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车用晶片供应链历经疫情冲击，晶片缺货的状况尚未全数缓解，在晶片供不应求的情况下，车用晶片需要长时间验证的特性，为汽车供应链带来更艰难的挑战。为此，晶片供应商透过优化整体晶片开发流程，确保在不压缩验证时间的前提下，提高晶片生产速度。而车厂经历晶片断链危机后，与供应链厂商的互动模式转变，除了过去与Tier1厂商紧密合作，现阶段也强化与IDM厂的联繫，以强化对于晶片供应状况的掌握度。
2020年初COVID-19疫情严峻，车用晶片出现缺货潮。当时车用晶片的生产与封测受到亚洲封城影响，且车厂在疫情前减少晶片订单，因此当疫情下的汽车销售量大幅成长，晶片供不应求的情况显得更为难解，缺货状况直到2022下半年也尚未见到全面缓解。摩根大通(J.P.Morgan)研究显示，2022下半年可用的晶片将会增加，然而可用的晶片类型，可能无法解决所有的车用需求，其中福斯汽车(Volkswagen) 便认为，2024年车用晶片供应量才能满足汽车产业所有的晶片需求。现阶段由于终端市场，尤其PC、智慧型手机等消费电子产品从2022年3月开始需求疲软，中国台湾的晶圆代工厂开始释放部分的产能，来生产在疫情期间产量较少的车用与工业用晶片。然而传统燃油车需要的多是成熟製程的晶片，因此消费电子让出的产能，对于缓解车用晶片缺货潮的帮助有限。
三大因素导致断链
资策会MIC资深产业分析师何心宇提及，车用晶片的市场长期稳定，基本上都维持在高毛利率但不会快速成长的状态。然而受到疫情衝击，车用晶片供应链出现断链危机。导致车用晶片缺货的因素主要有三个，一是在2019年底疫情爆发后，2020年车厂低估消费者对汽车的需求，因此向Tier1砍单，Tier1便要求IDM厂减少晶片供应。然而疫情期间，个人交通工具的需求量大幅增加，车厂看到市场需求后即时要求Tier1供应晶片，然而负责供应晶片的IDM厂在Tier1砍单后，将产能用于供应消费电子，导致车用晶片供应严重递延，缺货情况持续超过一年仍未缓解。
其次，传统燃油车95%的晶片以40nm以上的传统製程为主，当疫情同时带动汽车与电子产品需求，消费电子晶片也有庞大的传统製程产能需要，包含PMIC、驱动IC或是记忆体等产能，便会排挤车用的传统製程产能。消费电子与车用晶片出现抢产能的状况，车用晶片虽然毛利较高，但是过去大多以IDM厂自给自足的形式供应，并未将晶片生产的需求释放到代工厂。当成熟製程的车用晶片不足，IDM厂向代工厂下单，代工厂不一定有多馀的产能可以支援生产，且车用晶片的产线需要经过验证、良率要求高，因此即便代工厂有馀裕提供产能，晶片生产转换也需要一段时间。
第三个则是长期的影响因素，近年汽车的型态与功能大幅转变，先进驾驶辅助系统(ADAS)与电动车的发展都拉高车用晶片的先进製程需求。相较燃油车只有5%的先进製程晶片，电动车的晶片有50%需要先进製程。但是IDM厂原先的投资重点都是传统製程，因此先进製程晶片需要委託代工厂生产。另一方面，IDM厂如英飞凌、意法半导体考量到车用晶片产能不足，在2020~2021年宣布扩产，但是晶圆厂从开始扩产到能够提供产能，最少需要两年的时间，因此粗估到2024年才能提供车用晶片产能。
流程优化加速晶片生产
从验证厂商的角度观察车用晶片供应链的变化，宜特科技可靠度工程处副总经理曾劭钧(图1)表示，2022年第一季开始，消费性电子的晶片市场因为库存较高，供应链的需求稍微下滑，而新的车用晶片验证数量增加，因此可以推估需求上升且晶片供应商现有的产能较难应付。因为当晶片供应商的产能遭遇瓶颈，晶片生产需要转厂，而车用晶片转换晶圆厂生产，或者封测转移到不同的专业封测厂(OSAT)，都需要重新验证。
图1 宜特科技可靠度工程处副总经理曾劭钧
车用晶片与消费电子晶片最大的差别在于，车用晶片对于可靠度与安全性的要求更高，因此开发过程需要历经更长时间的验证。然而在车用晶片供不应求的情况下，车厂需要透过优化IC设计流程及提早规画验证等策略，以同时确保晶片安全性且加速整体晶片生产的效率。曾劭钧说明，一般的消费性电子晶片在Tape out之后，通常三个月内包含设计与验证都要完成，接著准备要量产上市。而车用晶片的安全性需求与生命週期不同，需要在生命週期更长，且产品与使用者人身安全相关的条件下，历经长时间且严格的验证才能上市。通常车用晶片供应商会提前一年与验证实验室联繫来年将上市的产品，以安排顺畅的验证流程，确保产品如期上市。
随著未来车用晶片的算力与功能越来越複杂，车用晶片的验证与测试时间只会有增无减，且验证的时间无法压缩，因此只能从整体的IC设计流程进行优化。例如，车用晶片的生命周期通常是5~10年，所以供应商会跟实验室讨论产品在验证完成之后的On-going Reliability Test(ORT)计画，计画将会长达3~5年，确认每个阶段的测试项目，确保晶片的设计与製造效率。
安森美便是透过优化晶片的开发与验证流程，来提升供应晶片的效率。安森美中国区现场应用工程总监吴志民(图2)指出，通常半导体验证流程只有在产品开发完成后才会开始，为减少汽车半导体的验证时间，安森美在产品开发期间针对部分产品採用前瞻性可靠性(LAR)测试。LAR测试的结果有助于及早发现设计问题，并在早期开发阶段解决问题，以确保稳定的产品品质。对于安全至上的车用晶片，安森美依照ISO 26262功能安全指南，开发符合ASIL B级到ASIL D级标准的产品。
图2 安森美中国区现场应用工程总监吴志民
曾劭钧进一步说明，车用晶片入门的安全门槛是确保可靠度的AEC规范，功能性安全相关规范则以ISO 26262为主。一般车用晶片的设计与验证架构可以参考ISO 26262中的V Model，V Model左半部提及晶片的规范与规格，右半部则是测试及验证相关规定，IC设计的第一步便是确保规格与测试规范相符。此外，美国汽车工程师协会提出的SAE J1879规范中，详细说明晶片设计流程如何满足车用电子的需求。以客户退货为例，由于车用晶片的生命週期较长，产品可能在市场上销售3~5 年，因此晶片商可以透过市场反应，以及客退的经验持续优化产品，将产品遇到的情境与问题纳入IC 设计的知识架构中，便能有效修正既有产品的问题，提高未来开发的产品品质。
IDM厂与车厂建立联繫
受到断链危机的衝击，车用供应链的互动出现变化。吴志民表示，以往车用晶片供应以IDM厂设计并生产晶片供应给Tier1厂商，再由Tier1厂商整合系统后，供应产品给车厂。因此汽车OEM以往依赖Tier 1供应电子系统，晶片供应商是供应链中的Tier 2或Tier 3。但是随著整车中的晶片用量越来越高，可能出现的半导体短缺问题对于车厂的影响力道也更强。因此汽车OEM厂开始与晶片供应商建立直接联繫，期望加强对晶片设计与供应的掌握度。这对晶片供应商是有利的，因为数量需求和技术路线图(Technology Roadmap)更为透明，晶片供应商因此更了解车厂的晶片需求，能够开发更精准的产品。
整体而言，晶片供应商与车厂面对2020年开始的晶片缺货潮，各自祭出不同的策略。晶片供应商从整体晶片开发的角度，尽可能完善规画设计、测试及验证流程，试图提高开发流程效率。而车厂为了避免未来可能再次发展的断链风险，强化与IDM厂的合作，提高对于晶片供应，甚至晶片设计的掌握度。
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