汽車半導(dǎo)體芯片在未來(lái)1-2年還會(huì)短缺？
羅蘭貝格最近寫的這篇文章《Steering through the semiconductor crisis A sustained structural disruption requires strategic responses by the automotive industry》，確實(shí)挺有意思的，和我們當(dāng)前看到的情況有點(diǎn)相似，羅蘭貝格的觀點(diǎn)主要有——
1）預(yù)計(jì)全球半導(dǎo)體短缺狀況將持續(xù)到2022年以后，汽車行業(yè)和許多其他行業(yè)將持續(xù)數(shù)年……2019年的汽車銷量下跌使得芯片供給充分，2020年上半年劇烈收縮和后期報(bào)復(fù)性消費(fèi)使得整體的芯片庫(kù)存被清空掉，然后2021年這個(gè)狀況將持續(xù)1-2年；
2）從2020年到2022年，芯片需求是按照每年17%的速度增長(zhǎng)（這里主要從2020年Q4開始的），而芯片供應(yīng)量每年增長(zhǎng)只有6%；
3）汽車芯片最大的短缺出現(xiàn)在老一代芯片上（分布式架構(gòu)下ECU里面的MCU、電源芯片），傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車所依賴的傳統(tǒng)半導(dǎo)體。然而目前新增的產(chǎn)能，主要是面向新一代集中式架構(gòu)（Domain甚至是Zone架構(gòu)）中建立起來(lái)的，因此從實(shí)際來(lái)看，新增的投資將不會(huì)帶來(lái)什么緩解。
圖1 芯片供應(yīng)情況（需求和供給的匹配）
Part 1：芯片的錯(cuò)配
從技術(shù)來(lái)看，當(dāng)前大部分整車企業(yè)的分布式汽車架構(gòu)依賴于ECU技術(shù)，這套系統(tǒng)由許許多多的微控制器(MCU)所構(gòu)成，每個(gè)MCU都只有有限的計(jì)算能力，也就是說(shuō)汽車行業(yè)大概占了MCU的40%左右的需求。也就是說(shuō)，這幾年汽車行業(yè)增加的MCU需求，和其他行業(yè)的需求并不同步，芯片制造企業(yè)并沒(méi)有動(dòng)力去擴(kuò)充這些舊工藝的產(chǎn)能。
根據(jù)羅蘭貝格的調(diào)研來(lái)看，目前在消費(fèi)電子設(shè)備領(lǐng)域，也需要越來(lái)越多的采用較老技術(shù)（40-90 nm工藝）的芯片，當(dāng)然這些產(chǎn)能并不是用來(lái)制造MCU的，而是為了3D音頻、快充和5G等，需要電源芯片、射頻和音頻半導(dǎo)體。也就是說(shuō)，在搶產(chǎn)能的過(guò)程中，消費(fèi)電子廠家付錢爽快、壓價(jià)低（具有更高的購(gòu)買力和議價(jià)能力），會(huì)進(jìn)一步放大汽車和工業(yè)芯片的短缺。
圖2 對(duì)比不同產(chǎn)品的半導(dǎo)體制程工藝
展望未來(lái)，汽車芯片企業(yè)還發(fā)現(xiàn)一個(gè)最為實(shí)際的問(wèn)題：汽車行業(yè)正在發(fā)生面向智能汽車的轉(zhuǎn)變，新的電子架構(gòu)過(guò)渡，如Domain和Zone架構(gòu)，對(duì)芯片的新增需求主要是高算力的異構(gòu)計(jì)算平臺(tái)取代原有的ECU。汽車芯片廠家，會(huì)非常敏銳的關(guān)注這種轉(zhuǎn)移和變化，圍繞自動(dòng)輔助駕駛技術(shù)，信息娛樂(lè)系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)管理，OEM會(huì)直接找芯片供應(yīng)商去談未來(lái)的合作，自然搞得清楚哪些是暫時(shí)的需求，哪些是長(zhǎng)期的需求。
這種內(nèi)卷，最主要是新造車企業(yè)，從開始就與分布式架構(gòu)的設(shè)計(jì)理念保持了一定的距離，所以可以快速往集中式架構(gòu)遷移（最主要是組織形態(tài)問(wèn)題），由于在分布式架構(gòu)的坑里時(shí)間比較短，所以相對(duì)受芯片供應(yīng)影響較小，這也使得傳統(tǒng)OEM額外的動(dòng)力向集中式架構(gòu)的過(guò)渡。
備注：目前來(lái)看，2022年Q3左右三電跨域架構(gòu)就將出現(xiàn)，2023年年底到2024年初第一代具備中央計(jì)算平臺(tái)的架構(gòu)就能SOP，真的很卷。
圖3 不同的電子電氣架構(gòu)
當(dāng)所有人開始從“just-in-time”切換到“just-in-case”方法去買芯片的時(shí)候，客觀上造成了訂單的擁擠，也讓訂單的市場(chǎng)化調(diào)節(jié)機(jī)制失效了，這必然會(huì)造成潛在需求巨幅波動(dòng)和將來(lái)的需求低迷。
我覺(jué)得這個(gè)邏輯是這樣的——
整個(gè)芯片產(chǎn)業(yè)，由于消費(fèi)電子和IT技術(shù)的不斷進(jìn)步，使得芯片制造的產(chǎn)能的投資通常重點(diǎn)拓展前沿制造能力，從臺(tái)積電和三星這樣的巨頭來(lái)看（還有身后的“弟弟們”），投資先進(jìn)半導(dǎo)體工藝產(chǎn)能可以最大限度的延長(zhǎng)資產(chǎn)的使用壽命，保護(hù)數(shù)十億美元的投資和優(yōu)化降低長(zhǎng)期制造成本。2020-2022年先進(jìn)制造工藝的年復(fù)合增長(zhǎng)為26%，而汽車電子需要的工藝產(chǎn)能每年只有2%左右，這客觀上也在打汽車行業(yè)的臉，自己的進(jìn)步緩慢，不受芯片行業(yè)待見。
圖4 芯片整體的工藝變化
還有各種奇怪的事情，讓半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的中斷可能變得更頻繁，比如各種各樣的氣候變化——半導(dǎo)體制造中心東南亞的熱帶風(fēng)暴、臺(tái)灣地區(qū)嚴(yán)重干旱對(duì)用水密集型半成品的影響，以及疫情的因素，還有政治不確定性上升等因素越來(lái)越大的影響導(dǎo)體制造環(huán)節(jié)。
圖5 這個(gè)世界并不是風(fēng)調(diào)雨順的
Part 2：中國(guó)的汽車芯片替代
和全球的汽車產(chǎn)業(yè)問(wèn)題相似，目前中國(guó)也涌現(xiàn)出很多很多“芯片汽車”，可以用千帆競(jìng)渡來(lái)形容。很多公司的模式，都是從單品類開始拓展，而且圍繞汽車芯片的可靠性和穩(wěn)定性要求，很多都是依靠40nm以上的工藝來(lái)做的，然而這些汽車芯片的產(chǎn)能是有限的。甚至更為殘酷的是，中國(guó)的新造車企業(yè)和合資企業(yè)更為內(nèi)卷，除了少數(shù)底盤、安全氣囊的MCU與安全件，好多的功能正在被快速集成，我們可以算一算？
1）哪些ECU是短期內(nèi)不可替代的？它們的數(shù)量有多少，可替代的空間有多少？
2）通往Zonal 架構(gòu)的OEM動(dòng)作有多快，幅度有多深，隨著一兩家快速跑起來(lái)，后面的能有多快？
圖6 小鵬的G9后續(xù)的EEA3.0 2022年Q3就開始交付了
圖7 傳統(tǒng)汽車企業(yè)EEA架構(gòu)也很快
小結(jié)：
所以說(shuō)到底，這一把所有的汽車企業(yè)都在憋著做智能汽車，憋著用新架構(gòu)做新產(chǎn)品出來(lái)，反正再怎么跑量，芯片的供應(yīng)還是存在缺口的。
圖｜網(wǎng)絡(luò)及相關(guān)截圖
作者簡(jiǎn)介：朱玉龍，資深電動(dòng)汽車三電系統(tǒng)和汽車電子工程師，著有《汽車電子硬件設(shè)計(jì)》。