，大大小小的汽车制造商仍然受到严重缺乏半导体的影响。福特去年减少了约 125万辆的销量。大众汽车比计划产量少了115万辆，通用和丰田少了110万辆，而 Stellantis少了约100万辆。而汽车厂为了避免这种缺芯的被动局面，做出了不少史无前例的应对之策。
由于长期的全球芯片短缺继续影响汽车生产，现代汽车正在考虑采购家用电器 IC 控制器。家用电器 IC 控制器比汽车芯片制造商提供的更普遍。消息人士称，现代希望更换的芯片用于辅助功能而非主系统，这意味着更换是可能的。
汽车中使用的大多数芯片都暴露在极端温度下，并受到很大的外部冲击，因此与消费电子和电器中使用的芯片相比，它们需要遵循更高的可靠性和安全标准，例如 ISO 发布的标准。但是，用于前照灯和尾灯的芯片不需要遵循更高的标准，因为它们不影响汽车的主要功能。消息人士称，这家韩国汽车巨头正在进行测试，看看这些控制器是否可以替代其目前使用的控制器，并从汽车芯片制造商处采购。
同样的，日产也在考虑为目前定制的芯片使用替代芯片。
而在此之前，多家汽车厂因为缺芯，不得不放弃了一些汽车上的功能：
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2021年10月下旬，宝马宣布将在多款车型的中央信息显示屏上移除触摸屏功能，任何无法获得触摸屏的人都将获得 500 美元的信用额度，但也是影响了订购车辆的人群；
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2021年夏天，通用汽车表示将取消其音频系统中的高清收音机选项，因为它无法获得提供此功能所需的依赖于芯片的硬件，通用汽车将为受影响卡车的买家提供 50 美元的信用额度；
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2021年中旬，通用汽车的一些车型已经不提供无线充电技术。任何购买其中一辆没有无线充电板的车辆的用户都将获得75美元的信用额度。2021年11月15日，通用又宣布，大多数通用 SUV 和皮卡将失去加热和通风的座椅，这种变化将持续到整个2022年的车型，加热方向盘也将在11月下旬开始淘汰，客户将获得150至500美元的信用额度；
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据FleetNews 在去年10月份报道称，梅赛德斯-奔驰在不得不取消各种车型的一些功能。包括无线智能手机充电板、免提后部访问系统、一些 LED 大灯和一些音频系统。
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4 月，保时捷告诉其美国经销商，Macan SUV的流行选择，即18向可调座椅，将在几个月内无法提供，因为汽车制造商无法获得芯片。
可以说，缺芯使得汽车厂深受其害。在这样的背景下，我们也看到了汽车厂商所做的努力。
过去18个月证明了传统汽车供应链存在漏洞，全球最大的Tier 1厂商博世认为，汽车行业的半导体供应链不再适用。所以，现在汽车制造商开始转而思考半导体供应的新思路，他们开始绕过Tier 1，直接去找芯片设计厂商。
在这样的背景下，不少车厂与上游SiC企业达成了多年的供应协议。其中包括：Wolfspeed已经与通用达成了SiC供应协议；ST是雷诺-日产-三菱选择的SiC技术合作伙伴，2021年6月，雷诺集团和意法半导体又宣布，双方达成了战略合作，意法半导体将确保在2026-2030年满足雷诺的宽禁带（第三代半导体）器件产量需求；2021年3月25日，德国纬湃将为现代提供800V碳化硅逆变；2021年8月，罗姆已与中国汽车大型企业吉利汽车在节能性高的新一代半导体领域展开技术合作。
更深入的一点，汽车厂商开始参与到芯片设计的研发流程中，如北汽与imagination甚至成立了芯片公司；多家车企也与黑芝麻、地平线这样的自动驾驶AI芯片厂商建立了合作关系。
关于整车厂，还有一个趋势就是，他们自己已经打入半导体供应链。这其中代表的当属特斯拉、比亚迪、中车时代。这种将芯片设计引入内部的模式，或者俗称的“OEM-Foundry-Direct”模式，并非汽车行业独有，随着半导体市场正在发生一些变化，它在科技公司中得到加强。台积电和三星等半导体芯片代工厂提供了使用尖端制造工艺的途径，而其他半导体供应商也提供了先进的知识产权，使定制芯片设计相对容易。
特斯拉从2016年起就开始组建由传奇芯片设计师 Jim Keller 领导的芯片架构师团队，以开发自动驾驶芯片。2019年特斯拉终于推出了该芯片，作为其硬件 3.0 (HW 3.0) 自动驾驶计算机的一部分。看起来，HW 4.0 的下一代芯片仍将由三星以 5nm 制造，尽管之前声称它将由台积电以 7nm 制造。
比亚迪的车规级IGBT已大规模量产和整车应用，而且正在计划自建车规级SiC产线。
中车时代已经建立了中国首条8英寸车规级IGBT芯片生产线。东风汽车与中车共同成立的智新半导体在今年7月7日正式量产下线首款车规级IGBT模块产品，未来将逐步供给东风汽车。
2018年，北汽新能源就开始了对SiC控制器的开发，北汽新能源也是国内最早整车搭载SiC材料控制器并进行量产的企业之一。2019年初开发出了第一台完全自主开发的SiC电机控制器样机。电机控制器是控制新能源汽车核心动力的大脑。目前北汽新能源已成为国内少数全面掌握纯电动汽车三电核心技术、集成匹配控制技术的国内新能源汽车企业。
更多的车企在背后造芯，蔚来、小鹏等等基本你叫得上的名字都在造芯了。还有小米和苹果等造车和造芯的新加入者。
第三代半导体如SiC等对汽车的重要性不言而喻。随着SiC产品良率的不断提升以及供应链的完善也显著地降低了SiC的成本，而且，随着新能源车销量的快速提升，SiC在电驱动、OBC和充电桩等部件中的应用也将为SiC打开更加广阔的市场。国内SiC企业这几年大力发展，逐步取得了汽车厂的认可，我们看到，越来越多的汽车厂正在用真金白银重视起SiC等的第三代半导体企业。
2022年2月16日，瞻芯电子宣布完成由小鹏汽车独家投资的战略融资。瞻芯电子致力于开发碳化硅功率器件、驱动和控制芯片、碳化硅功率模块产品。目前已掌握6英寸SiC MOSFET和SBD工艺，以及SiC MOSFET驱动芯片。而在此前，北汽投资的北京安鹏行远新能源产业投资中心（有限合伙）也投资了瞻芯电子。此举也表明瞻芯电子完全自主研发的SiC MOSFET、SBD，以及驱动和控制芯片产品和技术，获得了主流新能源汽车企业的高度认可。
2021年12月29日，长城汽车作为领投方入股SiC衬底企业河北同光股份。此次长城汽车投资同光股份，将加强长城汽车对碳化硅产业上下游、器件应用的布局。按照长城汽车的2025战略，到2025年，要实现全球年销量400万辆，其中80%为新能源汽车，未来五年，累计研发投入达到1000亿元。而大算力芯片和碳化硅等第三代半导体关键核心技术领域正是长城汽车2025战略中重点发展方向之一。目前由长城汽车全新孵化的独立运营品牌沙龙汽车发布的首款高端车型机甲龙已应用了碳化硅产品，后续的系列车型也将规模化的应用碳化硅产品。
这样的案例不胜枚举。上汽投资了SiC功率器件生产制造商积塔半导体；吉利与芯聚能半导体、芯合科技等，合资成立了SiC芯片代工公司广东芯粤能半导体有限公司；日本电装（DENSO）和丰田合资成立MIRISE公司，其中一个研究领域就是SiC和Ga基功率半导体；比亚迪也在自研功率半导体和IC方面下了不少功夫和财力，比亚迪打算进行SiC功率半导体晶圆制造产线建设。
尽管芯片制造商已承诺在未来几年扩大数十亿美元的产能，但新产能的上线还需要一些时间。一个半导体制造厂，或晶圆厂/代工厂，耗资100亿至200亿美元，需要3至5年才能建成。而汽车厂也开始越来越多地推动与全球代工厂合作以确保芯片供应。
福特汽车和GlobalFoundries于11月18日签署了一项不具约束力的协议，该协议可能涉及增加福特当前产品线的生产能力，并就可能对未来汽车至关重要的几类芯片进行联合研发，福特概述了将与 GlobalFoundries 联合研究的三类芯片：自动驾驶芯片、车载数据网络芯片和电池管理芯片。不过两家公司没有透露交易的任何条款，也没有说明福特是否提供资金或其他承诺来为格罗方德当前或未来的任何工厂储备产能。两人只表示，“战略合作”不涉及公司之间的任何交叉所有权。
福特总裁兼首席执行官im Farley表示：“我们必须创造与供应商合作的新方式，让福特和美国在交付客户未来最看重的技术和功能方面拥有更大的独立性。”“这项协议只是一个开始，也是我们垂直整合关键技术和能力计划的关键部分，这将使福特在遥远的未来脱颖而出。”
汽车制造商也可能更倾向于建立自己的芯片工厂，就像丰田汽车在1989年开始在广濑工厂生产芯片时所做的那样。为了自主可控，特斯拉甚至有意要收购晶圆厂，2021年5月份，据特斯拉供应链咨询公司Seraph Consulting 称，特斯拉也在考虑收购一家代工厂。台湾的业内人士声称，台湾芯片制造商Macronix International Co.可能会向特斯拉出售一家这样的代工厂。
芯片短缺的趋势正在缓和，2022年1月，工信部汽车工业发展情况新闻发布会上，工业和信息化部装备工业一司司长王卫明表示，“当前，全球主要芯片企业已经在逐渐加大汽车芯片生产供应，新建产能也将于今年下半年陆续释放，预计2022年汽车芯片供应短缺情况将会逐渐缓解。”
通过此次芯片的短缺，使得汽车厂开始审视供应链的问题，认识到需要平衡准确性和敏捷性的新规划范式，并做出了长久的应对之策。在大多数情况下，芯片制造商传统上是汽车制造商的3级或4级供应商，这意味着他们通常需要一段时间才能适应影响汽车市场需求的变化。供应链缺乏可见性使汽车原始设备制造商希望更好地控制其半导体供应。
根据 Gartner的数据，到2025年，芯片短缺以及电气化和自动驾驶等趋势将推动前10大汽车原始设备制造商 (OEM) 中的50%设计自己的芯片。因此，这将使他们能够控制自己的芯片。Gartner还预计，从芯片短缺中吸取的教训将进一步推动汽车制造商成为科技公司。
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