车厂造芯,表面上是为了应对汽车芯片紧缺,但实际上是为了打破原有产业链格局。无论采用何种方式,不可改变的是,tier1公司的价值将会被大大削弱。

 

 汽车行业缺芯有多严重?

 

回顾2021年,“缺芯”是整个汽车行业面临的最大难题,从整车到相关零部件企业几乎都受到波及。让人们记忆犹新的一幕是,一群车企老总蹲到了上海博世中国总部等着要芯片,逼得博世中国高管相约要去“跳楼”。

 

其实早在2020年下半年,汽车行业缺芯就已现端倪,一直延续到2021年下半年才开始全面爆发。全球芯片供应平均交付周期由2020年11月的13周延长至2021年11月的22.3周。受此影响,根据AFS测算,截至2021年12月12日,全球因“缺芯”减产1023万辆,中国减产198.2万辆,约占19.4%。有机构预测,芯片持续短缺将导致全球汽车行业2021年收入损失2100亿美元。

 

图:2020年8月17日,博世中国副总裁徐大全发布的朋友圈

 

从供应端来看,StrategyAnalysis数据显示,2020年海外厂商瑞萨、恩智浦、英飞凌、赛普拉斯、微芯科技、ST在车规MCU市场市占率高达90%。意法半导体(以下简称:ST)3月底最新发布的涨价函再次预警,汽车企业或仍将持续陷于车规MCU的供不应求困境。市场流传的ST涨价函中,ST表示由于全球半导体供应短缺,且短期内没有缓和的迹象,原材料成本以及能源、物流成本已超出公司负荷,ST决定在2022年第二季度提高全线产品价格,包括现有积压未交付订单。

 

在涨价函的背后,电子元器件分销商富昌电子最新市场报告也显示,ST、瑞萨、英飞凌、NXP、Microchip等全球五大MCU巨头车规产品均有价格上涨和交期拉长的趋势。

 

图源:富昌电子,统计截至4月11日

 

瑞萨电子的MCU产品交期也长达38周起,汽车级产品交期达到45周,货期趋势拉长,价格需根据最新市场情况调整。

 

英飞凌方面,英飞凌汽车产品和ST一样无具体货期,呈现紧缺态势,子公司CypressMCU货期45周起。

 

NXP的汽车级产品也是遥遥无期

 

芯片带来的影响十分明显,MCU、IGBTMOSFET、逻辑IC和模拟IC等芯片缺货严重,直接导致一众车厂产能锐减。汽车厂商中,大众、福特、丰田、通用、宝马、现代(包含起亚汽车)等均于近期表示缺芯,导致汽车减产或减配交付。其中福特甚至公开宣布将销售缺少部分非安全关键功能芯片的“半成品”车辆,并承诺一年后再将芯片补发给经销商,将原本前装的芯片变成了“售后服务”;而现代汽车集团则宣布,“应交未交订单、因缺料等理由而无法出货的订单”数量已超过100万台。长城汽车约10万辆产能受影响;吉利上半年约15%~20%的销量受到影响。即便供应链管控能力强如特斯拉,也在2021年第一季度和第二季度财报中透露公司面临着严峻挑战。

 

 为什么汽车芯片如此紧缺?

 

为什么汽车芯片缺货会这么严重?

主要有几点原因:

第一是需求量大增。智能网联汽车成为汽车产业发展的新方向,以前燃油车使用芯片就几十颗,现在则需要上百颗。

以某一类新能源汽车为例,2025年,芯片在汽车中的成本预计会从目前约4500元/车上升至8000元/车,到2030年进一步上升至约15000元/车。以汽车ECU系统需求为例,ECU中均需要MCU芯片,根据中国市场学会汽车营销专家委员会研究部的数据,普通传统燃油汽车的ECU(电子控制单元)数量平均在70个左右,豪华传统燃油汽车ECU数量在150个左右,而以智能为主打的汽车ECU数量在300个左右。由此,单辆汽车MCU用量在新一代汽车ECU系统中较原来有2-4倍的涨幅。StrategyAnalytics数据显示,在传统燃油车中,MCU价值占比最高,达到23%,在纯电动车型中,MCU的价值占比排名第二,为11%。

 

英特尔CEO帕特·基辛格(PatGelsinger)预测,到2030年,芯片将占高端汽车物料清单(BOM)的20%以上,比2019年的4%增长5倍。另外,到2030年,汽车芯片的总体市场规模增长将超过一倍,达到1150亿美元,约占整个芯片市场的11%。

 

 

资料来源:StrategyAnalytics、盖世汽车、国海证券研究所

 

第二是上游制造产能紧缺。从供给端看,2020年初开始在全球暴发的新冠疫情深刻影响了全球半导体产业链,一些工厂停工停产导致产能压缩。受日本地震和地缘政治冲突等因素的影响,海外MCU企业面临短暂停工和氖气等半导体生产材料上涨等考验。

 

此外,某些国家在全球市场肆意挥舞单边制裁大棒,不仅严重损害了中国企业利益,也导致全球企业“恐慌性备货”。美国政府制裁华为,中国的手机厂家不得不高价向台积电等公司采购芯片,导致这些芯片厂家的产能转移到手机芯片当中。

 

当然,汽车芯片缺货还有一些比较深层的原因。首先是因为以往汽车行业不缺芯片,属于买方市场。车厂习惯于采用JIT经营模式进行零库存管理。然而近两年疫情冲击下,车厂没有意识到芯片行业已经变成了卖方市场,很多车厂心态还没完全调整过来,仍然采取低库存、甚至零库存的采购政策,将所有备货风险都交给了tier1公司,使得汽车供应链安全出现了问题。

 

相信这一次汽车芯片缺货,给了众多车厂一个教训,特别对于一些核心器件的备货,以后估计会提高库存水位,同时加强供应链安全,保持一个常态化的备货。

 

 不造芯片的车企不是一家好科技公司?

 

对于车厂来说,缺芯浪潮带来了新的选择。是坚持寻求与更加靠谱的Tier1合作获得芯片,还是踏上自主造芯的陌生土地?

从路径依赖的角度,当然还是与Tier1合作更好。

 

去年春季,吉利汽车宣布与芯聚能半导体、芯合半科技等公司合作成立的广东芯粤能半导体有限公司,在今年年初进入项目主体结构施工阶段。去年年初,上汽宣布与地平线达成全面战略合作,长城汽车完成对地平线战略投资。今年,地平线宣布了合作车型落地计划,地平线基于征程2芯片打造的HorizonMatrix Mono辅助驾驶解决方案,将开始陆续搭载至上汽通用五菱的多款车型。

 

上汽通用五菱宣布,将与国内多家芯片企业联合打造一个开放共享的国产芯片测试验证与应用平台,加快芯片国产化应用,并首次公开展示了五菱芯片。据介绍,首款五菱芯片是一款32位车规级MCU,是上汽通用五菱从上海芯旺微电子定制或双方合作开发的产品,属于芯旺微电子旗下KF32A系列产品,型号为KF32A150MQV。

 

特斯拉自研的FSD芯片

 

另一条比较艰难的道路则是自己组团队做芯片。这里的代表厂商就是特斯拉。特斯拉自研芯片的计划始于2014年,2015年秘密组建了芯片自研团队。彼时特斯拉第一代Autopilot上使用的AI芯片来自Mobileye,随后第二代更换了英伟达。直到2019年4月,特斯拉自研的FSD芯片正式在量产车上搭载。特斯拉决定自研芯片的理由可能会跟许多车企相似,那就是自己控制节奏、不存在数据归属问题,对于Mobileye、英伟达等芯片供应商的产品与自家产品的匹配度、以及高成本感到不满意。

 

特斯拉之后,包括蔚来、小鹏等造车新势力,后有大众、现代、吉利等众多传统车企,纷纷对外宣布了其自研芯片的计划。去年2021年10月27日,零跑在北京发布了自主研发的车规级AI智能驾驶芯片——凌芯01。零跑汽车公开数据显示,其自研的“凌芯01”智能驾驶芯片,算力达到4.2TOPS,可接入12路摄像头实现2.5D的360°环视、自动泊车、ADAS域控制以及近L3级别的智能辅助驾驶功能。

 

当然,号称自主研发的凌芯01其实是零跑与安防行业巨头大华股份联合研发的,而大华股份也是零跑汽车的主要投资人。零跑汽车还放言“不造芯片的车企不是一家好科技公司”。此外,蔚来和小鹏都在组建AI芯片团队,方向为自动驾驶计算芯片。

 

相比传统车企,造车新势力的动作非常迅速,几乎跟随特斯拉同一时间踏上了自研芯片的道路。不过有业内人士表示,造车新势力造芯,可能更多还是从资本市场上考虑,在大规模缺芯的背景下,给资本市场带来更大的想象空间。另外,造车新势力也在谋求改变以往的金字塔型的汽车供应链,与tier1厂商争夺产业话语权。

 

实际上,自研芯片的周期很长,而且失败的几率很大,远水解不了近渴,特别是对于自动驾驶芯片这样的高端芯片,没有长时间的积累是很难获得成效的。

 

与造车新势力们相比,提早布局半导体领域超过十五年的比亚迪则显得更加务实。比亚迪半导体股份有限公司成立于2004年10月15日,次年,成立了IGBT功率芯片团队。长期以来IGBT芯片技术一直被垄断在英飞凌、富士电机、三菱等外资企业手上,比亚迪是首先打破其垄断的国内企业。此外,比亚迪半导体从2007年进入MCU领域,2018年推出了第一代8位车规级MCU芯片。比亚迪的首款车规级MCU芯片,也是首款国产量产车规级MCU芯片。迄今为止,比亚迪半导体的车规级MCU装车量已超过500万颗,搭载了超50万辆车。若加上工业级MCU,它的累计出货量已经超过20亿颗。

 

正是因为提早多年的布局,在如今各大车企为了汽车芯片而头痛的情况下,比亚迪则没有受到太大影响。值得一提的是,比亚迪半导体与业界其它的芯片设计公司不同,它是IDM模式,从芯片设计、制造、封装和测试都可以自己搞定,所以产能也不受影响。

 

国内车企造芯进展统计,来源:公开资料整理

 

今年以来,工信部已经组织编制了《汽车半导体供需对接手册》,进一步疏通汽车企业与芯片企业之间的供需信息渠道,为供需双方搭建交流合作平台;并鼓励发挥中国汽车芯片产业创新战略联盟的作用,助推企业之间的合作,促进汽车芯片短缺问题的逐步解决。这种情况曾有先例。日本丰田就曾通过建立传统的Keiretsu企业联盟,直接从强大的供应商关系中受益。

 

 车厂自研造芯,有这么简单吗?

 

对于车企自研芯片,业界质疑之声很多。

 

相比于消费类芯片,汽车半导体对性能要求严苛,车规级认证对半导体产品的可靠性、一致性、安全、稳定性、寿命等方面要求更高。具有研发周期长、高投入、高风险的特点,车企自研芯片是一条多艰的道路。

 

在2020年及之前,我国车企的芯片供应基本依靠进口,少数海外大厂掌握着车规级芯片的全球供应,其产品标准也决定着全行业对此类产品的标准认可。加上车规级产品更替成本高,车企往往不愿意轻易替换既有产品。这也是我国车规级产品上车难的重要原因。

 

消费级MCU的不良率只要≤200DPPM就可以了,但车规级MCU要≤1DPPM,这就意味着每百万个MCU,最多只能有一个不良品。另外,消费级MCU的工作温度范围在-30-85℃,而车规级MCU的运行环境相对恶劣,往往要求-40-125℃;车规级MCU的工作寿命一般要超过15年,消费级MCU要求3-5年即可。

 

以车规级MCU为例,国内芯片企业中已有兆易创新、芯海、芯旺微电子、比亚迪半导体、国芯科技、杰发科技、赛腾微、小华半导体、航顺、琪埔微、国民技术等公布其车规MCU产品的商业化进程。不过,由于各大国内芯片企业车规MCU项目的启动日期不一,且车规级MCU产品验证周期长、技术壁垒高,目前能量产上车的国内芯片屈指可数,部分国产MCU产品在2022年才通过产品测试,距离批量商业化落地还有一定的距离。

 

不过,随着越来越多的本土车厂加入自研芯片的道路,国产车规级芯片获得了更多上车认证的机会。而车企与芯片企业的跨界合作,很大程度上为车规级产品上车验证开了绿灯。甚至从另一方面来看,中国车厂有可能重新定义车规级产品的标准。

 

目前来看,相对于造车新势力的重点是发力自动驾驶芯片。传统车厂对于芯片的需求则更加务实或者说保守,比如比亚迪、中车时代、智新半导体就重点发展IGBT等功率器件,而上汽通用五菱则主要发力MCU。许多车企都选择了这一轮缺芯最严重的MCU进行自研,虽然相比高性能的自动驾驶芯片难度更低,但市场上已经有足够多可供选择的MCU,车企能否全面应用在自家产品中,影响着传统车企造芯的成败。

 

汽车主机厂自研芯片最大的优势在于对应用场景的了解,不担心没有客户,芯片从设计到验证的流程更快。不过,汽车主机厂自研芯片的劣势也非常明显,由于整个汽车芯片行业人才的缺乏,能够招到合适的人才,并且在汽车公司的体系下设计出合适的芯片本身就是挑战。

 

在全球范围内有成功设计并量产汽车芯片的人才本来就不多,要保证芯片的安全可靠,需要在行业里有十多年甚至数十年的经验,而经验的积累,一半都是教训。多位业内人士都表达了这样的担忧,一方面全球汽车芯片的人才非常少,如果让一位芯片软件(或硬件)工程师去做产品经理,结果肯定不会好。另一方面汽车主机厂可能对芯片行业的认知不深,太过乐观,就很难定义出符合实际应用需求的芯片,增加自研芯片失败的概率。

 

此外,软件和生态层面的挑战比芯片硬件的挑战更大。这是因为,要发挥自研芯片的硬件性能优势,必须有更好的软硬融合。而要开发出一套好用的软件栈,需要花费的时间远比设计出一款芯片更久。

 

汽车企业下场造芯,解决了车规级芯片企业最为关注的“上车验证机会”这一大难题,但也带来了新的问题:与车企建立资本合作关系的芯片企业,该如何保证其产品对于其他下游客户的通用性?与某家车企建立起的品牌关联,是否将成为阻碍芯片企业市场拓展的绊脚石?很多业内人士担心,盲目造芯可能导致国内芯片企业同质化、低端化项目频出,难免最后留下“一地鸡毛”,不仅造成资源浪费,还会拖累产业发展。

 

如果国内布局的车规级汽车芯片,包括功率器件、传感器、汽车MCU、电源管理等,无法在产品质量和生态上跟意法半导体、德州仪器、英飞凌国际巨头直接竞争,而只是满足于解决目前缺货,发展低端产品,未来有可能导致国内企业之间“低端内卷”。

 

结论:车厂造芯,谁最受伤?

 

最后,笔者认为,所谓的自研芯片可以看成两类:一类是“真自研”,另一类是通过第三方的“贴牌自研”。

 

除了特斯拉、比亚迪这样少数多年前就开始自研芯片的车厂外,笔者认为车厂跟第三方供应商进行“贴牌自研”更符合目前的汽车产业环境。

 

此前几十年,汽车芯片市场基本被恩智浦、瑞萨电子、德州仪器、英飞凌等外国传统汽车芯片巨头所垄断。这一次的芯片缺货潮,一个很大的正面意义,就是越来越多的本土车厂开始选择与本土的第三方芯片公司进行合作。比如以兆易创新为首的国内头部MCU厂商,工控和车规占比逐年提升,M4、M33以及M7等面向中高端应用的产品型号不断丰富。所以,汽车芯片缺货不完全是坏事,对国内MCU厂商最大的意义不在于价格的跟涨,而是可以借此加速导入工控、汽车等高端客户的导入,加速产品结构的升级和国产替代的节奏。

 

最后,笔者认为,随着汽车智能化加剧,汽车产业迟早也会走上手机产业的老路。一方面车厂跟第三方芯片厂商通过“贴牌自研”的方式进行合作,车厂借助芯片厂商的平台快速提升自身的研发能力。另一方面,车厂也会逐渐谋求从一些边缘器件入手,逐渐实现真正的自研。在这个过程中,第三方的本土汽车芯片厂商将通过洗牌,最终出现几家本土巨头,而大多数的车厂自研团队则会失败,成为最具有规模优势的车厂芯片团队的养料。无论采用何种方式,不可改变的是,tier1公司的价值将会被大大削弱。