汽车行业缺芯问题,没有随着时间的推移得以解决,甚至有愈演愈烈之势。


8月24日,博世集团董事会成员Harald Kroeger在接受CNBC采访时称,随着全球芯片短缺加剧,汽车行业的芯片供应链已经崩溃。他表示,芯片供应链问题在过去都是由汽车行业悄悄处理,但现在是时候改变了。车企和芯片供应商应考虑如何改善芯片供应链。


这已经不是欧美第一次提出重构汽车芯片供应链的想法。早在今年2月,美国总统拜登即表示,将争取国会拨款370亿美元,用于提振国内芯片生产,重构芯片供应链;3月,欧盟也提出扩大区域内尖端半导体生产,力争到2030年半导体产值在全球市场的份额不低于20%。


如果说,早起欧美提出芯片产业链重构主要是出于本地区利益,意欲打造更为独立的供应链体系。而如今随着缺芯问题越发严重,博世所谓的“改进芯片产业链”短期内可能更多的是希望芯片能向汽车产业倾斜,保证行业有序运行。

 

芯片全产业链高度集中

半导体芯片产业链庞大而复杂,可以分为上游支撑产业链,包括半导体设备、材料、生产环境;中游核心产业链,包括设计、制造、封装测试;下游需求产业链,覆盖汽车电子、消费电子、通信、计算机。

 

自1987年以来,芯片产业全球高度分工,欧美主导设计等上游环节,东亚负责制造和封测等下游环节。整体来看,截至目前,美国、日本、欧洲、中国台湾地区形成对上中游核心产业全覆盖,依靠技术自主可控垄断半导体产业。

 

2020年全球前十大半导体设备厂商销售额

2020年全球前十大半导体设备厂商销售额

 

从半导体设备来看,全球范围内的半导体设备龙头企业以美国、日本和欧洲公司为主,呈现寡头垄断,CR5市占率超过65%。且虽然下游客户比较集中,但设备厂商利润依然很高,设备厂商掌握定价权。

 

2021年第一季全球前十大芯片设计公司营收

2021年第一季全球前十大芯片设计公司营收

 

从芯片设计来看,IC设计和创新的主场地依然是美国。据市场研究公司集邦咨询发布的2021年第一季全球前十大芯片设计公司营收排名来看。前十大芯片设计公司中,美国公司占据6家,位居三甲的高通、英伟达、博通均为美国公司;英国1家,Dialog;中国台湾3家,分别是联发科、联咏科技、瑞昱半导体。华为的海思公司此前在全球芯片设计公司中排在前十,但在美国“制裁”后,营业收入下滑明显。

 

以芯片制造来看,台积电是绝对龙头。据集邦咨询发布的2021年第一季度全球十大晶圆代工厂商的营收榜单来看,排名第一的依然是台积电,三星紧随其后,第三名之后的厂商依次为:联电、格芯、中芯国际、力积电、高塔半导体、世界先进、华虹半导体和上海华力(华虹半导体与上海华力同属华虹集团)。大陆厂商中芯国际和华虹半导体和上海华力虽都入围Top 10,但这三家的份额加起来仅6%,且制程工艺远落后台积电两代以上。

 

2021年第一季度全球十大晶圆代工厂商营收榜单

2021年第一季度全球十大晶圆代工厂商营收榜单

 

值得一提的是,目前MCU主要采用8英寸晶圆工艺制程,由于工艺成熟度高,芯片企业对8英寸晶圆产能投资非常谨慎,传统汽车芯片IDM企业越来越多采用芯片代工模式。随着全球主要的汽车芯片企业将越来越多制程的MCU产能代工给台积电,台积电汽车MCU产能一家独大,出货量约占全球出货量的70%。

 

以芯片封测来看,中国台湾和大陆占据着较为领先位置。据芯思想研究院发布的2020年全球封测十强榜单来看,中国台湾有五家企业,包括日月光ASE、力成科技PTI、京元电子KYEC、南茂科技ChipMOS、颀邦Chipbond,市占率达到46.26%;中国大陆有三家企业,包括长电科技JCET、通富微电TFMC、华天科技HUATIAN。市占率为20.94%。另有一家美国企业,一家新加坡企业。相比2019年,前十企业占比进一步加大,集中度加剧。

 

 2020年全球封测十强榜单 

2020年全球封测十强榜单

 

而从下游需求端来看,无论是智能汽车还是计算机、汽车等,都需要大量的芯片,且需求量不断增加。但由于消费电子芯片更新换代速度更快、制程更先进、利润更高,因此对于产能有限的代工厂来说,更愿意选择生产利润更高的消费电子芯片。以台积电为例,2020年汽车芯片仅占台积电总销售量的3%,远远落后于智能手机芯片48%、高性能计算芯片33%。

 

多重原因致汽车芯片市场失衡

正是因为芯片市场极度集中,所以一旦重点地区出现问题,整个产业面临失衡。

 

今年以来,芯片产业天灾不断。2月,日本发生规模7.3级大地震,影响了瑞萨汽车芯片工厂生产;同样是2月,美国德克萨斯州遭遇难得一见的恶劣暴风雪,导致NXP、英飞凌、三星等芯片巨头在当地的工厂停工;3月,日本瑞萨的一间12英寸芯片工厂发生火灾,导致停工;8月,马来西亚疫情反复,导致博世、英飞凌、采埃孚、英特尔等纷纷停工停产……

 

可以说,意外事件频出加剧了芯片短缺,但这只是原因之一,汽车芯片短缺尤甚原因复杂。
 

新能源汽车芯片增量结构图。资料来源:平安证券

新能源汽车芯片增量结构图。资料来源:平安证券

 

一是,市场对汽车芯片需求预估不足。随着中国疫情率先得以控制,乘用车市场的快速复苏超出行业预期,车企芯片对需求预估过低导致供应不足。特别是新能源汽车销量的增长,相比燃油车,对芯片需求成倍增加。

 

二是,消费电子领域抢占部分份额。一方面,疫情造成大量芯片产能用于生产医疗器械等领域;另一方面,疫情期间,居家办公、网课等成为大多数人的最佳选择,带动了笔记本、平板等电子产品的需求增长。各大晶圆代工厂为了全力生产消费电子领域所需的芯片,进一步下调了今年汽车芯片的产能。
 

2020年台积电营收按应用分类。资料来源:西部证券

2020年台积电营收按应用分类。资料来源:西部证券

 

三是,长期以来全球8 英寸晶圆产能紧张,车用芯片供给紧缺。目前晶圆厂的产能主要分为6英寸、8英寸和12英寸,其中8英寸和12英寸的应用量最大。8英寸晶圆的应用涵盖了汽车、消费电子、通信、计算、工业等各个领域。目前很多芯片代工商都已经停止了8英寸晶圆的生产销售,转为生产12英寸的晶圆。截止到2019年,全球还在生产8英寸晶圆的工厂已经不足200家,需求大,而产能小。

 

另有观点认为,美国对中国芯片的“封杀”,打乱了原本高度分工明确的芯片市场,一定程度上加剧了“阵痛”。最新消息,据路透社报道,两名知情人士透露,美国官员已经批准了华为为其汽车零部件业务购买芯片的许可证申请。

 

此外,2020年末开始,汽车行业出现恐慌性囤货,芯片紧张度增加。

 

那么,缺芯问题到底什么时候能改善呢?目前没有人能够给出准确答案。

 

可以预见,恶劣天气、火灾等问题能快速解决。不过一方面,虽然中国新冠疫情控制较好,但国外整体疫情依然严峻,随时影响芯片制造生产;另一方面,目前大部分汽车芯片采用8英寸晶圆成熟制程,而近几年来鲜有新的8英寸厂投建,且新建晶圆厂到量产通常需要两年以上,故芯片有生产周期较长、产能不容易增加的特点。从时间上看,获取新的芯片订单估计需要6个月左右,而完成订单或许将花费相同或更久的时间。

 

因此,各大机构预测,汽车半导体芯片短缺至少持续到今年底甚至2022年或更晚。

 

中国期望抓住机会前行

由于现阶段海外疫情仍有不确定性,半导体供应链的安全性持续受到威胁。有观点认为,在当前环境下,优质的国产半导体设备、材料厂商有望受益于行业产能扩张,国产替代将迎来绝佳机遇。

 

2010-2020年中国大陆设计销售额(亿元)及同比增速。资料来源:西部证券

2010-2020年中国大陆设计销售额(亿元)及同比增速。资料来源:西部证券

 

毫无疑问,近年来,中国大陆半导体产业保持快速增长态势。2019年国内芯片设计销售总额达到3778亿元,同比增长23.3%。2019年全国共有1780家芯片设计企业,相比2018年新增82家。芯片设计产业主要集中在长三角、珠三角、京津环渤海地区,三地分别贡献了国内本土芯片设计产值的34%、38%、19%。

 

目前,中国大陆芯片公司在消费终端已实现一定程度的国产替代,存储、射频前端、毫米波、传感器等是重要替代方向。

 

 

我国半导体产业链。资料来源:西部证券

我国半导体产业链。资料来源:西部证券

 

但整体来看,距离国际还有很大的差距。以毛利率为例。无论是芯片设计、制造,还是封测测试环节,中国公司毛利率目前都低于国际水平。以各环节行业龙头来看,典型毛利率约为设计50%以上,制造40~50%之间,封测20%左右。中国公司毛利率低于国际水平,设计20~50%之间,制造30~40%,封测15~20%之间。

 

具体到汽车芯片,对外依存度较高。根据中国海关总署的数据,2019年中国的芯片进口额达到3055.5亿美元,出口额为1015.8亿美元,芯片贸易长期处于逆差状态。国外汽车芯片厂商依托在传统MCU芯片领域建立起来的绝对优势,依然占据汽车芯片市场的主导地位。公开数据显示,目前全球车载芯片的前五大供应商是英飞凌、恩智浦、瑞萨电子、德州仪器和意法半导体,五家企业占据着全球汽车芯片约50%的市场份额。

 

技术上,我国芯片公司与国际领先技术相比更是有很大差距。首先,汽车芯片的生态系统建设周期长、难度大,尤其是MCU技术的整合上,中国在短时间内追赶的难度大;其次,中国汽车芯片的测试和认证体系尚不完善,相关行业标准缺失,与国外的芯片产业相比较为滞后;第三,汽车芯片市场准入标准高,主机厂与芯片企业需要进行整体战略合作,而当前的商业模式尚不明确。

 

全球半导体产业的四次转移。资料来源:西部证券

全球半导体产业的四次转移。资料来源:西部证券

 

不过,随着2020年的“缺芯”危机爆发,国产汽车芯片厂商确实迎来新的机遇。华西证券认为,全球市场的芯片需求缺口巨大,急需中国企业“补位”;而且全球芯片行业市场集中度高,国产芯片厂商有望打破市场平衡;国内对新冠肺炎疫情的有效防控以及国内有利的市场环境也将助力国产汽车芯片的进一步发展。

 

清华大学教授魏少军曾在为《芯事》一书写推荐序时称,“中国的芯片技术和产业发展还需要至少20年和一代人的努力才有可能攀上世界的高峰。”而此次国内良好的防疫措施,或为汽车芯片的国产替代提供较为有利的条件,供应链安全问题或将促使部分产能向中国大陆转移,加快中国芯片产业向国际追赶的进度。