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汽车芯片供应链巨变前夜

发布日期:2021-09-22 浏览次数:801 来源:半导体行业观察作者:网络
 
今年的汽车缺货的“火势”仍在蔓延,汽车芯片短缺仍然在困扰着汽车厂商。由于芯片短缺,欧洲最大的汽车制造商德国大众汽车已经失去了在中国的市场份额。英国汽车产量在7月份也暴跌至自1956年以来的新低。诸如此类的消息不胜枚举。经此痛苦一役,汽车芯片供应链正在发生一些前所未有的变化。

过去18个月证明了传统汽车供应链存在漏洞,全球最大的Tier 1厂商博世认为,汽车行业的半导体供应链不再适用。半导体供应链问题过去一直由汽车业悄悄管理,但现在是改变的时候了。

整车厂的转变

 

当前困扰汽车厂商的芯片短缺可以看做是一个典型的供应链牛鞭效应,牛鞭效应(也称为 Forrester 效应)被定义为在供应链上游从零售商到批发商和制造商的需求扭曲。想象一个人手里拿着一根长鞭子,如果他在鞭子的把手上轻轻一推,它会在最靠近把手的部分产生很小的运动,但更远的部分会以越来越大的方式移动。

而汽车供应链就是如此,在疫情刚开始的时候,汽车OEM降低了他们的需求预测,于是1、2、3级汽车供应商开始减少代工厂的芯片订单,而包括台积电在内的多家代工厂将产能、库存重新分配给了利润率更高、产量的客户。当疫情结束后,汽车需求反弹,然而芯片的供应却无法及时跟上,因为半导体价值链的特点是端到端的交付周期为六个月或更长时间,短期调整产量的灵活性有限。最终导致了全球缺芯的局面的发生。

所以,现在汽车制造商开始转而思考半导体供应的新思路,他们开始绕过Tier 1,直接去找芯片设计厂商。“以前芯片设计厂商的终端客户是以零部件厂商为主,但现在汽车制造商开始直接找上门”,有芯片设计厂商如是说。更深入的一点,汽车厂商开始参与到芯片设计的研发流程中,如北汽与imagination甚至成立了芯片公司;多家车企也与黑芝麻、地平线这样的自动驾驶AI芯片厂商建立了合作关系。

而关于这方面也早有先例,早在2011年,宝马就在半导体的短缺中吸取了教训,较早的转向与芯片供应商建立更直接管理的关系。日本的丰田也是,它通过建立传统的 Keiretsu 企业联盟,从强大的供应商关系中受益,这提供了更大的控制和透明度。

汽车制造商此举无外乎想与芯片设计制造商建立更具协作性的关系,通过更好的需求预测和信息共享,以缩短生产提前期并满足长期持续的供应需求。然而这种合作模式某种程度上自然就削弱了Tier 1的话语权。

关于整车厂,还有一个趋势就是,他们自己已经打入半导体供应链。这其中代表的当属特斯拉、比亚迪、中车时代。特斯拉主要是为自己的车子研发自动驾驶芯片,为了自主可控,特斯拉甚至有意要收购晶圆厂。比亚迪的车规级IGBT已大规模量产和整车应用,而且正在计划自建车规级SiC产线。中车时代已经建立了中国首条8英寸车规级IGBT芯片生产线。东风汽车与中车共同成立的智新半导体在今年7月7日正式量产下线首款车规级IGBT模块产品,未来将逐步供给东风汽车。

还有更多的车企在背后造芯,蔚来、小鹏等等基本你叫得上的名字都在造芯了。还有小米和苹果等造车和造芯的新加入者。这些整车厂自研芯片的转变,势必也会影响到当前汽车供应链的业态。

对于这种发展态势,我们采访到了黑芝麻CMO杨宇欣,在他看来:“在当前的环境下,整车厂对芯片的重视程度显而易见已经提高,这会强化市场对芯片的资本和技术支持。然而我们认为整车厂自研芯片在商业模式上很难大规模推行,这个跟芯片的商业逻辑是相关的。芯片技术门槛高,研发周期长,前期投入非常大,但商业逻辑很简单,就是一定要通过大量的出货去摊薄成本。我们相信企业链的合理分工会是主流方向。

汽车市场需求的转变

 

现在汽车正在朝着新能源电动汽车和自动驾驶这两大方向发展。这两大行业趋势催生了对汽车半导体种类的多种需求,和对性能的高要求。在电动汽车的发展和自动驾驶辅助系统 (ADAS) 的引入的带动下,汽车很可能成为未来十年增长最快的半导体细分市场。

就拿新能源汽车来说,在电动汽车的成本中有40%来自电池。电池的安全性、性能和寿命是一个电动汽车的核心。而电池自然少不了电池管理系统(BMS)的保护和监视,它能实时监控电动汽车中每个电池的性能。据悉,BMS成本约占动力电池模块成本的10%。汽车厂商如特斯拉和比亚迪等都在自己做电池管理系统(BMS),而且更多的整车厂都在慢慢加入这个行列。

与此同时,BMS方案中所用的芯片也成为半导体厂商的研究之重,例如MCU、ADC、AFE、数字隔离器等,不过这几大芯片国内除了在MCU上取得了一定的成就之外(下文有谈到),其他几类国内仍待突破。整体来看,全球电源管理芯片市场主要被国际巨头公司垄断,如TI、高通、ADI、Maxim和英飞凌等占据很大的市场份额。

电池之外,所有电机的“开关”也是很重要的一环,如IGBT、MOSFET和SiC等的功率半导体的用量大幅增加。IGBT 决定了车辆的扭矩和最大输出功率等,是影响电动车性能的关键技术。MOSFET则主要应用于汽车的低压用电器,如电动座椅调节、雨刷器等所用的直流电机、LED照明、电池电路保护等应用。第三代半导体SiC也开始逐渐渗透入新能源汽车,SiC制作成的功率器件优势颇多,例如耐高温高压高频等,还能提升电能转换效率,一些高端的电动车以及开始采用,如特斯拉。

再来看自动驾驶所带来的的芯片需求,在这方面也是国外厂商领跑,在自动驾驶芯片领域,英伟达和Mobileye是这个领域的佼佼者,他们进入的较早,产品也领先其他企业几个代际,拿下了不少整车厂,占据了先机。对主机厂来说,一旦认准一家芯片平台,将很难更换或者说迁移的成本会非常高。除了开发难度较大的自动驾驶芯片,壁垒没那么高的智能座舱芯片也成为厂商发力的点,在这其中,高通是绝对的领导者,截至2020年底,25家顶级汽车制造商中已有20家选择高通骁龙汽车数字座舱平台。

无论是自动驾驶芯片和智能座舱芯片等,软件定义汽车、软件定义芯片趋势越来越明显,这就需要汽车主机厂与芯片设计企业彼此走进,密切沟通需求,毕竟汽车芯片的难度远超其他类芯片产品。当然为了更好的芯片自足和对性能的把控,车企自研,整车厂和与芯片厂绑定的多种模式也在孕育。

瑞银分析师 Francois-Xavier Bouvignies此前曾表示,内燃机汽车通常在动力系统中使用价值约 80 美元的半导体,但电动汽车使用价值约 550 美元的半导体。据了解,福特福克斯的燃油车通常使用大约300个芯片,而福特的一款新电动汽车最多可以使用3,000个芯片。

所有这背后产生的芯片机会,势必会突破之前固若金汤的汽车芯片供应商格局。

中国的转变

 

“传统汽车产业链重塑正在发生,一方面已有的车厂和供应商在不断增加和优化自己在智能座舱及自动驾驶领域的布局、功能及性能,另一方面更多的新势力造车以及上游供应商企业正在加入汽车行业,并且带来了一些更加激进的规划,这给产业链带来了更多的创新机会,这其中就包括汽车芯片的机会。”杨宇欣表示。我们认为,当下无论是汽车整车厂的转变,还是汽车市场方向的转变,中国在其中的重要性不可忽视,未来几年,或者几十年,中国或将成为影响汽车供应链的关键。

过去十多年来,中国汽车半导体产业从无到有,行业产值不断提升。更重要的是,中国是最大的汽车消费市场,国外芯片企业难免有水土不服的现象发生,也很难兼顾各家的不同需求。而国内的汽车芯片企业具有天然的渠道优势和较高的性价比,更能契合本土车厂的需求。

再加上这几年国内的汽车半导体厂商进步颇快,譬如智能汽车AI芯片、功率器件、车规MCU、激光雷达等等,部分领域和产品指标与国际厂商的水平相比并不落下风,甚至还能有些许领先。这些也给了车厂信心,车厂开始对国产芯片增加试错机会。

在智能汽车AI芯片领域,诞生了一批行业的秀儿,譬如黑芝麻、芯驰科技、地平线、芯擎科技等等。而且他们都已与多家汽车整车厂展开了商业合作。各家都有自己的优势,并且不断修炼内功,以图在这个汽车变革大潮流中引领智能汽车的自主创新进程。

在杨宇欣看来,自动驾驶芯片作为一个全新的赛道,从全球范围来看,有能力进入这个领域的公司寥寥无几,目前这一赛道是全球共同竞争的态势。虽然,我们目前面临着复杂的国际环境与自主创新挑战;但与此同时,中国芯片企业在与全球巨头竞争,技术层面在赶超甚至具有领先优势,在供应能力和实时响应方面也更高效灵活

我们还看到,中国的企业正在不断加码车规级功率半导体。包括闻泰的12英寸12英寸车规级半导体晶圆制造项目;捷捷微电募资构建用于功率半导体车规级封测产业化项目;斯达半导也在建设车规级全碳化硅功率模组生产线和研发测试中心。而且我国已形成较为完整的功率半导体产业链,设计厂商有新洁能、华润微、扬杰科技等;封测领域有长电科技、华天科技、通富微电、晶方科技等;半导体设备厂商北方华创、中微公司、华峰测控等。

国内车规级MCU厂商主要有比亚迪、杰发科技、芯旺微、赛腾微等。比亚迪除了自用之外,车规MCU已可以大批量对外供应;杰发科技总经理万铁军此前曾在受访中表示,杰发科技车规级MCU和胎压监测芯片均实现百万级出货,目前全球已有500多款车型选用杰发科技汽车应用处理器,有140款在中国出售。芯旺微的MCU已累计出货超7亿颗,产品覆盖到车身控制、汽车照明、智能座舱以及汽车电源与电机等应用。

激光雷达是智能汽车的“眼睛”,随着全球车企自动驾驶L3、L4、L5量产时间表逐渐明晰,车规级激光雷达或将迎来前所未有的发展机遇。而放眼当前车规级激光雷达的全球格局,国外的先发优势还不显著,国内在这方面也并没有落后几代,市场呈现百家争鸣的局面,各种激光雷达技术百花齐放。国内华为和大疆已入局,而且技术上各有千秋,大疆内部孵化的览沃科技车载激光雷达量产能力可达10万个。还有以禾赛科技、镭神智能、北醒光子等为代表的初创企业在努力练肌肉,他们有的已经进入装车。

写在最后:新兴的X因素

 

值得一提的是华为和大疆,华为凭借其在ICT的积累,大疆凭借在激光雷达的技术储备,两家正意图跻身为新的汽车Tier 1行列。在整个汽车产业供应链中,Tier 1长期处于寡头垄断的局面,博世、大陆、电装等国际Tier 1巨头占有国内外一半以上的市占。华为和大疆的加入,或许将成为汽车供应链洗牌的重要推动者。

”华为和大疆都是十分优秀的技术创新企业,他们的加入无疑也将为汽车行业带来更多的创新活力。对当前汽车零部件供应链来说,华为和大疆的加入将增强汽车零部件供应链的良性竞争,加速中国汽车行业智能化转型的步伐。”杨宇欣是补充道,“黑芝麻智能作为自动驾驶计算芯片企业,十分愿意与这样出色的行业伙伴开展合作,实现生态和价值共创。”

目前国内尚无一家Tier 1的厂商打出名号,在手机领域攀上高峰的华为,正打算带领国内整个汽车生态大步向前。“华为目前不造整车,而是聚焦ICT。帮助汽车企业“造好”车、造“好车”,这是华为一再强调的企业战略。

与华为类似,大疆的定位也是汽车行业的一级供应商(以下简称Tier1),辅助车企快速造出好用和用户买得起的自动驾驶汽车。从无人机到无人驾驶,大疆这条路似乎走的合乎情理。今年车展,大疆推出了自研的相机、智能驾驶域控制器等多个汽车核心零部件,其在无人机上掌握的技术优势可能会在无人驾驶领域延续。

不过我们也应该清楚,汽车行业供应链的传统根深蒂固,要更换供应链厂商的花费很大,而且时间周期比传统的消费电子等领域更长,华为与ARCFOX极狐的合作最早可以追溯到 2017 年9月,2020年9月,ARCFOX极狐首款量产车阿尔法T上市。整车厂愿意不愿意拿出三五年甚至更长的时间来试错也是个问题。

不过,可以确定的是,汽车供应链,是时候转变了。具体怎么变,如何变,还得交由市场来考证。

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