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汽车新局面下的半导体思考

发布日期:2021-10-12 浏览次数:49 来源: 半导体行业观察作者:网络
   前言:本文是笔者对汽车电子供应链如何随着汽车电动化和智能化的趋势而变化的一些粗浅看法。有不足之处,还请谅解。

  过去,汽车只是出行工具,主要目的是把乘客从一个地方运送到另一个地方。汽车的关键部件也主要是发动机和变速箱等机械部分,汽车电子只占一小部分。这些汽车电子单元在车身中分布式放置,遍布车身各处,由不同的供应商分别提供。同时,对应的汽车电子供应链也隶属于整体的汽车供应链并与之了类似,均为分层结构,即从整车厂,到一级供应商,再到二级供应商乃至多级供应商层层划分,壁垒森严。半导体原厂在其中负责提供电子芯片,一般属于二级或者三级供应商。传统供应链中,整车厂主要负责整合和管理一级供应商,与半导体原厂很少直接接触,即使有,也只是浅尝辄止的合作。

  在这样的传统供应链中,面对整车厂在系统层面的需求,一级供应商将其细化为芯片层面的需求,寻找适合的半导体原厂。半导体原厂再选择是用已有芯片产品,还是修改现有产品,亦或开发新产品来满足要求。之后半导体原厂用自有晶圆厂或者委托给代工厂生产满足要求的芯片。随后一级供应商将芯片整合到汽车内各个子系统中,如助力转向和空调等,再供应给整车厂集成装车。


  来源:麦肯锡咨询,有修改

  但是,随着社会和科技的发展,汽车不再只是代步工具,而是有了更多的要求,例如环保,第三空间等。如之前的一篇文章《自动驾驶来了吗?从电动汽车历史推演自动驾驶前景》中所讨论的,电动化和智能化在近几年确定为汽车的未来发展趋势。汽车的关键部件逐渐变成了电动汽车中的电控与电池,以及智能汽车中的AI芯片和高等级传感器。这意味着汽车电子和汽车芯片所占的份额越来越大,传统汽车供应链已经越来越不能满足对汽车电子和汽车芯片的需求。因此,汽车电子供应链也就跳出传统汽车供应链的藩篱,开始探索新的模式。

  首先出现的是一级供应商主导的供应链模式,即芯片定义和设计都是由一级供应商完成,再交由代工厂生产,后续步骤与传统供应链相同。例如,整车厂采用博世Bosch的电控系统时,其核心的功率模块(IGBT或碳化硅)为博世的自有产品,由博世自行定义和设计。随后博世将其集成到电控系统中,再销售给整车厂使用。

  此外,汽车电子供应链也采用第三种初级垂直整合和直接购买的模式来应对电动化的浪潮——整车厂跳过一级供应商,与半导体原厂直接合作,共同定义和开发适合的汽车芯片产品。比如特斯拉在设计第一款车型Roadster时,与当时知名的半导体原厂国际整流器公司(InternationalRectifier)合作开发了业内第一款车规级大电流IGBT单管AUIRGPS4067。在开发后续车型Model3时,又向意法半导体STM和英飞凌Infineon定制了特别设计的TPAKIGBT和TPAKSiC模块,并委托这些半导体原厂生产,再将它们应用在特斯拉自己研发的电动动力总成中,而不是从传统的一级供应商那里购买电控单元的制成品。根据麦肯锡的调查,有68%的汽车行业和半导体行业受访者认为初级垂直整合的供应链将更受整车厂的欢迎。

  当然,也有比亚迪汽车这样少数采用第四种即完全垂直整合的汽车电子供应链的整车厂。还是以功率模块为例,比亚迪从设计、生产和使用均有自己亲力亲为(当然比亚迪半导体拆分后,回到了第三种模式)。


  来源:01芯闻

  而近几年智能化的方兴未艾给汽车增添了新的工作,包括感应、感知与定位,预测与规划。这些工作由核心的人工智能AI、传感器阵列(图像传感器、超声雷达和激光雷达)、以及用于传感器融合、高清地图定位的通信模组和计算单元实现。值得注意的是,这些大多属于计算与通信(CCE),与以往的机械电子(MEE)不同。这意味智能汽车较以往的非智能汽车有了本质的变化——非智能汽车中司机是绝对的主角,通过人类的感官和大脑,负责全部的感知与规划,汽车只根据司机的操控来实现车辆的运行。但是智能汽车为人类的感知与思考查漏补缺,甚至可能在未来取而代之,直接实现汽车的自动驾驶。

  这些新增部分不再是传统一级供应商的强项,甚至可以说他们已不在舞台的中央,取而代之的是一些初创企业,3C领域的头部企业,以及之前在供应链中作为幕后英雄的半导体原厂。主要原因是汽车智能化的兴起使得所有厂商又重新回到起跑线,老牌一级供应商失去了先发优势,反而是那些强于计算与通信的厂商获得领先。例如,目前自动驾驶和辅助驾驶系统大多采用英伟达平台和英特尔Mobileye平台,而智能座舱中高通和地平线的芯片得到广泛应用。

  因此智能化时代的汽车电子供应链中后三种模式更为普遍,既有维宁尔Veoneer和华为等新兴一级供应商主导的供应链,亦有造车新势力和传统车厂的新兴品牌直接与半导体原厂合作,采用其芯片和方案开发高级别的辅助驾驶系统(如蔚来ET7采用英伟达DRIVEOrin系统级芯片),还有特斯拉这样完全整合供应链,自己开发设计FSD芯片的整车厂。


  图片来源:Gartner

  自动驾驶作为智能化的高级阶段,目前还处于技术成熟度曲线(HypeCycle)的泡沫破裂谷底期向稳步爬升复苏期的发展阶段,所以供应链体系还在激烈变动中。很多整车厂看似采用一级供应商主导模式,主要依靠一些新兴的供应商如图森未来和文远知行等初创企业来为其提供自动驾驶方案(之前的文章《国内自动驾驶乘用车合作情况:不完全整理》介绍了目前国内整车厂与一级供应商在自动驾驶方面的合作)。实则采用了初级垂直整合的模式,很早就介入这些初创企业的发展中,在其早期阶段用大规模投资和深度合作的方式将其拉入自己的阵营,甚至直接收入囊中。最近的例子就有通用汽车3亿美元入股Momenta,以及4月份丰田汽车5.5亿美元收购Lyft自动驾驶部门Level5。毫不意外,随着自动驾驶技术越来越成熟,迈入复苏期和成熟期,会有更多的整车厂采用初级垂直整合甚至完全垂直整合的模式,在汽车电子方面建立技术和供应壁垒。

  汽车电动化和智能化发展趋势带来了汽车电子供应链的变动,也带来了挑战。例如去年开始的汽车芯片短缺,就是整车厂还在用传统的准时化(JustinTime)供应链管理原则来应对已经发生变化的汽车电子供应链。整车厂对需求的预测不足和对零库存的要求叠加在一起产生牛鞭效应(BullWhipEffect),在汽车电子供应链上层层放大导致了汽车芯片供需的严重不匹配。

  有鉴于此,整车厂,一级供应商和半导体企业又该怎么做呢?首先,三者需要打通壁垒,在研发和生产等诸多方面都建立起更牢固的合作关系。安森美半导体CEOHassanEl-Khoury表示,过去整车厂采用准时化管理模式,要求半导体原厂被动的配合——原厂花几年时间,数十亿美元建立芯片产能,可能在芯片生产前30天时间被取消订单。未来汽车电子供应链中的相关各方都需要吸取教训,找到新的合作方式。目前,看到部分整车厂已经行动起来,同一些半导体企业签订长期供应协议LTSA,保证汽车芯片供应并用技术合作绑定这些半导体原厂。

  其次,需要尽快招募跨行业的复合型人才。整车厂和一级供应商中需要有对芯片有深入了解的人才,半导体企业中也要有既能说汽车行业语言又懂芯片的人才。并且为了人尽其才,必须给予招募的人才以清晰的目标,放入独立的组织中充分放权让其施为,不能因为企业内部盘根错节的关系和博弈导致丧失进取的能力。大众汽车成立独立的car.software部门并在随后不断重组优化组织架构就是吸收了之前经验教训。

  但是,相信一些整车厂仍然会继续采用机会主义的方式对待汽车电子供应链,虽然这在短期能获得了更多的利益,但是当未来建立起一个又一个跨行业的汽车电子产业联盟时,留给这些单打独斗者的时间已经不多了。

  参考文章

  《Automotivesemiconductorsfortheautonomousage》,McKinsey&Company,Aug/2021

  《HypeCycleforAutomotiveTechnologies,2020》,Gartner,Jul/2020

  《Stresstest:CanHassaneEl-KhouryrefashionnotjustOnSemibuttheautomotiveindustry》,TheTechnologyLetter,May/2021
 
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