汽车半导体短缺现象的过去、现在和未来

对于电子供应链来说，短缺和供应受限并不是什么新鲜事，但对于汽车领先者来说，2020年以来的一系列事件、产品规划方面的挑战、多层供应链的动态以及地缘政治因素，都导致了一场许多人所称的“完美风暴”——这场风暴使我们深深陷入了全球半导体短缺的泥潭，并将一直持续到2021年下半年。

如何理解正在发生的这一切？我们可以为未来学到什么？毕竟，汽车正变得越来越复杂，随着自动驾驶汽车的出现，这种复杂性只会增加新汽车设计中对半导体含量和关键电子元器件的需求。我们可以分析汽车电子的过去、现在和未来，以及该行业将需要如何改变，以防止或缓解短缺。

过去：1970-2019

目前形势的根源可以追溯到1970年的“准时生产”(JIT)，JIT最初是一种管理哲学，专注于按需求来生产产品，但现在已转向尽量减少制造过程中的浪费。

这一理念在丰田的日本制造厂中得到了发展和完善，在过去的几十年中，它已经成为整个汽车工业的主要生产模式。当然，这种方法的问题在于它的稳定性取决于是否有一个持续和可靠的供应来源。

汽车行业对其供应链中典型部件的影响，使得它们能够像这样持续几十年，几乎没有库存，并专注于持续的成本效益。然而，当这种供应链模式扩展到更具灵活性的电子商品和标准集成电路时，出现了新的挑战，后者拥有更广泛的客户群，包括消费类电子巨头和智能手机制造商。

通信和5G价值链等平行产业对这些共同商品的供应连续性和成本驱动因素都产生了重要的间接影响。值得注意的是，地缘政治紧张局势和贸易协定最近的变化是最近不确定性和破坏的根源。

也就是说，在特朗普政府执政期间，美国和中国之间的报复性关税正在发生转变，并对与华为等特定公司的贸易实施了具体限制。随着拜登新政府的就职，这一局面仍未得到解决。

随着制裁的迫近，华为储备了关键的射频芯片从而确保他们能够向中国的通信运营商们提供他们在2021年推出的5G技术。他们与台积电合作，针对他们用于5G基站的7纳米天罡通信芯片，在2019年年底增加了产量。

在2020年第四季度，当与其他贸易制裁相结合时，中国领先的芯片制造商中芯国际(SMIC)的其他客户也被迫向其替代供应商下了大量订单，从而耗尽了可用的产能。
除了这些变化的贸易政策及其连锁反应外，重大的不可预测的风险事件继续在汽车价值链中造成生产延误或中断。我们最近纪念了日本“3.11”十周年，即仙台沿海9.0级大地震以及相关的海啸和核电站灾难，这些灾难对丰田和其他汽车OEM的单一供应来源产生了深远影响。

在2016年，在日本南部又发生了一次大地震，丰田的装配线也被关闭，进一步显示了JIT方法在面对灾难时存在的弱点。

就这样，我们来到了2020年，也就是世界受到全球大流行病打击的这一年。

目前：2020年至2021年

围绕新冠肺炎带来的需求急剧变化，人们进行了大量讨论。消费电子产品的增长来自于新的智能手机、新的视频游戏机，以及对那些需要技术才能在家工作的人的需求激增。

与此同时，在疫情最严重的几个月里，由于人们购买的汽车减少，汽车需求下降。然而，没有人预料到的是，第四季度的转变出人意料地重新带来了这一需求。

在之前的一篇文章中，我们分析了汽车IC短缺的错综复杂之处，其中也包括Supplyframe的Design-to-Source Intelligence (DSI)网络的的独特视角。Supplyframe CMO Richard Barnett分享了自己在这个短缺季对汽车制造商的建议。

我们最近还与GlobalFoundries的汽车、工业和多重市场高级副总裁兼总经理Mike Hogan进行了交谈。他在最近的另一篇文章中分享了自己的见解。在这篇文章中，我们研究了半导体制造的过程，以及试图扩大这样一个昂贵而特定的工艺所带来的挑战。

Hogan还分享了一些关于当前短缺的其他观点，指出随着时间的推移，稳定的需求使得汽车行业的JIT方法很容易行得通。考虑到目前的短缺，Hogan提醒我们，这个模式已经四十多年来没有调整到考虑半导体供应市场的波动和预期策略。

正如Hogan所说，问题的根源并不是总产能问题，而是消费电子等其他行业所倡导的众多技术节点的产能问题。汽车OEM从 Tier 1那里购买多种电子产品，他们有各种各样的供应商，这些供应商可能会也可能不会制造他们自己的芯片，但最终，晶圆厂对芯片的去向没有任何可见性。

此外，OEM服务于多种目标并面向多个Tier 1，所以即使他们也不能准确地说，哪些芯片应该给予更高的关注。Hogan还提到，随着时间的推移，汽车制造商发生了两大变化：

1、现代汽车的差速器是半导体技术。整个用户体验围绕这些类型的芯片。正如他所说的，“这不再仅仅是关于电动窗户”。

2、整个行业对整个供应链没有把握，也没有对他们所依赖的技术有敏锐的理解。直到最近，供应准备时间还相对稳定，但新冠肺炎大流行显着地改变了需求和供应，暴露了在可见度和理解方面的差距。Hogan总结这一点时说：“每个人都想要更多，但不能清楚地说明是什么（关于他们所需要的特定技术节点）”。

Hogan接着将数字经济描述为一个倒金字塔。每个人都更加依赖下一步，从电子产品到半导体再到晶圆厂。当你到达底部，只有少数几个玩家在供应基础上，他们可以制造汽车和其他电子行业所需的半导体。

在此之前，这些都是正确的，没有人能看到这个结构的问题。责任也被推到金字塔底部——关键的Tier 1和半导体供应商，而汽车制造商则假设一定比例的产能是留给他们的，但事实并非如此。

Hogan建议汽车制造商采取更像智能手机制造商的行动，因为这些制造商知道他们的供应从哪里来，流向哪里，并相应地规划他们的供应链。

然而，这只是第一步。让我们展望未来，超越眼前的短缺。

为未来做准备

虽然这种短缺是一些直接因素造成的，但随着时间的推移，其他趋势将继续给各个层次的汽车制造业带来压力。统计数据显示，到2030年汽车电子将占车辆总成本的50%，比2010年增长了15%。

这与自动驾驶汽车的兴起以及在其设计过程中所呈现的复杂电子技术是一致的。在我们与Hogan的讨论中，他认为汽车制造商有责任推动供应链的发展。具体来说，OEM可以利用这一机会为未来描绘一幅光明的图景。

Hogan以特斯拉为例。他们设计自己的芯片和架构，从零开始。这产生了两个截然不同的好处：与供应本身的连接，以及不需要与其他竞争对手或行业共享。

当我们考虑到诸如MCU之类的东西时，OEM正在购买现成的技术，这种技术有被其他地方使用的风险。成本较低，这要归功于总量，但这里有一个危险的假设，即供应可以在所有需求之间共享。

Hogan建议汽车OEM和Tier 1重新考虑他们的产品设计和平台策略。他们可以改变架构，给自己更多的控制权。谈到自动驾驶汽车，通用汽车不想购买与福特或克莱斯勒相同的雷达芯片。这些竞争对手正在争夺同样的技术，而像特斯拉这样的则是自己制造的。

Hogan预言了一种新的常态，他说我们唯一能确定的是，广泛的变革是必要的，也是不可避免的。晶圆厂已经看到一些OEM和Tier 1实现了更大的纵向整合，并致力于制造自己的芯片，这是一项关键战略，旨在提高供应链要素的弹性，并在供应链要素脆弱时加以控制。

考虑到半导体对快速可伸缩性的不耐受性，霍根对未来持乐观态度，称事情会得到解决，但未来的领导者将寻求从平台设计到供应链协调的更大弹性和灵活性的设计，而考虑到供应链的僵化性质，较老的企业将需要更长的时间来调整。