汽車生產(chǎn)已經(jīng)受到了重大影響，不過(guò)目前形勢(shì)仍然不穩(wěn)定，我們的汽車生產(chǎn)團(tuán)隊(duì)正在持續(xù)跟蹤對(duì)汽車生產(chǎn)的影響。截至1月29日，受供應(yīng)中斷影響，我們預(yù)計(jì)2021年第一季度輕型汽車產(chǎn)量將減少67.2萬(wàn)輛（見(jiàn)下圖）。奧迪最近已有1萬(wàn)名員工休假，并宣布芯片短缺將對(duì)其Q5等高端車型帶來(lái)影響。與此同時(shí)，“由于微芯片短缺”，大眾汽車不得不削減其德國(guó)沃爾夫斯堡和埃姆登工廠以及布倫瑞克零部件工廠的產(chǎn)量。福特表示，除了路易斯維爾工廠停產(chǎn)Escape車型外，該公司還將從1月19日至2月19日暫停德國(guó)薩爾路易斯工廠生產(chǎn)Focus。福特在芝加哥、迪爾伯恩卡車、堪薩斯城和奧克維爾工廠也受到了影響。本田、雷諾、豐田、馬自達(dá)和其他多家汽車制造商最近也發(fā)布了類似的公告。

中國(guó)大陸將遭遇最大的生產(chǎn)中斷，根據(jù)現(xiàn)有信息，第一季度損失的產(chǎn)量可能接近25萬(wàn)輛。一汽大眾、上汽大眾、上汽通用和東風(fēng)本田等汽車制造商的制造工廠均受到了影響，停產(chǎn)時(shí)間從5天至14天不等。

這場(chǎng)危機(jī)凸顯了汽車制造商、一級(jí)供應(yīng)商、半導(dǎo)體供應(yīng)商及其晶圓代工廠之間調(diào)整產(chǎn)能和采購(gòu)模式的必要性。從短期來(lái)看，只有全行業(yè)合作才能減少這種影響。

芯片短缺的背景

1. 聚焦微控制器：通常用于具有處理要求的嵌入式應(yīng)用程序以及管理與數(shù)字、機(jī)電或模擬組件交互的單片微控制器尤其短缺，并且它是所有電子控制單元（ECU）都必須的組件。MCU應(yīng)用包括動(dòng)力系統(tǒng)（發(fā)動(dòng)機(jī)ECU、傳動(dòng)系統(tǒng)ECU）、底盤(pán)（安全氣囊ECU、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)[ABS]/電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)[ESC] ECU）、車身（車門(mén)ECU、車身控制模塊）和高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）（如停車ECU）在內(nèi)的所有領(lǐng)域。這些零部件短缺預(yù)計(jì)將以類似的方式廣泛影響一級(jí)供應(yīng)商。博世、大陸和電裝在所有車輛領(lǐng)域生產(chǎn)至少30種或以上不同的ECU。博世和電裝這兩家供應(yīng)商都可以內(nèi)部制造傳感器和半導(dǎo)體，兩家公司已經(jīng)證實(shí)，外部采購(gòu)的MCU和模擬集成電路（IC）正處于供應(yīng)短缺狀態(tài)。

MCU是采用通常低于40納米的先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)（半導(dǎo)體制造工藝）制造，隨著IC日益小型化，工藝節(jié)點(diǎn)成為了一個(gè)表示復(fù)雜程度的指標(biāo)。由于與這些工藝相關(guān)的資本支出非常高，只有極少數(shù)芯片制造廠（也稱為晶圓廠）擁有這些工藝。集成設(shè)備制造商（IDM）等大多數(shù)設(shè)備制造商一直采用一個(gè)長(zhǎng)期戰(zhàn)略，即將芯片生產(chǎn)外包給擁有這些先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)的代工廠（如臺(tái)積電）。對(duì)于MCU而言，臺(tái)積電是一個(gè)非常集中的供應(yīng)來(lái)源，其制造的產(chǎn)品占當(dāng)前所有汽車MCU出貨量的約70%。

2. 臺(tái)積電的瓶頸：這家臺(tái)灣制造商去年宣布全面限制產(chǎn)能；有跡象表明，這場(chǎng)芯片荒危機(jī)的起源可以追溯至2020年（某種程度上甚至是在2020年之前）。汽車芯片業(yè)務(wù)僅占臺(tái)積電總收入的3%。雖然臺(tái)積電表示，將增加投資支持其汽車客戶，但這是一個(gè)長(zhǎng)期的行動(dòng)，主要是為了迎合汽車行業(yè)向高性能計(jì)算發(fā)展的長(zhǎng)期趨勢(shì)，而不是為了幫助解決當(dāng)前的供應(yīng)瓶頸。

3. 交貨期影響：交貨期受到很大影響——原本需要12-16周時(shí)間內(nèi)部生產(chǎn)的MCU如今交貨期需要26周，對(duì)于需求較大的組件，交貨期甚至長(zhǎng)達(dá)38周。也就是說(shuō)，目前幾乎所有芯片的交貨期都要增加一至兩個(gè)月。去年11月，一些汽車芯片供應(yīng)商告訴埃信華邁，臺(tái)積電在2021年第三季度之前將不再接受新訂單。

一個(gè)籃子里放了太多雞蛋

半導(dǎo)體制造很復(fù)雜。對(duì)于MCU等相對(duì)復(fù)雜的器件，芯片從訂購(gòu)到發(fā)貨需要12-16周，而用于車輛穩(wěn)定系統(tǒng)的慣性傳感器則需要26周。供應(yīng)鏈很復(fù)雜，通過(guò)精心管理訂貨安排和維持庫(kù)存平衡來(lái)處理其依賴關(guān)系對(duì)于準(zhǔn)時(shí)供應(yīng)是至關(guān)重要的。這種庫(kù)存平衡很容易受到新冠肺炎疫情大流行等不尋常市場(chǎng)因素的干擾。這場(chǎng)危機(jī)凸顯了整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性，尤其是在其他因素發(fā)揮作用的情況下。

半導(dǎo)體行業(yè)有90多家IDM和代工廠（合同制造商）。其中許多是采用180納米或以上的舊工藝節(jié)點(diǎn)（如傳感器）的200毫米晶圓產(chǎn)品，并逐步向56納米的特征尺寸發(fā)展。為了提高制造效率，較新的性能技術(shù)——特別是高性能微處理器——都集中在采用40納米以下先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)的200毫米和300毫米晶圓產(chǎn)品上。

注：*工藝節(jié)點(diǎn)：行業(yè)用最小特征尺寸來(lái)描述每一代半導(dǎo)體制造過(guò)程的技術(shù)/工藝節(jié)點(diǎn)。

生產(chǎn)較小尺寸工藝節(jié)點(diǎn)產(chǎn)品的IDM數(shù)量呈指數(shù)遞減；而對(duì)于用在人工智能（AI）芯片和強(qiáng)大圖形處理器（GPU）上的亞10納米先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)，汽車IDM目前只能依賴于臺(tái)積電、三星和英特爾。雖然AI和GPU對(duì)普通汽車的影響較小——因?yàn)樗鼈冎饕糜诖钶d更高自動(dòng)駕駛水平和/或高級(jí)信息娛樂(lè)系統(tǒng)的高端汽車——但這種高度集中制造對(duì)所有ECU中使用的MCU的影響更為顯著。大約70%的車用MCU生產(chǎn)都依賴于臺(tái)積電，這給整個(gè)行業(yè)造成了生產(chǎn)瓶頸。

由于前視攝像頭中使用的CMOS圖像傳感器（CIS）十分依賴于第二大供應(yīng)商臺(tái)灣豪威科技，因此其供應(yīng)將會(huì)面臨中斷。內(nèi)存方面，由于鎂光科技和三星都有自己的晶圓廠，因此較少受到臺(tái)積電的影響。對(duì)臺(tái)積電的依賴是隨著時(shí)間的推移而建立起來(lái)的，因?yàn)橐恍㊣DM奉行“輕晶圓廠”戰(zhàn)略，降低其供應(yīng)鏈的垂直整合水平以減少對(duì)新一代工藝節(jié)點(diǎn)的資本支出，并且往往缺乏規(guī)模效應(yīng)。前七大MCU供應(yīng)商約占需求的98%，只有少數(shù)保持了較高水平的垂直整合，意法半導(dǎo)體就是其中的一個(gè)典型代表。

為何歸咎于MCU？

大多數(shù)車輛和零部件停產(chǎn)都是由于MCU短缺。首先，由于汽車ECU的增長(zhǎng)，MCU在現(xiàn)今汽車中已無(wú)處不在。每輛車平均搭載超過(guò)20個(gè)MCU。例如，雪佛蘭Equinox有27個(gè)，奧迪Q7則多達(dá)38個(gè)。市場(chǎng)上多家MCU供應(yīng)商通常通過(guò)“直接采購(gòu)計(jì)劃”指定，由汽車制造商指定一級(jí)供應(yīng)商采用哪家二級(jí)供應(yīng)商的產(chǎn)品。每款車都依賴多家MCU供應(yīng)商。例如，2018款本田Accord有多達(dá)8家不同的供應(yīng)商。不過(guò)三級(jí)供應(yīng)商方面幾乎沒(méi)有其他選擇，如上文所述，市場(chǎng)上十分之七的MCU來(lái)自于同一家代工廠。

此外，MCU（以及系統(tǒng)芯片和ASIC）無(wú)法輕易將另一家供應(yīng)商作為第二渠道采購(gòu)。MCU具有專屬架構(gòu)，因此很難從一家供應(yīng)商更換到另一家供應(yīng)商。內(nèi)存IC、分立和功率器件、標(biāo)準(zhǔn)模擬IC、傳感器、執(zhí)行器和邏輯IC等部件則通常更具互換性。因此，如果MCU供應(yīng)受限，那么供應(yīng)商必須增加產(chǎn)能，但現(xiàn)在幾乎所有壓力都在臺(tái)積電這里。這就解釋了為什么汽車制造商和一級(jí)供應(yīng)商都受到了類似的影響。不管他們有多少采購(gòu)源，但就MCU產(chǎn)能來(lái)講，目前整個(gè)汽車行業(yè)都在努力應(yīng)對(duì)“一個(gè)籃子里放了太多雞蛋”的局面。

奧迪Q7、雪佛蘭Equinox和本田Accord等車型的MCU采購(gòu)顯示出廣泛依賴于不同的MCU供應(yīng)商，甚至是不同領(lǐng)域內(nèi)的供應(yīng)商。其中一些車型受到了目前芯片短缺的影響。

技術(shù)陳舊加劇了這一問(wèn)題

臺(tái)積電的產(chǎn)能并不是唯一瓶頸。許多半導(dǎo)體芯片都是在200毫米的晶圓上生產(chǎn)的，并且技術(shù)已經(jīng)非常成熟——1999年問(wèn)世的180納米晶圓節(jié)點(diǎn)，至今仍被用于制造移動(dòng)電話等許多其他產(chǎn)品的零部件。與預(yù)期相反的是，由于各種消費(fèi)電子產(chǎn)品仍在采用200毫米晶圓，導(dǎo)致對(duì)200毫米晶圓的需求實(shí)際上有所增加。例如，產(chǎn)量從2020年開(kāi)始提升的5G手機(jī)包含數(shù)量更多的射頻（RF）功率放大器、CMOS圖像傳感器和電源管理IC。

幾年來(lái)，生產(chǎn)200毫米晶圓的生產(chǎn)線（包括聯(lián)華電子等代工公司）所面臨的擴(kuò)大節(jié)點(diǎn)產(chǎn)能的壓力不斷增大，盡管這些節(jié)點(diǎn)技術(shù)已經(jīng)成熟，但市場(chǎng)上仍有很多應(yīng)用。然而，由于不愿投資于成熟技術(shù)，加上缺乏生產(chǎn)這一晶圓尺寸的新設(shè)備甚至是二手設(shè)備，產(chǎn)能提升受到了很大的阻礙。隨著IDM將這些產(chǎn)品越來(lái)越多地外包給200毫米晶圓廠，比如擁有7座200毫米晶圓廠的臺(tái)灣聯(lián)華電子，這也導(dǎo)致了該晶圓尺寸的產(chǎn)能限制越來(lái)越大，因?yàn)榇蟛糠之a(chǎn)能只分配給了少數(shù)供應(yīng)商。

在過(guò)去幾年里，隨著晶圓廠升級(jí)到300毫米生產(chǎn)線，工廠升級(jí)生產(chǎn)設(shè)備后淘汰的廉價(jià)二手200毫米晶圓生產(chǎn)設(shè)備令市場(chǎng)充滿了活力。然而，這些200毫米晶圓生產(chǎn)設(shè)備數(shù)量不足，導(dǎo)致企業(yè)被迫升級(jí)至300毫米生產(chǎn)線，而不是更多地依賴外部代工廠。汽車行業(yè)面臨的芯片短缺問(wèn)題，暴露了近年來(lái)一些IDM為控制資本支出而采取的激進(jìn)且缺乏多樣化的“輕晶圓廠”戰(zhàn)略的局限性。

總之，這并不是一起分配事件——希望不會(huì)如此——并將繼續(xù)是一起供應(yīng)受限事件。新供應(yīng)能力上線的機(jī)會(huì)較為有限?？紤]到MCU的交貨期長(zhǎng)達(dá)26周或更久，這種情況可能會(huì)延續(xù)到今年第三季度。車用電子設(shè)備供應(yīng)鏈非常重視這一問(wèn)題，并試圖讓所有汽車制造商保持在較低的運(yùn)行水平。汽車制造商兩倍或三倍訂購(gòu)的情況非常有限，這意味著供應(yīng)鏈對(duì)需求數(shù)據(jù)比較有信心。不過(guò)，這并未改變汽車需求超過(guò)MCU供應(yīng)這一根本性問(wèn)題。

IDM內(nèi)部可以承擔(dān)部分生產(chǎn)嗎？

IDM不太可能在短期內(nèi)宣布建造新生產(chǎn)線的計(jì)劃。不過(guò)，那些尚未將100%生產(chǎn)外包給代工廠并且保留部分有限內(nèi)部產(chǎn)能的企業(yè)可以擴(kuò)大現(xiàn)有的生產(chǎn)線。這可能需要6至9個(gè)月的時(shí)間。因此，如果供應(yīng)商能夠在2020年底開(kāi)始供應(yīng)，這些措施在2021年第三季度之前不會(huì)產(chǎn)生任何有意義的影響。

在重啟生產(chǎn)線或增加新產(chǎn)能方面存在諸多障礙，并且在汽車制造方面需要對(duì)任何新工藝進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的認(rèn)證（盡管加快認(rèn)證過(guò)程是有可能的）。首先，半導(dǎo)體供應(yīng)商外包代工業(yè)務(wù)的理由不無(wú)道理；其次，為了解決短期危機(jī)而恢復(fù)內(nèi)部產(chǎn)能，最終只會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)能過(guò)剩，這幾乎沒(méi)有什么吸引力。

新工廠？

任何新的晶圓廠都需要數(shù)年的時(shí)間才能建成和運(yùn)行。今年1月，臺(tái)積電為應(yīng)對(duì)危機(jī)，承諾投資280億美元緩解產(chǎn)能問(wèn)題，包括在北美新建一家工廠。不過(guò)，這家新工廠預(yù)計(jì)在2024年之前不會(huì)投入使用。另外，大部分投資將再次集中在先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)上，這在一定程度上反映出英特爾未來(lái)將部分芯片生產(chǎn)外包給臺(tái)積電的預(yù)期意圖。

政治壓力能否幫助減輕汽車行業(yè)的供應(yīng)受限問(wèn)題？

1月24日，德、美、日等國(guó)政府呼吁臺(tái)積電解決汽車芯片短缺問(wèn)題。我們認(rèn)為，這一舉措的影響將十分有限，因?yàn)榇S商的生產(chǎn)重心必然放在需求最大的產(chǎn)品上，而汽車行業(yè)目前并不是最大的需求驅(qū)動(dòng)因素。西方國(guó)家政府已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，減少本國(guó)工業(yè)對(duì)亞洲半導(dǎo)體供應(yīng)商依賴的重要性，并正在制定相關(guān)計(jì)劃，希望在中期能夠解決這一風(fēng)險(xiǎn)。例如，德國(guó)聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)事務(wù)和能源部（BMWi）在去年10月宣布，計(jì)劃自2019年起投資5.22億歐元（約合6.13億美元），用于微電子新技術(shù)的研發(fā)和實(shí)施。另外，歐盟委員會(huì)批準(zhǔn)通過(guò)的歐洲共同利益重要項(xiàng)目（IPCEI）涉及來(lái)自法國(guó)、德國(guó)、意大利和英國(guó)的29家企業(yè)，該項(xiàng)目旨在支持建立芯片工廠開(kāi)發(fā)高性能微電子組件并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。如前所述，這需要數(shù)年時(shí)間，并非是解決2021年芯片短缺問(wèn)題的有效辦法。不過(guò)這是一個(gè)信號(hào)，表明政府層面已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了芯片短缺的根本性原因。

是否還有一級(jí)或二級(jí)供應(yīng)商可以為汽車制造商供貨？

一級(jí)或二級(jí)供應(yīng)商都會(huì)或多或少地受到芯片短缺的影響。半導(dǎo)體供應(yīng)商的MCU采購(gòu)高度依賴于臺(tái)灣供應(yīng)商，再加上IDM和代工企業(yè)的總體產(chǎn)能受限，將導(dǎo)致供應(yīng)短缺一直持續(xù)至第三季度。由于舊半導(dǎo)體工藝的基礎(chǔ)設(shè)施普遍不足以及相鄰行業(yè)對(duì)高性能芯片的較高需求，芯片短缺情況進(jìn)一步加劇。

這會(huì)導(dǎo)致價(jià)格上漲嗎？

由于供需不平衡，汽車制造商預(yù)計(jì)未來(lái)幾個(gè)月汽車芯片的價(jià)格將會(huì)上漲。在這一供需不平衡的作用下，價(jià)格上漲10-15%是較為合理的范圍，據(jù)信已經(jīng)有數(shù)家代工廠正在研究漲價(jià)問(wèn)題。然而，與汽車制造商關(guān)閉汽車生產(chǎn)線或持續(xù)重啟和停產(chǎn)的成本相比，價(jià)格上漲的影響將是有限的。

我們還能做些什么？

在接下來(lái)幾個(gè)季度里，為了應(yīng)對(duì)當(dāng)前這種情況，汽車制造商和半導(dǎo)體供應(yīng)鏈之間有必要加強(qiáng)合作。相互合作將使所有的汽車制造商和一級(jí)供應(yīng)商都能夠獲得一些MCU供應(yīng)，而不是選擇只供應(yīng)少數(shù)廠商，令其他廠商一無(wú)所獲。不過(guò)面臨的挑戰(zhàn)是如何將MCU用到汽車制造商想要生產(chǎn)的車型上面——因?yàn)樗麄儫o(wú)法生產(chǎn)全部車型。目前，零部件兩倍和三倍訂購(gòu)的情況還十分有限，這是一件好事，因?yàn)楝F(xiàn)在信息越透明越好。隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)復(fù)蘇，汽車行業(yè)需要對(duì)數(shù)據(jù)有信心才能做出正確的決策。

長(zhǎng)期影響是什么？

這種短缺情況無(wú)疑會(huì)提高汽車制造商、一級(jí)供應(yīng)商和IDM的危機(jī)意識(shí)，以重新評(píng)估代工業(yè)務(wù)外包的長(zhǎng)期組合，其中一些廠商還可能會(huì)探索如何減少對(duì)外包業(yè)務(wù)的依賴。芯片短缺、新冠肺炎疫情大流行以及過(guò)去十年來(lái)發(fā)生的其他事件，將有助于提高汽車制造商和一級(jí)供應(yīng)商對(duì)于供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)和管理重要性的認(rèn)識(shí)。而對(duì)于對(duì)少數(shù)外部代工廠過(guò)度依賴以及200毫米晶圓生產(chǎn)設(shè)備過(guò)剩產(chǎn)能侵蝕等宏觀問(wèn)題，已經(jīng)是業(yè)內(nèi)觀察人士熟知的問(wèn)題，可以事先發(fā)現(xiàn)并提前采取應(yīng)對(duì)。雖然全面了解不同層級(jí)供應(yīng)鏈上潛在產(chǎn)能瓶頸點(diǎn)的可行性還有待證明，但汽車行業(yè)將考慮采取更多的解決方案來(lái)提高汽車供應(yīng)鏈的可見(jiàn)度。

原文標(biāo)題：技術(shù)|應(yīng)對(duì)2021年汽車行業(yè)芯片荒

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