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楊健楷:誰卡了汽車芯片的脖子?

2021年3月17日 14:00  遠川科技評論  

2021年開年之后,芯片行業(yè)出現(xiàn)了戲劇性的一幕,一直默默無聞的汽車芯片爆出極度短缺,一片小小芯片卡起了各大汽車巨頭的脖子。

比如大眾預計,第一季度將因為芯片短缺少生產(chǎn)10萬輛汽車,憤怒的發(fā)言人在公開場合表示,將考慮向準備不周的博世、大陸等一級供應商索賠。

除了拿供應商撒氣,各汽車集團八仙過海各顯神通。三星、SK兩大財閥與現(xiàn)代合作,一個出芯片一個出汽車;德國經(jīng)濟部長求援于中國臺灣省,請求臺積電優(yōu)先供貨德國汽車業(yè);韓、德緊張,大陸也不例外,工信部春節(jié)前加班加點,與主要汽車芯片供應企業(yè)代表座談交流。

那么,汽車芯片為何如此短缺?這在業(yè)內(nèi)引發(fā)了一場大討論,就現(xiàn)有報道來說,主要有三點:

首先是各種天災人禍。新冠造成的混亂還沒結(jié)束,沒想到又來了日本的地震、德州的暴風雪、中國臺灣島內(nèi)的缺水,讓芯片廠的產(chǎn)能一再縮減。

然后是臺積電之前的擴產(chǎn)也不積極。汽車芯片集中在20~45nm成熟制程,并不算賺錢,投入產(chǎn)出比低。因此,臺積電擴產(chǎn)不多,設(shè)備商供應也少,甚至一些生產(chǎn)設(shè)備,都要去二手市場淘,造成了產(chǎn)能的不足。

最后是上游設(shè)備商,他們同樣面臨著和臺積電一樣的難題。上游設(shè)備商因為汽車芯片專用制造設(shè)備利潤率低,照樣也不愿意排單。晶圓廠試圖漲價加單施加“誘惑”,但設(shè)備商就算將產(chǎn)能轉(zhuǎn)為汽車芯片,也難盈利,同時,設(shè)備生產(chǎn)周期只會比芯片還要長,這也大大減緩了反應時間。

芯片缺貨危機的爆發(fā)背景錯綜復雜,但危機的背后,有三個根源性問題,也是這篇文章要解答的問題:

缺貨的汽車芯片都不賺錢么?

產(chǎn)能為什么都集中到了中國臺灣?

汽車芯片的最終買家,汽車公司都跑哪里去了?

01. 汽車芯片危機的背后格局

汽車芯片種類繁多,但最缺的貨,是MCU。

MCU,又稱微控制器,簡單來講,可以理解為各類分散設(shè)備的“小腦”,用以實現(xiàn)其動作或功能。MCU應用極廣,散布于消費用、汽車用和軍用:小孩子玩的玩具火車,電力公司抄的電表,電子控制的汽車座位和導彈火箭,都裝著不同規(guī)格的MCU。排除安保級別最高的軍用MCU,消費用和車用MCU是兩個完全不同的市場。

消費用MCU場景分散多變,難度較低,壽命預期不長。小孩子玩火車可能幾天就玩壞了,轉(zhuǎn)向了下一個電子玩具,誰能抓住消費場景的爆點,便能直上青云。

汽車用MCU也是分散多變,無論是座位、雨刷、空調(diào)、影音、動力,都離不開車用MCU的指揮,總的來說,一輛車少說幾十個MCU,多則上百個。這些芯片散布于汽車各個部分,雖然規(guī)格繁多,架構(gòu)不同,但難度卻是一致達到了苛刻的程度。

以市占率三成的全球MCU巨頭瑞薩為例,上級分包商對于車用芯片的公開要求是:-40~75℃、濕度95%、15~25KV的靜電環(huán)境中,必須要擁有20年質(zhì)保,不良率控制在100萬分之1以下。

這個良率要求是消費用MCU的兩百倍乃至上千倍,即便如此,放到實踐中,汽車制造商的要求仍然是:零不良率。因為只要有1個芯片運轉(zhuǎn)不良,就可能危及人的生命。

雖然難度如此之高,汽車芯片在產(chǎn)業(yè)鏈中的占位卻十分低下。MCU廠商,頂多居于博世、大陸等一級供應商下面一級的二級供應商,一些則是汽車廠的三級供應商。在汽車產(chǎn)業(yè)層級森嚴的金字塔中,汽車芯片廠商甚至無權(quán)更改生產(chǎn)線工藝和流程,才好符合整機廠商的要求。

日本半導體產(chǎn)業(yè)資深觀察家湯之上隆,在《日本制造業(yè)的敗北》中,即回憶了一個改革前完全沒有自主權(quán)的瑞薩。在美國財團KKR收購被日本經(jīng)產(chǎn)省截胡后,瑞薩社長給買方打電話賠禮道歉:對于這樣的結(jié)果我們實在感到抱歉,主要原因還是我們沒有自主性。瑞薩在產(chǎn)業(yè)中的占位,由此可見一斑。

MCU的另一大特點就是芯片和整車廠綁定,形成寡頭市場,比如瑞薩與豐田聯(lián)盟,英飛凌與德系車企聯(lián)盟,通過這種聯(lián)盟三大MCU巨頭市占率達到了七成。這種產(chǎn)業(yè)鏈同盟,節(jié)約了大量的重新認證、適用和安全成本,雙方互惠,格局十分穩(wěn)定。

但副作用是,作為整機廠商的三級供應商,汽車芯片廠商是卑微的,沒有講價空間,他們甚至可能一年難得見幾次整機廠商。

門檻高、占位低、難賺錢,汽車芯片行業(yè)格局穩(wěn)固,這產(chǎn)生了一個極為負面的影響。消費電子級的MCU廠商,與車用MCU廠商,幾乎井水不犯河水,這導致行業(yè)缺少新玩家,活力不足。

于是,任何一個芯片巨頭要在汽車芯片業(yè)擴張,內(nèi)生增長很難,只能采取收購策略,因為時間是最大的成本。從2015年恩智浦收購飛思卡爾案,到2016年高通收購恩智浦案,再到2020年英飛凌收購賽普拉斯案,莫不如此。但資本運作并不會增加產(chǎn)業(yè)供給,在短期內(nèi)更多是股東層的變動。

如果車用MCU維持這樣的局面,各國的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟各干各的,雖然擴產(chǎn)艱難,但也不至于出現(xiàn)集體性缺貨。那么,為什么后來會發(fā)生日、德等汽車大國集體缺貨的局面?

02. 史無前例的分工大轉(zhuǎn)移

直接導致大缺貨的原因,還在于汽車芯片代工生產(chǎn),被集中放在了臺積電這個籃子里。

汽車芯片大廠自己生產(chǎn)到把訂單轉(zhuǎn)移到晶圓代工廠的分工大轉(zhuǎn)移,始于十年前。那時,德日兩國的汽車芯片業(yè)都面臨著一個艱難的抉擇:

一,汽車業(yè)需求更多關(guān)于電能轉(zhuǎn)化的功率芯片,通用性較強。這類芯片研發(fā),猶如看工齡和手藝的老師傅,越老越吃香。德日兩國起于第二次工業(yè)革命,電機是他們一貫的強項,能否抓住功率芯片的時代趨勢,直接關(guān)乎未來命運。

二,同時,汽車業(yè)也需求更多MCU之類的數(shù)字芯片,但這些芯片是“利基的集合”,名目繁多的品種湊到一起,才能撐起一座座晶圓廠。臺積電等中國臺灣省代工廠,在數(shù)字芯片代工上的優(yōu)勢越發(fā)明顯:

以客戶為中心,不下場搶生意,不竊取資料;與ASML的結(jié)盟并下重金購買最先進的工藝設(shè)備;軍事般的嚴苛運營機制,像機器一樣嚴密運轉(zhuǎn)的十萬青年十萬肝。這三大優(yōu)勢,都是汽車芯片大廠難以企及的。

應該做出什么樣的選擇,已然十分明了。在接下來的十年中,汽車芯片廠商幾乎將所有先進工藝制程的車用數(shù)字芯片的生產(chǎn),都交予了臺積電和聯(lián)電。

德國的英飛凌早在2009年將65nm工藝的移動設(shè)備芯片交予臺積電,后在2012年認證臺積電的車用MCU工藝。到了2018年,數(shù)字芯片生產(chǎn)任務(wù)的一半交給了外包。在當年財報中,英飛凌還計劃在五年內(nèi)將這一比例提高至70%,而功率芯片只有至多15%的外包計劃。

轉(zhuǎn)型幅度更大的是日本瑞薩。2012年,瑞薩斷臂求生,裁員萬人,車用數(shù)字芯片被外包給臺積電,到了最近,瑞薩轉(zhuǎn)移了總計三成的芯片生產(chǎn)任務(wù),其中MCU的外包比例直接達到了九成。

原來,七八個汽車芯片廠自己生產(chǎn)MCU,整機廠還算有多元的選擇,風險被組合消減了。但在汽車MCU七成產(chǎn)能被轉(zhuǎn)與臺積電后,整機廠從一級、二級供應商穿透過去,最后,實際上最為關(guān)鍵的元器件被放在了一個籃子里。

同時,汽車用MCU這類汽車數(shù)字芯片的特殊之處在于,汽車芯片轉(zhuǎn)與了所有的生產(chǎn)訂單,集中度很高,卻只占了臺積電3%的產(chǎn)能,量不大,價不高。也就是說,全球的汽車芯片大廠加到一塊,也養(yǎng)不起臺積電一座廠。碰到緊要關(guān)頭,汽車芯片這顆蛋,是首先被擠破的。

于是,汽車產(chǎn)業(yè)鏈看似還是多元化的,但穿透之后,實際上把雞蛋放在了一個斗爭激烈的籃子,對于任何一個產(chǎn)業(yè)巨頭來說,這都是非常危險的。問題是,難道汽車業(yè)的巨頭們都沒有注意到么?

03. 漫不經(jīng)心的汽車產(chǎn)業(yè)鏈

悲劇的是,汽車巨頭的佛系直接讓這場短缺危機愈演愈烈。

對于汽車芯片短缺危機,一部分整車商的態(tài)度是:一種是猝不及防,臨時甩鍋;

有整機廠聲稱,已在大半年前郵件告知博世和大陸要備貨,但是他們沒聽,于是危機爆發(fā)了。但一級供應商卻哭笑不得,整車商則明明已經(jīng)預料到了一場危機,卻只是發(fā)了一封郵件,除此之外沒有任何動作。

一個細節(jié)是,汽車芯片廠說,整機廠問他們?yōu)槭裁床簧弦拱鄟碓黾赢a(chǎn)量,而實際上晶圓廠一天24小時根本不會停,夜班一直在上。這種漫不經(jīng)心在競爭激烈的消費電子領(lǐng)域幾乎不可想象。

另一種是未雨綢繆,“跳躍”式、或“穿透”式管理供應鏈風險。

比如寶馬公司繞過一級供應商直接向晶圓廠下單,在此次危機中無虞。更為精明的是豐田,這家日系車企對于汽車芯片廠商的嚴密控制已有十年,因而也是安然無恙。

從上個世紀六十年代開始,豐田力推精益管理制度,爭取在每個環(huán)節(jié)都抹掉不必要的時間和資源浪費。這一制度在公司內(nèi)被稱為“準時制”,模仿了超市控制進銷存的方法,形成了一個便捷的電子看板系統(tǒng)。后來,包括準時制在內(nèi)的豐田管理制度被普及于整個產(chǎn)業(yè),當時的一份調(diào)查顯示,美國公司施行該制度后,庫存減少了七成。

諷刺的是,豐田最先發(fā)現(xiàn)了精益管理制度的一個漏洞:庫存。精益庫存管理越是精細,那根弦繃得越緊,幾乎沒有任何容錯空間。而汽車產(chǎn)業(yè)鏈的層級又是如此繁復森嚴,信息很不透明,到了最后,哪一層都不想壓庫存,彈性越來越低,一碰到危機,說斷供就斷供了。

由此,在2008年金融危機后,豐田建立了一個名為“救援”的系統(tǒng),深入了解其供應商層級,將大約6800個零部件的供應鏈信息存入數(shù)據(jù)庫中,使得公司能夠像股權(quán)穿透一樣摸清供應鏈的實底,找出潛在的短缺。每天、每周和每月,豐田都會與產(chǎn)業(yè)鏈上的各級供應商溝通,頻繁下達產(chǎn)量計劃,以保供應。

在經(jīng)歷了2011年311東日本大地震救援瑞薩工廠后,豐田更加強了與汽車芯片廠的直接聯(lián)系,重金入股瑞薩,以把他們牢牢捏在手里。

這種嚴密的監(jiān)控,使得豐田在芯片短缺市況下,仍能保持業(yè)務(wù)連續(xù)性。在豐田最近的財報電話會議上,首席財務(wù)官表示,公司已確保了各種零部件1到4個月的庫存。

汽車產(chǎn)業(yè)精益管理制度的發(fā)明者,卻最先背叛了這個制度,這未嘗不是一種諷刺。長久以來漫不經(jīng)心、行動遲緩的汽車產(chǎn)業(yè),最終被迫在芯片產(chǎn)業(yè)的巨變下,跟隨豐田和寶馬的腳步,走向新的變革。

04. 總結(jié)

本次汽車芯片缺貨危機,本質(zhì)上是對汽車產(chǎn)業(yè)鏈的一場極限壓力測試。危機的根源,早已深埋于長達十余年的兩大變革,一個是汽車產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)性變化,一個是電子產(chǎn)業(yè)分工史無前例的轉(zhuǎn)移。

缺貨的品種是頗為傳統(tǒng)的MCU芯片,恰恰證明,目前的汽車革命尚未進行到一個徹底的階段,但是卻毫無疑問的來到了一個轉(zhuǎn)折點。

一方面,尚未有一個更為簡潔有力的技術(shù)架構(gòu)和芯片品種替代這種零散瑣碎的MCU。另一方面,臺積電和設(shè)備商對MCU的態(tài)度猶如強弩之末,這或?qū)⑴まD(zhuǎn)此前已進行十余年的分工轉(zhuǎn)移趨勢,但是如何保證自建產(chǎn)業(yè)鏈的相對經(jīng)濟性,仍是一個難題。

或許,要真正解決汽車芯片缺貨的長期性難題,汽車廠商還得向消費電子公司來取取經(jīng)。

編 輯:王洪艷
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