2021年01月28日 | 解读中国汽车芯片的真实水平，与世界顶级差距几何？

新冠疫情对各行各业的影响仍在持续。聚焦汽车行业，全球范围的芯片短缺，已经影响不少车企的汽车生产作业，甚至威胁到了全球汽车产业供应链安全。

全球车企接连停产

其实，从去年下半年开始，芯片短缺就成了让车企们头疼的问题，但直至日前，大众汽车因芯片短缺而停产的消息传出后，才引起了广泛的关注。

2020年12月6日，大众汽车公开表示，因半导体芯片供应短缺的问题，大众将调整中国、北美、欧洲的汽车产量。

在大众扛不住芯片短缺带来的压力一个月之后，越来越多车企包括奥迪、福特、丰田、本田、FCA、日产、戴姆勒、斯巴鲁等，也相继因为芯片短缺而宣布减产停产。

那么问题来了，汽车芯片到底怎么了，为什么如此紧缺？

与时代“脱节”的8英寸晶圆

这一切还得从8英寸(20mm)晶圆的前世今生说起。

关于晶圆尺寸的演变，在业内比较公认的一种说法是：1980年代是4英寸硅片占主流，1990年代是6英寸占主流，2000年代是8英寸占主流，2008年后则是12英寸占主流。

从上表可以看到，8英寸晶圆早在1992年就已经推出市场；发展到2007年，全球8英寸晶圆产线达到了顶峰——199条，产能也达到560万片/月的历史高点。

2007年为啥是历史高点？因为2008年全球遭遇金融危机，各行各业包括半导体业遭受了重创，所以自2008年起，在金融危机和12英寸晶圆崛起的双重夹击下，8英寸晶圆厂数及产能快速收缩，到2015年仅剩178条产线。

如果按照摩尔定律，一切都朝着推陈出新的方向走，晶圆往12英寸以上的方向发展，那8英寸晶圆需求越来越少，也是合情合理历史所趋。

不过，由于8英寸晶圆芯片的应用领域非常广泛，涵盖了消费类电子、通信、计算、工业、汽车等各个细分市场，随着物联网进入成熟阶段，8英寸晶圆的需求并没有越来越少，反而有增无减。

▲这里不得不提一下8英寸和12英寸晶圆的差异，12英寸主要应用在存储器、制造CPU等高性能芯片上，比如各种PC、平板、手机等。8英寸主要应用于特色技术或差异化技术上，如各种电源芯片、摄影/指纹识别传感器、无线通信芯片、智能卡等，覆盖了几乎所有市场。

一方面是8英寸晶圆代工厂数量减少，另一方面是需求的持续增加，这些都额外的加重了8英寸产能的负担，于是到2017年，8英寸硅片的需求开始超过产能，供给紧张程度愈演愈烈。

芯片危机的导火索

说了这么多，相信大家对8英寸晶圆已有了大致的了解，重新回到汽车领域，本次汽车芯片危机中紧缺的芯片，正是应用得相当普遍的8英寸晶圆。

综上所述，8英寸晶圆并非什么高端芯片，对于芯片代工商来说，只不过是薄利多销的过时玩意儿，盈利能力远不如12英寸晶圆。

且生产8英寸晶圆的设备或早已停产、或过于老旧难以修复等，我们便不难理解，为何很多芯片代工商都停止了8英寸晶圆的生产销售，转为生产12英寸的晶圆。

一直以来，在上游芯片供应商与下游汽车生产商之间，芯片长期处于供求紧平衡局面，但新冠肺炎的发生又骤然改写了这种产业链的分布常态。

从供给端来看，2020上半年受疫情影响，原本全球车企对2020年汽车销量的预估都不乐观，一定程度抑制了汽车芯片的排产计划。

从需求端来看，2020下半年中国汽车销量激增，表现超预期，助力全球汽车全年销量约达7650万辆，强势的复苏姿态让车企和上游产业链都措手不及。

当汽车制造商希望上游芯片代工商恢复汽车芯片的产能时，代工商已经将产能分配给了同样芯片供货紧张的消费电子领域，根本来不及全口径地实现供给对接与推送。

总的来说，8英寸晶圆芯片产量不足叠加疫情影响，共同点燃了芯片危机爆发的引线。由此也不难判断，全球汽车行业的芯片短缺周期，极有可能贯穿2021年大半个时段。

汽车缺芯如同少“魂”

不得不承认的是，芯片行业的资源错配以及市场供求的错位，是导致汽车芯片短缺的更深层原因。

目前，全球从事芯片设计的厂商越来越多，但慑于成本与技术的高门槛，从事芯片制造的厂商却越来越少，使得设计出来的芯片无厂商接单制造，产能因此受到抑制。

为了拿到一点产能，业内还出现过“芯片设计公司老总给代工厂高管下跪”的尴尬局面。

更长远地观察，即便汽车芯片的供给缺口在一年内得以补平，整个市场供求紧平衡格局也不会被轻易打破，背后的根本原因就是汽车的电动化、智能化与网联化。在这样的趋势下，汽车行业对于芯片的需求口径只会成倍放大。

大体来说，汽车芯片按功能可分为三类：

第一类是负责算力的ESP（电子稳定控制系统）与ECU（电子控制单元），分布于处理器和控制器系统，如中控系统、自动驾驶与辅助系统，以及发动机、底盘和车身控制等；

第二类是负责功率转换的IGBT（绝缘栅双极型晶体管）与MOSFET（金属-氧化物半导体场效应晶体管），分布于电源和接口；

第三类是传感器，主要用于各种雷达、气囊与胎压检测。

不难发现，芯片早已成为了汽车的决策大脑以及遍布全车的神经系统。

通常一辆传统燃油车上最基本的驾驶辅助系统和导航系统，就需要50～150个芯片和传感器来控制，一辆普通的新能源汽车所搭载的芯片价值更是前者一倍之多。

其中，我们所熟知的ECU（电子控制单元）和ESP（车身电子稳定系统）分布最广，正是用目前最为紧缺的8英寸晶圆打造。大众汽车就是因ECU和ESP的短缺才导致停产停工，这两者仅仅是众多汽车芯片中的两种而已。

步入智能化时代，汽车对芯片质量和需求量的追求会越来越高。

据Strategy Analytics数据，2019年全球车载MCU（微控制单元，汽车最主要的功能芯片）安装量超过25亿。全球车载MCU的前5大供应商是英飞凌、恩智浦、瑞萨电子、德州仪器、意法半导体。这些国外半导体企业占据中国市场份额主导地位，我国汽车芯片自给率不足10%。

如此背景下，车企们用停产的方式来应对芯片危机，显然是一个无可奈何的办法，但除此之外，汽车厂家真的无法破局芯片短缺的危机吗？

中国首个IGBT全产业链

放眼国内，在全球面临“芯片慌”的大背景下，比亚迪似乎丝毫不受影响。

日前，比亚迪针对汽车缺芯“卡脖子”的问题进行了回应，官方表示公司生产的IGBT芯片已运用在各产品线，除品牌自用外，已经有外销，没有“卡脖子”的问题。

比亚迪之所以能够在如此艰难的时期不受影响，离不开其强大的自研核心技术。要知道比亚迪不单单是一个汽车厂商，更类似于华为那样，是横跨多个产业领域的多面手。

在2005年，比亚迪就组建团队进入MCU领域，2009年推出第一代IGBT技术。IGBT属于汽车功率半导体的一种，其芯片与动力电池电芯并称为电动车的 “双芯”，是影响电动车性能的关键技术，占整车成本的5%左右。

随着新能源汽车以及轨道交通等市场的崛起，IGBT市场规模与日俱增。不过在国内，中高端IGBT产能严重不足，长期依赖英飞凌、三菱等国际巨头，导致“一芯难求”。

比亚迪早就瞄准这块市场，在芯片危机爆发之前，默默布局好了IGBT全产业链，成为我国唯一掌握了材料研发、芯片设计、晶圆制造、模块设计与制造以及整车应用的IGBT全产业链的车企。

如今比亚迪不但拥有工业级通用MCU芯片、车规级8位、32位MCU芯片以及电池管理MCU芯片等系列产品，车规级MCU装车量也突破500万颗。

据统计，2019年期间，英飞凌为国内电动乘用车市场供应62.8万套IGBT模块，市占率达到58%。而比亚迪供应了19.4万套，市占率达到18%，排名第二。

毫无疑问，这标志着比亚迪一举打破了国外半导体厂商在IGBT领域的垄断。可以说，如果没有比亚迪，中国车规级IGBT市场国内企业一直被“卡脖子”的局面可能无法缓解，这确实是实情。

比亚迪IGBT 4.0与国际的差距

与此同时，经过10余年的积淀，比亚迪IGBT技术实力也取得了很大的进步，发展到了IGBT 4.0，即相当于国际第5代。

相较于友商，IGBT 4.0的损耗降低了20%，温度循环寿命延长了10倍，电流输出能力提升了15%，极大程度提升了电动汽车的综合性能。

仔细回想，比亚迪旗下的新能源车型能有那么夸张的性能表现和续航表现，IGBT 4.0可谓功不可没。

不过，从全球顶尖水平看，IGBT技术目前已发展到7.5代，第7代由三菱电机在2012年推出。而比亚迪2018年底才发布IGBT 4.0，也就是国际上第5代技术，从技术来说，比亚迪还有很长的路要追赶。

当然，相对国内其他汽车厂家，比亚迪在国内自主品牌中还是取得了一定的先发优势，面对汽车行业百年未有之变局，技术驱动将重新构建行业格局，总是没错的。

现今，比亚迪IGBT芯片晶圆的产能达到5万片/月，预计2021年可达到10万片/月，一年可供应120万辆新能源车，也就是相当于2020年新能源乘用车销售的数量。

专利方面，2007年比亚迪提出其首个IGBT专利申请。截至2020年5月8日，德温特世界专利数据库里一共有比亚迪公开的130个IGBT专利族，包括231条专利记录，其中70%的专利布局于中国大陆。

写在最后：在这场波及全球的芯片危机中，比亚迪的“淡定”给了业内不少的启示。

车企要想在市场竞争日趋白热化的环境中站稳脚跟，光是造出好车还不够，必须创造属于自己的技术优势，在核心领域获得一定的话语权，才能和国际巨头掰一掰手腕。

值得注意的是，此次汽车芯片危机的根源，与其说是因为8英寸晶圆产能的紧缺，不如说是汽车底层芯片与时代的脱节——即使所有芯片代工厂更换为8英寸晶圆来应对危机，也只是治标不治本的无奈之举。

从严格意义来说，8英寸晶圆本身不算是真正的“卡脖子”技术，毕竟8英寸晶圆已经有着30岁的“高龄”，老旧的底层技术终会被新技术所替代。

在滚滚向前的时代大潮下，汽车全产业链如何跟随时代的脚步，保持与时俱进，或许才是解决芯片危机真正的难点。