汽车哪些部分需要芯片,芯片危机出路何在,有替换产品吗?
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汽车哪些部分需要芯片,芯片危机出路何在,有替换产品吗?

2021-09-08 来源:芯极速

  从2020年开始,缺芯的话题就没有停歇,甚至愈演愈烈。芯片之于汽车产业究竟是一种什么样的存在?它的缺失,究竟会导致车辆上的哪些系统无法制造、哪些功能不能实现?


“抢芯片就像抢厕纸。” 特斯拉CEO马斯克曾在社交媒体如此说道。


近两年,一场“芯片荒”席卷全球,首当其冲受到影响的要属汽车行业。芯片短缺对特斯拉的供应链产生重大影响,马斯克认为,部分公司大笔囤积超出公司需求芯片的行为,和疫情初期囤积卫生纸的消费者相差无几。



不仅仅是特斯拉,中国汽车企业也面临焦灼的“缺芯”难题。“虽然缺芯是全球性的普遍问题,但由于中国是世界上最快从疫情中恢复生产和生活的国家,旺盛的市场需求让国内汽车行业所面临的缺芯问题变得更加突出。”黑芝麻智能CMO杨宇欣表示。今年3月,蔚来汽车决定将合肥江淮汽车工厂的生产暂停五天,东风本田和奇瑞旗下部分车型的高配版也面临停产。


▶ 汽车上到底需要多少芯片?


       按照功能划分,汽车芯片大致可以分为三类:第一类负责算力和处理,比如用于自动驾驶感知和融合的AI芯片,用于发动机/底盘/车身控制的传统MCU(电子控制单元);第二类负责功率转换,如IGBT(绝缘栅双极型晶体管)等功率器件;第三类是传感类芯片,用于自动驾驶各种雷达,以及气囊、胎压检测等等。


据测算,平均每辆车搭载半导体约为1600个,这些半导体器件分布于汽车的各个设备与系统,主导它们协同工作的正是汽车芯片,如逻辑计算芯片、存储芯片、微控制器MCU等。


从应用的角度,汽车上小到胎压监测系统TMPS、摄像头,大到整车控制器、自动驾驶域控制器,都离不开各式各样的芯片。可以说汽车的智能化就是芯片的智能化。


传统汽车的芯片数量大约在500~600个左右,随着自动驾驶、新能源等功能的增加,现在的芯片数量大约在1000~1200个左右了。而一些以智能为主打的车型,则需要的芯片数量更多。


▶ 缺芯潮缺的到底是什么?


从2020年开始,缺芯情况就开始出现,甚至愈演愈烈。到底缺的是什么?


资深电动汽车三电系统和汽车电子工程师朱玉龙告诉记者,事实上,缺芯潮可以分为三个阶段。


第一阶段发生在2020年12月,彼时大众集团、马牌轮胎和博世开始从供应链短缺的角度首次发布汽车行业缺芯的情况。当时的主要说法是,由于受疫情影响,带来供需错配导致的不平衡,汽车生产所需的汽车芯片,尤其是核心部件发动机ECU(电子控制单元)和ESP(车身电子稳定系统)供应短缺,导致全球汽车和零部件生产直接受牵连。


第二阶段则是MCU(微控制单元)芯片的紧缺,这个反映在2月份各个公司的调研报告里面。


在汽车电子的各个方面,使用了大量的MCU单片机。由于IC(微型电子器件)小型化和高频的需求,MCU需要40nm以下的制程,大部分IDM(数据复用设备)都把芯片生产外包给台积电(TSMC)等代工厂, TMSC生产出货量约占所有汽车MCU70%的市场份额。由于汽车MCU芯片的市场也是高度集中的,排名前7位的MCU供应商约占需求的98%。


当时的瓶颈是台积电,由于汽车业务仅仅占它3%的总收入,这个瓶颈一时半会没有解决。随着各国政府还有车企的斡旋,台积电这块的瓶颈逐步突破。


在这个阶段,车企甚至开始了跨MCU平台的准备和切换,这不仅是从一个供应商转移到另一个供应商的商务流程,还需要同时调整软件和硬件等技术部分,难度很高,即使这样车企也克服困难做完了。


目前经历的则是第三阶段,由于东南亚疫情的加剧,以马来西亚为中心的某汽车芯片供应商的工厂,继关厂停产数周后,再次被当地政府要求关闭部分生产线至8月21日。这直接导致了芯片供应的恶化,并且从原先MCU扩展到核心芯片也出现缺失。



芯片制造商停产导致了博世的ESP(车身电子稳定系统)/IPB(驻车制动器)、VCU(整车控制单元)、TCU(变速箱控制单元)等产品的供货困难,而博世作为全球最大的汽车零部件供应商,其底盘和安全部件的供应缺口,对于全球所有的整车企业来说,都产生了重大的打击。


8月17日,博世中国副总裁徐大全发布了一条朋友圈,表示因为“缺芯”他们压力也非常大,甚至调侃想带着领导跳楼。


汽车客户采购中的话语权如何?


中国汽车工业协会副秘书长李邵华指出,目前全球半导体行业的芯片规模在3000亿美元~4000亿美元之间,其中,车用芯片大概为400亿美元左右,占比不到10%,显然会造成车企在排产或者争抢订单时的弱势局面。


从技术要求上来看,车规级芯片着实令大多数芯片企业望而却步。消费电子芯片技术迭代非常快,而车规级芯片几乎都是十多年前的技术,可技术虽然“过时”,但门槛却并没有因此降低。相反,车规级芯片对于性能指标、使用寿命、可靠性、安全性、质量一致性的要求之高,是消费电子芯片难以匹敌的。


车规级芯片的高标准、严要求、长周期,将入行门槛一再拔高,这也直接导致了只有综合能力或垂直整合能力非常强并有本事将规模优势发挥到极致的芯片企业,才能将车规级芯片纳入生产清单。放眼全球,这样的车规级芯片企业也就恩智浦、英飞凌、西门子等少数几家,僧多粥少,这也是导致汽车芯片供不应求的另一原因。


▶ 芯片不能替换吗?


芯片产能不断降低,价格却在不断提高。此前,特斯拉CEO马斯克在网络社交媒体中吐槽:“抢芯片就像抢厕纸。”


为什么不能借机替换国产芯片呢?有专家表示,这个短期内恐怕无法实现。


因为相比于消费芯片及一般工业芯片,汽车芯片的工作环境更为恶劣:温度范围可宽至-40℃~155℃、高振动、多粉尘、电磁干扰等。由于涉及人身安全问题,汽车芯片对于可靠性及安全性的要求也更高,一般设计寿命为15年或20万公里。“车规级”芯片需要经过严苛的认证流程,包括可靠性标准 AEC-Q100、质量管理标准ISO/TS 16949、功能安全标准ISO26262等。


而从产能角度来看,建厂导入设备往往需要2年时间。还需要2~3年时间完成车规认证并进入整车厂供应链。从实际效果来看,对眼下的芯片短缺危机缓不济急。所以车规芯片较难通过新建产能迅速提升供给量,主要还是通过现有产能的供需调配。


不过面对未来,我国正在努力建立起一个完善的汽车芯片产业创新生态,解决我国汽车行业接下来发展中的短板。国内车企中的比亚迪、上汽以及不少半导体企业已先后入局车规级芯片领域。


▶ 汽车芯片危机 出路何在?


Mobileye、英伟达、安霸、恩智浦、华为 ,均 已确认 出席焉知智车年会“车载芯片专场”并作演讲!其他芯片企业正在逐步确认中......


一年多以来,不少原本只有几毛钱的芯片涨到了数百块,甚至调价周期早已不按天而是按小时来算,目前能看到的报道最乐观的是供需在第四季度可以达到平衡。根据外媒的预测,今年全球汽车产量预计将被迫削减大约400万辆,而车企因芯片供应不足导致的损失则会高达1100亿美元。


▶ 面对如此的汽车芯片危机,政府、企业都采取了哪些应对措施呢?


政府加强供需对接


7月,工业和信息化部党组成员、总工程师、新闻发言人田玉龙回应称,为了积极应对汽车芯片供应短缺问题,工信部组建了汽车半导体推广应用工作组,多次组织召开协调会,充分发挥地方政府、整车企业、芯片企业的力量,加强供需对接和工作协同,有针对性地制定措施,推动提升汽车芯片的供给能力,应该说正在取得一定的效果。后续将远近结合、多措并举,加强供需对接,积极支持替代应用,提升制造能力,继续保持汽车产业平稳健康发展。


国家新能源汽车技术创新中心副总经理邹广才表示,“从2020年底至2021年2月,工信部主导开展了中国汽车半导体产业供需情况调研,向国内85家企业征集供给和需求信息,编制了《汽车半导体供需对接手册》,收录了国内59家半导体企业568款产品,覆盖10大类产品,共涉及53个小类。在产品需求方面,收录国内26家汽车及零部件企业的1000条产品需求信息,来自14家整车企业和12家汽车零部件企业。”


政府加大打击哄抬炒作


8月3日,市场监管总局表示,下一步将持续关注芯片等重要商品市场价格秩序,进一步加大监管执法力度,严厉查处囤积居奇、哄抬价格、串通涨价等违法行为。此举也被认为是解决当下芯片难问题的重要落地举措。


政策固然很好,但是考虑到经济学的供求定律,以及法律上也没有最高限价一条,所以只要供需仍处在失衡状态,那么加价问题就不会凭空消失。


“市场监管总局最多就是起到一个警示与震慑的作用,因为很难界定到底什么价格是高价。”一位律师这样说道。


采用汽车芯片金融保险


基于多年的合作,全球芯片大厂均与供应链及车厂形成了一种强绑定关系。对于新增的供应商,客户往往会保持谨慎态度,不仅会综合评定供应商的实力,而且通常要经过产品单体测试、整机测试、多次小批量试用等多个环节之后,才会做出大批量采购决策,采购决策周期较长。


因此,新进入本行业者即使生产出车规级产品,也需要耗费较长时间才能赢得客户的认可。同时,供应商也担心芯片对汽车客户的价值占比非常低,如果车辆出现大规模的维修、召回、更换情况,会对芯片厂造成很大压力。


中国汽车芯片产业创新战略联盟成立了汽车芯片保险专项工作组,围绕汽车芯片保险方案,针对三家保险公司的保险产品方案思路,进行了多轮探讨并结合主要芯片企业和整车企业、汽车电子厂商的需求进行了更新,最终形成了“汽车芯片保险方案”。6月11日,由工信部电子信息司、装备工业一司支持,北京市经济和信息化局指导,中国汽车芯片产业创新战略联盟主办的汽车芯片保险签约仪式在北京举行。签约仪式上,多家汽车芯片公司与保险公司按批次签署了汽车芯片产品保险协议。


切换供应商


芯片短缺时期,特斯拉采用了比较务实的思路,选用了新供应商的MCU芯片,并开发新固件与之配合,设法避免受到芯片短缺的影响。


国内小鹏汽车也采取了类似方法,为应对“缺芯”难题,小鹏汽车也做了诸多准备,包括提前下单,与芯片供应商负责人直接沟通,以及扩展新合作伙伴,因小鹏大量智能化自研的部署,所以采取更灵活的AB件的方式来缓解这个问题。


减配


高工智能汽车研究院的数据显示,2021年4月国内新车标配搭载ADAS上险量自2020年5月以来,首次单月低于53万辆。


5月初,宝马X3(参数|图片) 2021款上市,新车取消了增强型驾驶辅助功能和主动巡航控制功能,并相应下调了价格。6月8日,通用汽车表示,一些新生产的2021款全尺寸皮卡和SUV将不带自动启停功能,这些排量5.3/6.2升的V8汽油车将无法在日后加装这一功能,新车将便宜50美元。据不完全统计,日产、Ram、雷诺等品牌均出现了减配,相对于停产,减配是更柔和的方式,多数消费者也能理解特殊时期的这一做法。


保部分车型/暂时停产


一些企业在芯片缺货时会优先保障高端、高毛利车型的生产。如大众帕萨特(参数|图片)等燃油车型受到了芯片短缺的影响,而ID系列电动车则不会受到影响。


如果所有办法都尝试过,还是解决不了,那就只能硬着陆了,大众、福特、通用、日产、本田、大众、Stellantis等车企分别公布了不同程度的停产。


本土化


产业链分工上,半导体制造是主要的焦点,全球约75%的产能、以及很多关键材料厂商(如硅片、光刻胶和其他特种化学品)都集中在东亚,约15%的产能在美国,欧洲只有5%。除了上述的短期方案,各国政府以及车企都在推动芯片本土设计生产,以降低供应链风险,美国、欧洲、日本、韩国、中国纷纷宣布了轰轰烈烈的本土造芯运动。


在韩国,30万产能的现代牙山工厂已经四度停产,据报道,现代汽车约97%-98%的MCU需依赖进口,现代打算改变过度依赖外国芯片供应商的现状。5月13日,三星电子和现代汽车宣布将联合韩国电子技术研究所、韩国贸易工业和能源部、韩国汽车技术研究所,携手重点支持当地供应链和获取所需的汽车半导体。三星和现代将一起开发图像传感器、电池管理芯片和IVI应用处理器等。除了和三星的合作,现代还打算扶植更多的本土芯片设计公司进行车用MCU等产品的开发。


欧洲计划到2030年,将其在全球芯片和半导体生产中的市占率从10%提升至20%,重振在半导体领域的雄风。美国则是一项520亿美元的补贴计划,英特尔的IDM 2.0计划已经身先士卒。


根据公开数据显示,我国车用芯片进口率达到95%,关键芯片产品几乎被全部海外企业垄断,而国内自主研发的汽车芯片大多用于车身电子等简单的系统,自主率不到5%。随着全球经济合作情况日益复杂,车用芯片进口渠道存在风险,对于国内汽车产业有着致命影响。因此,包括众多国产车企在内,大多车企和零配件厂商都在大力扩建汽车芯片的产能,如8月9日,上汽集团就表示,在芯片方面公司已经投了包括地平线、黑芝麻等在内的十几家国内头部芯片公司。


关键词:半导体  汽车   编辑:OYH
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