汽车缺芯的长期逻辑:需求翻倍产能受限

美妙的旋律 2021-02-05 11:01:04

汽车产业的缺芯危机愈演愈烈。


本月初,一位韩系车企高层透露,当下汽车芯片供应已严重不足,“为确保产线能够持续运转,目前的芯片只能‘循环’使用。


但作为随车出厂的硬件,芯片要怎么循环使用呢?该消息人士透露,由于车辆下产线时需要进行产线认证,因此必须保证车辆在产线上的零部件完整。但当车辆进入仓库,装配于车辆上的芯片便可以被拆线,重新送回产线用于新一轮生产,而这些“缺芯”车辆就需要停放在仓库,等待着远在德国与意大利的芯片驰援。


只是,德国与意大利的芯片可能也很难漂洋过海来到东方了,德国本土的两大汽车集团,大众与戴姆勒同样陷入了缺芯危机。大众汽车在今年1月宣布,其位于欧洲、北美、中国的工厂今年第一季度将减产10万辆,最畅销的大众高尔夫车型将尤其受到影响,而戴姆勒也将缩减德国不莱梅工厂的产量……


这是一场波及全球汽车产业的缺芯灾难。在不到两个月的时间里,中国、欧洲、北美的主流车企几乎全部被芯片问题束起了手脚。停工停产、调整车型排期、疯狂向供应商催货,曾经纵横传统工业的庞大汽车集团,在面临缺芯的难题时,显得格外脆弱。


汽车缺芯的长期逻辑:需求翻倍产能受限


更遗憾的是,车企的努力仿佛无济于事,这是一场很难在短时间内结束的风波。日本精密加工研究所所长汤之上隆预测,缺芯风波对汽车产业所造成的影响至少还将持续半年,保守估计,后续的1-2年时间,汽车的生产制造都将因为汽车半导体产能不足而受限。


美国伯恩斯坦研究公司预计,缺芯风波将会令全球汽车产业在2021年减产200万辆-450万辆,相当于全年产量的2%-5%。博世提供的信息显示,汽车芯片不足的问题集中爆发在ESP与发动机控制器需要用到的2枚8位MCU上。初步估算,2021年全年的芯片缺口大约会在400万-900万枚。


因为缺少的芯片直接影响到发动机的工作,因此传统燃油车受到的影响格外严重,2020年销量排名前十的传统燃油车企绝大多数受到了缺芯风波的影响。新能源汽车产业所受的影响相对要小得多,但随着缺芯范围的扩大,特斯拉等新能源车企也开始强调缺芯可能会造成的后果。


对于整个产业而言,这样的后果是灾难性的。彭博社援引咨询公司Alix Partners的数据预测,因芯片供应短缺,2021年第一季度,全球汽车制造商损失可能超过140亿美元,全年亏损总额将可能达到610亿美元。而当下正是汽车产业进行新四化转型,亟需解决现金流问题的关键时刻,巨大的损失可能会令部分脆弱的企业走到崩溃边缘。


汽车缺芯的长期逻辑:需求翻倍产能受限


因为单一品类零部件造成如此之大的损失,这在百余年汽车工业史上都是极为罕见的。尤其是汽车芯片,作为供应链中的一环,在被引入整个体系之后,几乎没有掉过链子。那么此次如此大范围的缺芯事件,究竟是如何发生的?背后的原因又是什么呢?


一、缺芯危机是如何爆发的


首先普及一个常识,汽车产业所需的芯片一直是较为紧缺的,造成这一结果的有两大因素。


从汽车制造商的角度来看,智能化浪潮的迫近,使得整车所需的芯片数量迅速增加。公开资料显示,一辆传统燃油车所需的ECU数量大约在70-150个左右,而智能汽车的ECU数量已经达到300个以上(特斯拉、大众、吉利等厂商的全新智能汽车架构已大幅简化,不包含在统计之内)。


汽车缺芯的长期逻辑:需求翻倍产能受限


这一趋势造成汽车产业对于芯片的需求量大幅增长,预计直到集中式架构甚至中央计算式架构落地,利用数量较少的高性能芯片取代数量较多的低性能芯片,这样的需求才会有所收窄。


从半导体产业来看,汽车芯片在整个半导体产业的占比不过10%左右,且投入周期较长,导入难度较大,利润率较低。因此半导体产业链,尤其在代工厂环节,对于汽车芯片的生产其实并不积极。随着7nm、5nm等先进制程的导入,生产汽车半导体所需的45nm、28nm等成熟制程产线正在不断缩减。


整体来看,半导体产业中,汽车芯片的产能并没有随着智能汽车浪潮的到来迅速增长,反而陷入了裹足不前的状态。


汽车产业与半导体产业在这个问题上割裂成了两面,一面是汽车产业不断增长的汽车芯片需求,另一面是半导体产业增长缓慢的汽车芯片产能,这样的结果使得过去数年汽车产业的芯片供应一直较为紧张。


但若是保持稳定运行,这样的局面短时间内应当不会失去平衡,可惜新冠肺炎疫情成为了压倒骆驼的“最后一根稻草”。


疫情初期,绝大多数整车厂缩减了自身的产销预期,并同步缩减的供应商的订单量。但随着疫情逐渐好转,国内大部分地区疫情得到控制,中国汽车销量出现迅猛增长,全球汽车销量紧随其后出现抬升,整个市场出现超预期的“V型”反弹。高速的增长不仅导致整车厂迅速耗光了自身的汽车芯片库存,也使供应链出现了产能的错配。


对于缺芯事件的开端,南北大众虽然在12月最先被爆出停产,但暗潮从8-9月就已开始涌动。大陆集团一位内部人士对外透露,恩智浦从去年8月开始就已通知大陆集团汽车芯片产能问题,相关的消息第一时间传遍了供应链,整车厂扫货,代理商囤货,紧张的情绪开始传导。当有整车厂开始停产,问题被人关注时,缺芯已经成为一段时间内难以逆转的趋势。


二、整车厂误判 供应商“难产”


要追溯这场风波的原因,身处风暴中心的整车厂恐怕难辞其咎,因为导致缺芯风波最直接的原因,可能就是整车厂对于市场需求的误判。


由于新冠肺炎疫情刚刚爆发的时间节点,正好与全球汽车产业下行的周期相重叠。全球汽车制造商不仅需要防御新冠肺炎疫情所带来的风险,还需要备足资金应对下行周期对企业提出的挑战,更进一步,汽车制造商需要在满足上述两点条件的情况下,投入巨额资金进行新四化的转型。


在这一背景下,汽车制造商们在2020年初纷纷选择保全现金流,对市场回暖持谨慎乐观态度,这样的决策在当时看来是明智的。众多整车厂开始收缩2020年的产销目标,向供应商发出的订单较往年有所收缩,库存也同样减小。当然,汽车芯片的订单和库存也同步收缩。


这一情况在2020年下半年发生了改变,自7月开始,国内汽车市场销量稳步上升,平均同比增长幅度达到10%,下半年销量情况不仅好于上半年,甚至较2019年更好。随着市场回暖,汽车制造商们开始增加零部件供应商的订单。


汽车缺芯的长期逻辑:需求翻倍产能受限


问题就出在这里,不同于大多数零部件,汽车芯片的交货周期极长。业内专家指出,晶圆进入代工厂到制成芯片,大约需要经历500-1000道工序,保守估计需要2-3个月的时间,而芯片需要给到供应商进行进一步加工同样需要时间。整车厂如果需要生产相应的车型,至少需要提前半年下发所需的半导体订单。


但大多数整车厂并未在年初或年中的时间扩大订单,这就导致供应商和代工厂没有足够的时间来满足整车厂的需求,随着快速上涨的产销量耗光整车厂为数不多的芯片库存,汽车缺芯的事件就发生了。


三、疫情威胁/制程演进 供应商产能受限


如果说整车厂的需求误判直接导致了缺芯事件的发生,那么供应链上游的半导体供应商与芯片代工厂的产能不足则加剧了这一事件的影响。


导致产能不足的原因是多方面的,总结来看,主要有三点:疫情威胁、芯片产能向高利润产品倾斜、芯片制程向先进制程演进。


虽然众多厂商强调疫情对半导体产业的冲击小于预期,但从结果来看,影响还是实实在在发生了。早在2020年3月7日,IGBT领域龙头企业英飞凌就宣布因疫情关闭位于马来西亚的工厂,英特尔、三星等企业位于东南亚地区的半导体业务也同样受到影响。


汽车缺芯的长期逻辑:需求翻倍产能受限


整个东南亚长久以来作为半导体产业的核心地带之一,拥有从IC设计、晶圆制造、封测以及芯片代工业务,在该地区布局的企业包括了AMD、飞思卡尔、英飞凌、意法半导体、英特尔、瑞萨、德州仪器、环球晶圆等大型半导体企业。在疫情期间,这些企业位于东南亚地区的业务均受到不同程度影响。


瑞萨、意法半导体更是生产8位MCU的主要厂商,东南亚业务受到影响直接影响了这些企业的产能。


疫情对半导体供应商的现金流也同样形成了影响,意法半导体在今年11月初表示,该公司为应对新冠肺炎疫情增加了1690万欧元的成本,并以此为由拒绝为员工加薪,同时还收回了员工分娩期间的奖金和疫情期间不在工厂工作的员工的工资。


这一系列动作不仅没有成功达到缓解现金流的目的,还引发了法国ST内部三大工会(CAD、CFDT、CGT)的罢工,让其本不“富裕”的产能雪上加霜。


除此之外,疫情还在意想不到的地方影响了汽车半导体供应商的产能。新冠肺炎疫情期间,红外测温设备需求激增,而红外测温设备也同样需要MCU芯片,机构数据显示,2020年红外测温仪对MCU的需求急剧膨胀至5000万颗,达到往年需求的数倍。


原本供应给汽车产业的MCU芯片在这一过程中被分流,进一步扩大了汽车产业MCU芯片的产能缺口。


排除疫情的影响,半导体产业本身的特性也在影响汽车芯片的产能。在今年5G旗舰手机、次世代主机等高性能硬件频频发布的节点上,半导体产业的产能正朝着这些高利润产品所需的芯片倾斜。在汽车产业订单保守的情况下,原先诸多代工厂产线被改造成消费电子芯片产线。


而汽车半导体由于开发周期长、需求量较小,其供应商在代工厂处的话语权本身就小,想要求代工厂扩大汽车芯片产线绝非易事。


形势更严峻的是,半导体产业正在朝着先进制程演进,当下8英寸的晶圆生产设备几乎已没有供应商生产,现有设备难以满足不断增长的车用MCU需求。


不过半导体产业传来的也不全是坏消息,台积电等代工厂已经接受扩大汽车芯片生产的需求,不过代价是达成最多15%的涨价幅度。为应对上游代工厂的涨价措施,恩智浦、瑞萨、微芯等汽车半导体企业也已作出涨价声明。


四、整车厂技术整合能力弱 供应链安全问题暴露


除了上述两点直接原因,还有一些原因也间接导致了汽车缺芯事件的发生,这些原因同样非常重要。


首当其冲的,是汽车智能化浪潮所带来的车载半导体需求激增的问题。不论是燃油车还是电动车,随着智能化程度的提升,智能车钥匙、隐藏门把手、自动座椅调节、手势识别甚至是辅助驾驶等“聪明”的功能纷纷实现,在这之后都有精密的车载半导体的身影。


而本次缺芯事件的主角MCU正是众多汽车半导体零部件的核心,相关媒体报道称,国内汽车产业2019年MCU市场已接近500亿元,过去5年年复合增速达到11.7%。


与此同时,我们在上文中提到,用于生产汽车MCU的8英寸晶圆生产设备几乎已没有供应商生产,相应产能提升缓慢。一边是年均增长超过10%的汽车MCU市场,另一边是已经停止产能扩张的供应链,即便是没有疫情影响市场走向,汽车产业迟早也将面临缺芯的窘境。


其次,目前整车厂在技术垂直整合方面的能力也较为缺乏,这一点国内整车厂尤为明显。


在传统的高端制造业中,很多处在终端环节的厂商会对上游关键技术进行整合式研发。例如,在动力电池领域,LG化学(后独立拆分为LG新能源)就对动力电池隔膜、电解液、电极到电芯的完整技术链条进行了研发布局,并将这些技术进行授权,从而培养自身的供应商。如此形成的供应链,能够使终端厂商始终保有较强的话语权。


但在汽车产业,需要进行整合研发的环节过多,如果没有足够的研发能力与资金实力,很难做到对相关技术体系的垂直整合。而过于发达的全球化贸易体系,又让整车厂可以从中轻易获得生产所需的零部件。因此,许多厂商选择绕过研发直接采购,事实上,直到近两年,国内许多整车厂仍然存在核心零部件空心化的问题。


而这次缺芯事件,就为这一问题敲响了警钟,一旦全球化贸易体系中的某个关键环节出现问题,整个产业都将表现出脆弱的一面。经过这一事件,大众等汽车制造商已经开始与芯片企业合作,开始加强自身在芯片领域的供应链安全性。


汽车缺芯的长期逻辑:需求翻倍产能受限


最后,区域性半导体供应链安全问题也应得到重视。在半导体产业,新冠肺炎疫情并未对所有地区形成严重的打击,相反,大部分生产环境因需要将环境卫生控制在纳米级,反而不会收到微米级病毒的侵入。


但仍有像东南亚这样的地区,因为疫情原因导致半导体企业停工停产,这样地区性的生产中断仍然对全球范围的汽车半导体产业形成了影响,这从客观上体现出全球各地区域性半导体供应链安全性不足的事实。


对于中国而言,这样的问题格外需要警惕,我国汽车半导体的自主化率极低,以本次出现缺口的MCU为例,国内市场份额达到500亿元的情况下,国内相关企业的收入仅在4亿元左右。上市公司中,仅有中颖电子、兆易创新、东软载波涉及这一领域,自主化率小于1%。如果不加强重视,我国在先进制程芯片上受到的“卡脖子”问题,并非不可能在汽车产业重演。


汽车缺芯的长期逻辑:需求翻倍产能受限


结语:汽车缺芯谁之过


复盘本次缺芯事件,今年疫情影响了代工厂的产能以及半导体产业对汽车半导体需求的预期,并误导了整车厂对于市场情况的判断。从表面责任来“分锅”,疫情似乎又是导致这次事件发生的“万恶之源”。


但透过现象看本质,缺芯事件实质上还存在三点问题:一是整车架构的复杂化已经达到了一定的界限,低端芯片需求在特殊情况下会对产业链形成巨大压力,应当尽快推动整车架构朝集中式甚至中央集成式演进,用高性能芯片替代低端芯片,以符合半导体产业演进的规律;二是整车厂应增强技术垂直整合能力,掌握核心技术,针对核心部件培养多个供应商,以保持供应链的安全性;这一点从整车厂放大到地区的产业集群,对于区域性半导体供应链安全而言,同样需要建立完整的核心技术链条,在关键时刻能够保证自给自足。


从底层原因来看,长久以来,汽车与半导体产业不仅在各自的领域埋下可能引爆的“炸弹”,甚至为对方都挖下了“深坑”,缺芯事件本质上只是矛盾爆发的导火索。如果无法解决上述三点问题,缺芯问题恐怕会周期性影响汽车与半导体产业发展。


来源:搜狐汽车研究室

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