冰火两重天 汽车芯片要缺到何时?

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近日,Omdia、IDC等众多行业分析机构纷纷发声称,芯片泡沫即将破裂,要警惕芯片的产能过剩危机的来临。除了分析机构的预测,台积电被苹果、AMD、英伟达三大客户砍单也进一步印证了市场需求下降,芯片产能过剩风险增大。其根本原因在于受全球疫情和通胀高企的影响,全球PC、手机等消费电子终端产品需求疲软,行业库存水平整体偏高。

不过,纵然消费电子终端芯片需求下降,汽车芯片供应依旧紧张。汽车芯片到底有多缺?奥迪曾公告,部分国产奥迪车型在交付之时,仅提供一把遥控钥匙和一把机械钥匙齿!由此可见,汽车芯片紧缺的程度。

由于俄乌战争和全球新冠疫情等不断对供给端产生冲击,以及汽车芯片扩产周期较长,短期内难以快速释放产能,叠加汽车智能化趋势对芯片的强劲需求,汽车芯片供需将长期保持紧张状态。这种表象背后是半导体行业长期存在的供需错配问题。

由此看来,延续2年的汽车芯片危机,短期内仍然无法解决,毕竟整体供应极限已见天花板,而且半导体行业存在太多不确定的因素,比如俄乌战争下稀有气体供应、3M制冷剂事件。

汽车芯片供需失衡,芯片代工动力不足

整体来看,尽管2022年全球消费电子终端产品需求下降,但汽车芯片短缺问题仍然未得到缓解。根据通用汽车披露,其生产的约9.5万辆车辆缺乏某些半导体和其他零部件,因此不得不先搁置这些车辆而不是将其运给经销商,这对其第二财季业绩造成了影响。该公司现在预计,第二财季净利润将为16-19亿美元。同时,通用汽车表示,预计将在年底前完成并销售停放的车辆,但不能保证通用汽车在 2022年晚些时候不会再次面临同样的问题。

实际上,通用汽车芯片短缺的问题并非个例,其他汽车厂商也存在同样的问题。回顾汽车芯片供应危机,应该是从2020年疫情这一黑天鹅事件突然发生开始。因疫情的发生,汽车的生产在2020年第二季度骤降,导致汽车芯片需求在2020年下半年暴跌。而当2020年第三季度全球汽车生产复苏,汽车芯片需求大幅增长,叠加消费电子芯片需求暴增,对芯片供应造成了巨大的压力。可以说,这一轮是短暂的供需失衡引发的。

然而,随着复苏的时间越来越长,特别是消费电子挤占了汽车芯片需求,进一步导致了汽车芯片的短缺情况。

除了市场的因素,汽车芯片供应过于集中也是其短缺的重要原因。据悉,汽车产业短缺的芯片主要是MCU微控制器。目前汽车控制模块大量使用MCU微控制器,主要供应商为瑞萨、英飞凌、NXP、ST、TI、Microchip这6家主流MCU制造商,且占据全球90%以上的车载MCU份额。

相比消费级芯片,车规级芯片具有生产要求高、利润低,产值仅占全行业产值的10%左右,话语权低。在消费类芯片需求增长、产能整体不足的情况下,芯片产商更愿意生产利润率高的消费类芯片。这也如上文所述,在纯粹市场需求前提下,消费电子芯片挤占汽车芯片需求的重要原因。

不过,芯片生产四大环节设计、制造、封装、测试,全球很少有公司可以独立完成四个环节。6大主流MCU制造商拥有芯片设计能力,把附加值比较低的环节布局在封装、测试等环节外包出去,以期追求更高的利润率。然而,汽车厂商根据自身需求基本上会选择以上6大主流MCU制造商。

同时,目前车用MCU基于成本和性能考虑,工艺节点基本集中在40-45nm传统范围工艺节点上。6大主流MCU制造商基本上会把大部分IDM都把芯片生产外包给台积电等代工厂,特别是台积电占全球车用MCU总代工的60%-70%的市场份额。但以台积电为代表的芯片代工巨头基于企业发展战略考量,几乎没有在该相对比较落后的工艺节点新增投资,其主要布局其实还是拉开和芯片代工企业的差距,成熟工艺的投入并不是一个很有利的的决策。

根据台积电2022 Q1财报显示,第一季度营收创下历史纪录约合170亿美元,同比增长35.5%;净利润约70亿美元,同比增长45.1%。从技术制程角度,2022 Q1 16nm及以下先进制程营收占比64%,其中5nm贡献20%营收,7nm贡献30%营收,16nm贡献14%营收,28nm则贡献11%营收,剩余制程合计占25%。台积电预计3nm制程(N3)将于2022年下半年投产,计划2025年生产2nm芯片。

从以上数据可以看出,目前全球主要芯片代工厂在选择加工其他芯片还是加工汽车MCU微控制器上,都有自身的经济考量。这也从另外一个层面说明一个客观事实:全球汽车芯片供给端过于集中。

在疫情暴发之前,全球汽车芯片供给基本处于一种平滑的供给曲线状态,但疫情发生走伴随汽车芯片暴涨与芯片供给严重不足,还有多少汽车厂商能够积攒充足的芯片呢?

新能源汽车市场火爆,智能化推升芯片需求

尽管有车企认为,2022年汽车芯片问题将得到改善,特别是消费电子市场需求疲软,势必会促进芯片厂商加大汽车芯片的供给,但我们绝对不能忽视新能源汽车市场增长和智能化需求提升。因此,如果汽车芯片供给过于集中与不足是芯片短缺的重要原因,那么新能源汽车市场渗透率的增长,以及汽车智能化需求的提升,也将在很大程度上进一步刺激汽车芯片需求的增长。

在全球进行碳减排政策趋势下,发展新能源汽车已经在全球范围内形成共识。有分析机构认为,中短期来看,全球节能减排政策将驱动新能源汽车渗透率快速提升。长期来看,智能化升级将带来汽车产业的颠覆性革命,为新能源汽车行业带来更大的成长空间。在此背景下,预计全球新能源汽车销量在2025年将达到1500万辆,2030年达到2300万辆,未来市场容量增长有望超过十倍。

同时,根据集邦咨询数据显示,2022年第一季度全球新能源汽车销售总量为200.4万辆,同比增长80%。相比于走向衰弱的传统市场,新能源车的高增长燃起了半导体市场的增长新希望,也为半导体市场带来应用端结构化调整的机会。

相对而言,目前拥有成熟车规级芯片生产能力的供应商仍处于扩充产能阶段,同时考虑到整车厂商基于加大库存规避芯片短缺的心态,预计短期内全球市场受到缺芯影响的态势仍将持续一段时间。

目前,新能源电动汽车具有芯片小型化和高频需求的特点。专业人士认为,因电动汽车增加了BMS(CMU)、PDU、DCDC、OBC、PTC、电动压缩机、逆变器和VCU等部件,如果设计复杂的话,等于一下子增加了10多个MCU。可以说,伴随新增的部件增多,且在分布式系统下,电动汽车的MCU需求是暴增的,相对应MCU的紧缺程度也将更加窘迫。相关数据显示表明,新能源车的芯片数量从燃油车时代的500-600个升级至1000到1200个,芯片种类数量也从40种上升至150种。

同时,我们也可以关注到一个发展事实,除了汽车动力从燃油转向电力之外,汽车在近百年的历史进程中,也正从朴素的代步工具,逐渐发展成为人类除房屋以外第二个移动空间,而人们对出行的理解,也从简单的位移逐渐升级得更加舒适、丰富而多变。

从汽车电子功能的分类来看,汽车电子主要包括包含传感器、控制器、执行器(含外部机械结构)等基本部分组成。总体来说,一台车越智能,其对应的智能控制模块和传感器越多,需要的芯片越多。以微控制器为例,一台车上往往需要40-80个,加上各类传感器还有各种各样的其他特定功能的芯片,单台车上主要的大芯片甚至有1000多个,更不用说各种分立器件(二极管和三极管)还有被动器件。

有汽车行业专家更是表示,在未来高端智能电动车领域,单车芯片搭载量将数倍增加,达到3000个以上。汽车半导体占整车物料成本比重,将从2019年的4%提升至2025年的12%,并或将在2030年提升至20%。

7月7日,工信部表示,加强行业运行监测研判,做好汽车芯片和上游原材料保供稳价工作,全力保障产业链供应链畅通稳定。这将进一步扩大新能源汽车推广规模,提升汽车芯片需求。同时,新一轮汽车购置税减免政策,也将拉动首购和换购汽车需求的增长。

因此,在汽车电动化、智能化趋势下,芯片供给将成为新能源汽车、自动驾驶的掣肘因素。但从汽车芯片厂商的角度,与消费电子相比,汽车芯片所需的工艺节点更成熟,加之未来该领域的芯片需求大涨,特别是在消费电子需求疲软的背景下,未尝不是一个好机会。

半导体全球分工,供应链易受影响

实际上,影响汽车芯片短缺的因素还有很多,除了以上市场供需因素,还有汽车芯片产业链本身的问题。半导体生产链条长,从原材料到芯片产品,包括设计、制造、封装、测试四大环节,其生产链条分工精细,工厂覆盖全球,任何环节出现问题都会影响芯片产能。据悉,从原材料到芯片产品,一般需要24周-26周的时间,但当供应链扰动因素增加之后,供应时间不断被拉长。

近日,日本芯片制造商瑞萨电子位于熊本市一座工厂遭雷电击中供电线路,可能使该工厂停产长达两周。瑞萨作为全球第三大汽车芯片公司、全球最大的微控制器(MCU)供应商,市场份额达到19%。可以说,此次“天灾”更给汽车芯片供给雪上加霜。

当然,近几年,全球因类似天灾的影响的半导体产业发展的不可抗拒因素一直都存在。比如疫情因素,东南亚就曾因疫情影响,致使汽车芯片工厂停产数周,严重影响了芯片工艺。同时,因环境问题的考量,今年3月,美国3M公司被勒令停止运营其位于比利时的PFAS(全氟/多氟烷基化合物)制冷剂工厂。

这里我们不多讨论以上影响汽车芯片供给的因素,而是探讨一下半导体供应链新的发展趋势。有专业人士指出,全球化其实是一个优势集中的过程,效率确实高,但是隐患在危机中严重暴露:一是效率往往影响抗风险能力,缺乏长远利益思维;二是效率必然导致优胜劣汰,然而人类社会可贵就在于保护弱势群体的能力。在疫情影响下,全球化退潮,弹性供应链和透明化分工系统崛起,不过也将造就更狭隘的世界诞生,让全球化处于封闭状态,经济合作割裂,市场需求大幅度下降。

从该描述可以看出,半导体供应链尤其如此,正出现“逆全球化”趋势。因半导体在未来产业应用的重要性,比如其应用从消费电子,再到能源、通信和工业自动化的关键应用程序和基础设施,特别是5G、人工智能、无人驾驶、物联网等应用,使其从经济、科技层面已上升至国家战略层面。

目前,欧美、日、韩等国家或地区均出台了半导体产业扶持政策,比如美国的《2022年美国竞争法案》、欧盟的《欧洲芯片法案》、日本的《经济安全保障推进法案》、韩国的《半导体特别法》。尽管美国、欧盟、日本、韩国各有侧重点,比如美国重在推动产业链回迁、欧盟重在提升本土供给率、韩国重在构建产业链集群,但它们都更注重补足自身短板,而不是聚焦发扬自身优势与各国/地区合作共赢。由此可见,全球半导体供应链正步入新的阶段,且是不积极、不开放的阶段。

虽然半导体全球分工的大势仍在,毕竟没有任何一个国家占全产业、技术、市场所有有利的因素,但因国际政治、经济冲突却在加剧,国与国互相制裁的情况也显著增多,对芯片的生产与供给也将产生更大的影响。可以说,稀有气体短缺,就是俄乌战争所带来的“负产品”。

总体来看,汽车芯片短缺主要是供需失衡的问题,而供给端因各种“天灾人祸”造成紧缺。那么,2022下半年汽车芯片供给是否会得到缓解呢?IC Insights的预测显示,MCU总出货量在五年期间将以3.0%的复合年增长率增长。由此可见,2022下半年可能会实现市场供需平衡,但不可预见的因素仍然存在,特别是产业链为对抗芯片短缺而出现的囤货势必也会加剧缺芯程度。

 
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