汽車生產(chǎn)已經(jīng)受到了重大影響，不過目前形勢仍然不穩(wěn)定，我們的汽車生產(chǎn)團隊正在持續(xù)跟蹤對汽車生產(chǎn)的影響。截至1月29日，受供應(yīng)中斷影響，我們預(yù)計2021年第一季度輕型汽車產(chǎn)量將減少67.2萬輛（見下圖）。奧迪最近已有1萬名員工休假，并宣布芯片短缺將對其Q5等高端車型帶來影響。與此同時，“由于微芯片短缺”，大眾汽車不得不削減其德國沃爾夫斯堡和埃姆登工廠以及布倫瑞克零部件工廠的產(chǎn)量。福特表示，除了路易斯維爾工廠停產(chǎn)Escape車型外，該公司還將從1月19日至2月19日暫停德國薩爾路易斯工廠生產(chǎn)Focus。福特在芝加哥、迪爾伯恩卡車、堪薩斯城和奧克維爾工廠也受到了影響。本田、雷諾、豐田、馬自達和其他多家汽車制造商最近也發(fā)布了類似的公告。

中國大陸將遭遇最大的生產(chǎn)中斷，根據(jù)現(xiàn)有信息，第一季度損失的產(chǎn)量可能接近25萬輛。一汽大眾、上汽大眾、上汽通用和東風(fēng)本田等汽車制造商的制造工廠均受到了影響，停產(chǎn)時間從5天至14天不等。

這場危機凸顯了汽車制造商、一級供應(yīng)商、半導(dǎo)體供應(yīng)商及其晶圓代工廠之間調(diào)整產(chǎn)能和采購模式的必要性。從短期來看，只有全行業(yè)合作才能減少這種影響。

芯片短缺的背景

1. 聚焦微控制器：通常用于具有處理要求的嵌入式應(yīng)用程序以及管理與數(shù)字、機電或模擬組件交互的單片微控制器尤其短缺，并且它是所有電子控制單元（ECU）都必須的組件。MCU應(yīng)用包括動力系統(tǒng)（發(fā)動機ECU、傳動系統(tǒng)ECU）、底盤（安全氣囊ECU、防抱死制動系統(tǒng)[ABS]/電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)[ESC] ECU）、車身（車門ECU、車身控制模塊）和高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）（如停車ECU）在內(nèi)的所有領(lǐng)域。這些零部件短缺預(yù)計將以類似的方式廣泛影響一級供應(yīng)商。博世、大陸和電裝在所有車輛領(lǐng)域生產(chǎn)至少30種或以上不同的ECU。博世和電裝這兩家供應(yīng)商都可以內(nèi)部制造傳感器和半導(dǎo)體，兩家公司已經(jīng)證實，外部采購的MCU和模擬集成電路（IC）正處于供應(yīng)短缺狀態(tài)。

MCU是采用通常低于40納米的先進工藝節(jié)點（半導(dǎo)體制造工藝）制造，隨著IC日益小型化，工藝節(jié)點成為了一個表示復(fù)雜程度的指標。由于與這些工藝相關(guān)的資本支出非常高，只有極少數(shù)芯片制造廠（也稱為晶圓廠）擁有這些工藝。集成設(shè)備制造商（IDM）等大多數(shù)設(shè)備制造商一直采用一個長期戰(zhàn)略，即將芯片生產(chǎn)外包給擁有這些先進工藝節(jié)點的代工廠（如臺積電）。對于MCU而言，臺積電是一個非常集中的供應(yīng)來源，其制造的產(chǎn)品占當前所有汽車MCU出貨量的約70%。

2. 臺積電的瓶頸：這家臺灣制造商去年宣布全面限制產(chǎn)能；有跡象表明，這場芯片荒危機的起源可以追溯至2020年（某種程度上甚至是在2020年之前）。汽車芯片業(yè)務(wù)僅占臺積電總收入的3%。雖然臺積電表示，將增加投資支持其汽車客戶，但這是一個長期的行動，主要是為了迎合汽車行業(yè)向高性能計算發(fā)展的長期趨勢，而不是為了幫助解決當前的供應(yīng)瓶頸。

3. 交貨期影響：交貨期受到很大影響——原本需要12-16周時間內(nèi)部生產(chǎn)的MCU如今交貨期需要26周，對于需求較大的組件，交貨期甚至長達38周。也就是說，目前幾乎所有芯片的交貨期都要增加一至兩個月。去年11月，一些汽車芯片供應(yīng)商告訴埃信華邁，臺積電在2021年第三季度之前將不再接受新訂單。

一個籃子里放了太多雞蛋

半導(dǎo)體制造很復(fù)雜。對于MCU等相對復(fù)雜的器件，芯片從訂購到發(fā)貨需要12-16周，而用于車輛穩(wěn)定系統(tǒng)的慣性傳感器則需要26周。供應(yīng)鏈很復(fù)雜，通過精心管理訂貨安排和維持庫存平衡來處理其依賴關(guān)系對于準時供應(yīng)是至關(guān)重要的。這種庫存平衡很容易受到新冠肺炎疫情大流行等不尋常市場因素的干擾。這場危機凸顯了整個生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性，尤其是在其他因素發(fā)揮作用的情況下。

半導(dǎo)體行業(yè)有90多家IDM和代工廠（合同制造商）。其中許多是采用180納米或以上的舊工藝節(jié)點（如傳感器）的200毫米晶圓產(chǎn)品，并逐步向56納米的特征尺寸發(fā)展。為了提高制造效率，較新的性能技術(shù)——特別是高性能微處理器——都集中在采用40納米以下先進工藝節(jié)點的200毫米和300毫米晶圓產(chǎn)品上。

注：*工藝節(jié)點：行業(yè)用最小特征尺寸來描述每一代半導(dǎo)體制造過程的技術(shù)/工藝節(jié)點。

生產(chǎn)較小尺寸工藝節(jié)點產(chǎn)品的IDM數(shù)量呈指數(shù)遞減；而對于用在人工智能（AI）芯片和強大圖形處理器（GPU）上的亞10納米先進工藝節(jié)點，汽車IDM目前只能依賴于臺積電、三星和英特爾。雖然AI和GPU對普通汽車的影響較小——因為它們主要用于搭載更高自動駕駛水平和/或高級信息娛樂系統(tǒng)的高端汽車——但這種高度集中制造對所有ECU中使用的MCU的影響更為顯著。大約70%的車用MCU生產(chǎn)都依賴于臺積電，這給整個行業(yè)造成了生產(chǎn)瓶頸。

由于前視攝像頭中使用的CMOS圖像傳感器（CIS）十分依賴于第二大供應(yīng)商臺灣豪威科技，因此其供應(yīng)將會面臨中斷。內(nèi)存方面，由于鎂光科技和三星都有自己的晶圓廠，因此較少受到臺積電的影響。對臺積電的依賴是隨著時間的推移而建立起來的，因為一些IDM奉行“輕晶圓廠”戰(zhàn)略，降低其供應(yīng)鏈的垂直整合水平以減少對新一代工藝節(jié)點的資本支出，并且往往缺乏規(guī)模效應(yīng)。前七大MCU供應(yīng)商約占需求的98%，只有少數(shù)保持了較高水平的垂直整合，意法半導(dǎo)體就是其中的一個典型代表。

為何歸咎于MCU？

大多數(shù)車輛和零部件停產(chǎn)都是由于MCU短缺。首先，由于汽車ECU的增長，MCU在現(xiàn)今汽車中已無處不在。每輛車平均搭載超過20個MCU。例如，雪佛蘭Equinox有27個，奧迪Q7則多達38個。市場上多家MCU供應(yīng)商通常通過“直接采購計劃”指定，由汽車制造商指定一級供應(yīng)商采用哪家二級供應(yīng)商的產(chǎn)品。每款車都依賴多家MCU供應(yīng)商。例如，2018款本田Accord有多達8家不同的供應(yīng)商。不過三級供應(yīng)商方面幾乎沒有其他選擇，如上文所述，市場上十分之七的MCU來自于同一家代工廠。

此外，MCU（以及系統(tǒng)芯片和ASIC）無法輕易將另一家供應(yīng)商作為第二渠道采購。MCU具有專屬架構(gòu)，因此很難從一家供應(yīng)商更換到另一家供應(yīng)商。內(nèi)存IC、分立和功率器件、標準模擬IC、傳感器、執(zhí)行器和邏輯IC等部件則通常更具互換性。因此，如果MCU供應(yīng)受限，那么供應(yīng)商必須增加產(chǎn)能，但現(xiàn)在幾乎所有壓力都在臺積電這里。這就解釋了為什么汽車制造商和一級供應(yīng)商都受到了類似的影響。不管他們有多少采購源，但就MCU產(chǎn)能來講，目前整個汽車行業(yè)都在努力應(yīng)對“一個籃子里放了太多雞蛋”的局面。

奧迪Q7、雪佛蘭Equinox和本田Accord等車型的MCU采購顯示出廣泛依賴于不同的MCU供應(yīng)商，甚至是不同領(lǐng)域內(nèi)的供應(yīng)商。其中一些車型受到了目前芯片短缺的影響。

技術(shù)陳舊加劇了這一問題

臺積電的產(chǎn)能并不是唯一瓶頸。許多半導(dǎo)體芯片都是在200毫米的晶圓上生產(chǎn)的，并且技術(shù)已經(jīng)非常成熟——1999年問世的180納米晶圓節(jié)點，至今仍被用于制造移動電話等許多其他產(chǎn)品的零部件。與預(yù)期相反的是，由于各種消費電子產(chǎn)品仍在采用200毫米晶圓，導(dǎo)致對200毫米晶圓的需求實際上有所增加。例如，產(chǎn)量從2020年開始提升的5G手機包含數(shù)量更多的射頻（RF）功率放大器、CMOS圖像傳感器和電源管理IC。

幾年來，生產(chǎn)200毫米晶圓的生產(chǎn)線（包括聯(lián)華電子等代工公司）所面臨的擴大節(jié)點產(chǎn)能的壓力不斷增大，盡管這些節(jié)點技術(shù)已經(jīng)成熟，但市場上仍有很多應(yīng)用。然而，由于不愿投資于成熟技術(shù)，加上缺乏生產(chǎn)這一晶圓尺寸的新設(shè)備甚至是二手設(shè)備，產(chǎn)能提升受到了很大的阻礙。隨著IDM將這些產(chǎn)品越來越多地外包給200毫米晶圓廠，比如擁有7座200毫米晶圓廠的臺灣聯(lián)華電子，這也導(dǎo)致了該晶圓尺寸的產(chǎn)能限制越來越大，因為大部分產(chǎn)能只分配給了少數(shù)供應(yīng)商。

在過去幾年里，隨著晶圓廠升級到300毫米生產(chǎn)線，工廠升級生產(chǎn)設(shè)備后淘汰的廉價二手200毫米晶圓生產(chǎn)設(shè)備令市場充滿了活力。然而，這些200毫米晶圓生產(chǎn)設(shè)備數(shù)量不足，導(dǎo)致企業(yè)被迫升級至300毫米生產(chǎn)線，而不是更多地依賴外部代工廠。汽車行業(yè)面臨的芯片短缺問題，暴露了近年來一些IDM為控制資本支出而采取的激進且缺乏多樣化的“輕晶圓廠”戰(zhàn)略的局限性。

總之，這并不是一起分配事件——希望不會如此——并將繼續(xù)是一起供應(yīng)受限事件。新供應(yīng)能力上線的機會較為有限。考慮到MCU的交貨期長達26周或更久，這種情況可能會延續(xù)到今年第三季度。車用電子設(shè)備供應(yīng)鏈非常重視這一問題，并試圖讓所有汽車制造商保持在較低的運行水平。汽車制造商兩倍或三倍訂購的情況非常有限，這意味著供應(yīng)鏈對需求數(shù)據(jù)比較有信心。不過，這并未改變汽車需求超過MCU供應(yīng)這一根本性問題。

IDM內(nèi)部可以承擔部分生產(chǎn)嗎？

IDM不太可能在短期內(nèi)宣布建造新生產(chǎn)線的計劃。不過，那些尚未將100%生產(chǎn)外包給代工廠并且保留部分有限內(nèi)部產(chǎn)能的企業(yè)可以擴大現(xiàn)有的生產(chǎn)線。這可能需要6至9個月的時間。因此，如果供應(yīng)商能夠在2020年底開始供應(yīng)，這些措施在2021年第三季度之前不會產(chǎn)生任何有意義的影響。

在重啟生產(chǎn)線或增加新產(chǎn)能方面存在諸多障礙，并且在汽車制造方面需要對任何新工藝進行長時間的認證（盡管加快認證過程是有可能的）。首先，半導(dǎo)體供應(yīng)商外包代工業(yè)務(wù)的理由不無道理；其次，為了解決短期危機而恢復(fù)內(nèi)部產(chǎn)能，最終只會導(dǎo)致產(chǎn)能過剩，這幾乎沒有什么吸引力。

新工廠？

任何新的晶圓廠都需要數(shù)年的時間才能建成和運行。今年1月，臺積電為應(yīng)對危機，承諾投資280億美元緩解產(chǎn)能問題，包括在北美新建一家工廠。不過，這家新工廠預(yù)計在2024年之前不會投入使用。另外，大部分投資將再次集中在先進工藝節(jié)點上，這在一定程度上反映出英特爾未來將部分芯片生產(chǎn)外包給臺積電的預(yù)期意圖。

政治壓力能否幫助減輕汽車行業(yè)的供應(yīng)受限問題？

1月24日，德、美、日等國政府呼吁臺積電解決汽車芯片短缺問題。我們認為，這一舉措的影響將十分有限，因為代工廠商的生產(chǎn)重心必然放在需求最大的產(chǎn)品上，而汽車行業(yè)目前并不是最大的需求驅(qū)動因素。西方國家政府已經(jīng)認識到，減少本國工業(yè)對亞洲半導(dǎo)體供應(yīng)商依賴的重要性，并正在制定相關(guān)計劃，希望在中期能夠解決這一風(fēng)險。例如，德國聯(lián)邦經(jīng)濟事務(wù)和能源部（BMWi）在去年10月宣布，計劃自2019年起投資5.22億歐元（約合6.13億美元），用于微電子新技術(shù)的研發(fā)和實施。另外，歐盟委員會批準通過的歐洲共同利益重要項目（IPCEI）涉及來自法國、德國、意大利和英國的29家企業(yè)，該項目旨在支持建立芯片工廠開發(fā)高性能微電子組件并實現(xiàn)量產(chǎn)。如前所述，這需要數(shù)年時間，并非是解決2021年芯片短缺問題的有效辦法。不過這是一個信號，表明政府層面已經(jīng)認識到了芯片短缺的根本性原因。

是否還有一級或二級供應(yīng)商可以為汽車制造商供貨？

一級或二級供應(yīng)商都會或多或少地受到芯片短缺的影響。半導(dǎo)體供應(yīng)商的MCU采購高度依賴于臺灣供應(yīng)商，再加上IDM和代工企業(yè)的總體產(chǎn)能受限，將導(dǎo)致供應(yīng)短缺一直持續(xù)至第三季度。由于舊半導(dǎo)體工藝的基礎(chǔ)設(shè)施普遍不足以及相鄰行業(yè)對高性能芯片的較高需求，芯片短缺情況進一步加劇。

這會導(dǎo)致價格上漲嗎？

由于供需不平衡，汽車制造商預(yù)計未來幾個月汽車芯片的價格將會上漲。在這一供需不平衡的作用下，價格上漲10-15%是較為合理的范圍，據(jù)信已經(jīng)有數(shù)家代工廠正在研究漲價問題。然而，與汽車制造商關(guān)閉汽車生產(chǎn)線或持續(xù)重啟和停產(chǎn)的成本相比，價格上漲的影響將是有限的。

我們還能做些什么？

在接下來幾個季度里，為了應(yīng)對當前這種情況，汽車制造商和半導(dǎo)體供應(yīng)鏈之間有必要加強合作。相互合作將使所有的汽車制造商和一級供應(yīng)商都能夠獲得一些MCU供應(yīng)，而不是選擇只供應(yīng)少數(shù)廠商，令其他廠商一無所獲。不過面臨的挑戰(zhàn)是如何將MCU用到汽車制造商想要生產(chǎn)的車型上面——因為他們無法生產(chǎn)全部車型。目前，零部件兩倍和三倍訂購的情況還十分有限，這是一件好事，因為現(xiàn)在信息越透明越好。隨著經(jīng)濟的持續(xù)復(fù)蘇，汽車行業(yè)需要對數(shù)據(jù)有信心才能做出正確的決策。

長期影響是什么？

這種短缺情況無疑會提高汽車制造商、一級供應(yīng)商和IDM的危機意識，以重新評估代工業(yè)務(wù)外包的長期組合，其中一些廠商還可能會探索如何減少對外包業(yè)務(wù)的依賴。芯片短缺、新冠肺炎疫情大流行以及過去十年來發(fā)生的其他事件，將有助于提高汽車制造商和一級供應(yīng)商對于供應(yīng)鏈風(fēng)險監(jiān)測和管理重要性的認識。而對于對少數(shù)外部代工廠過度依賴以及200毫米晶圓生產(chǎn)設(shè)備過剩產(chǎn)能侵蝕等宏觀問題，已經(jīng)是業(yè)內(nèi)觀察人士熟知的問題，可以事先發(fā)現(xiàn)并提前采取應(yīng)對。雖然全面了解不同層級供應(yīng)鏈上潛在產(chǎn)能瓶頸點的可行性還有待證明，但汽車行業(yè)將考慮采取更多的解決方案來提高汽車供應(yīng)鏈的可見度。

原文標題：技術(shù)|應(yīng)對2021年汽車行業(yè)芯片荒

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責任編輯：haq