芯片荒”有多嚴(yán)重?中日美歐等四個(gè)主要汽車市場的9月銷量同比下降26%。在這場危機(jī)面前，人類顯得那樣弱小無力，已經(jīng)有很多學(xué)者站出來表示“芯片荒”可能仍將持續(xù)很長時(shí)間，短期內(nèi)我們將不得不繼續(xù)忍受這樣的局面。究竟全球“芯片”為何突然之間不夠用了呢?追根溯源，這完全是由于供需失衡所造成的。供給端，歐美企業(yè)幾乎壟斷了整個(gè)芯片產(chǎn)業(yè)鏈，通過技術(shù)封鎖、客戶綁定，來壓制中國芯片企業(yè)的發(fā)展。中國幾乎是世界上芯片應(yīng)用量最高的國家，但國產(chǎn)替代率卻僅為個(gè)位數(shù)，其中的苦澀無需多言。在原本的產(chǎn)業(yè)格局中，各鏈條有序發(fā)展，是并不存在“缺芯”這件事的。然而，隨著全球疫情爆發(fā)，美國遭遇特大寒潮，日本瑞薩電子慘遭大火，全球“封測重鎮(zhèn)”馬來西亞疫情反彈，全球芯片產(chǎn)能釋放遇到了極大的考驗(yàn)。需求端，新能源汽車迅猛推進(jìn)，一輛汽車中電子產(chǎn)品的比例顯著增加，促使全球芯片的應(yīng)用量被前所未有的放大。再加上物聯(lián)網(wǎng)、光伏能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，進(jìn)一步放大對芯片的需求。一邊是需求爆發(fā)，另一邊是產(chǎn)能受制，“缺芯”的到來實(shí)屬必然。本質(zhì)而言，缺芯是因?yàn)槿�球科技發(fā)展與壟斷生產(chǎn)力之間存在無法調(diào)和的矛盾。歐美國家對于“芯片”技術(shù)的保護(hù)，是造成這場危機(jī)的根本所在。解決“芯片危機(jī)”，需要的不是口號，而是切實(shí)的產(chǎn)能提升。縱觀全世界，中國無疑是解決芯片生產(chǎn)的最優(yōu)之選。由此來看，這場“芯片荒”極有可能加速中國芯片廠商的追趕速度，有利于在中國芯片企業(yè)全球市場站穩(wěn)腳跟。

新能源帶來的改變

盡管疫情、暴雪和火災(zāi)削弱了全球芯片的產(chǎn)能，但“缺芯”的更核心因素依然還是因?yàn)樾枨蠖说耐蝗会尫拧?/p>

2020年，全球新能源汽車滲透率僅為3.7%，但今年上半年這一數(shù)據(jù)飆升至6%，提升了2.3個(gè)百分點(diǎn)。具體來看，2021H1全球新能源汽車?yán)塾?jì)銷量達(dá)241萬輛，較去年同期增長170%。雖然這其中有去年疫情導(dǎo)致基數(shù)較低的因素，但新能源汽車銷量的增長卻是實(shí)打?qū)嵉摹?/p>

眾所周知，新能源汽車與傳統(tǒng)汽車的最大不同就在于動力方式，差異于燃油系統(tǒng)，新能源汽車用三電系統(tǒng)來提供動力。所謂三電系統(tǒng)指的是由電池、電機(jī)、電控所組成的系統(tǒng)。

三電系統(tǒng)帶來的最大改變就是車規(guī)半導(dǎo)體數(shù)量顯著增加。長遠(yuǎn)來看，電動化、自動化、數(shù)字化三大方向促使新能源汽車的成本結(jié)構(gòu)發(fā)生了本質(zhì)變化。

現(xiàn)階段，新能源汽車對于芯片的需求主要是由電氣化所催生。

傳統(tǒng)汽車中，燃油發(fā)動機(jī)約占汽車總成本的30%，是占比最高的;同樣的在新能源汽車中，電控系統(tǒng)也是成本占比最高的部分，僅電池一項(xiàng)達(dá)到汽車總成本的35%，電機(jī)、電控占剩余的30%成本。

電池系統(tǒng)控制化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能;電機(jī)系統(tǒng)在接受電能后將其轉(zhuǎn)化為動能，驅(qū)使汽車前行;電控系統(tǒng)則是電機(jī)的控制器，由逆變器和控制器兩部分組成，逆變器負(fù)責(zé)將直流電轉(zhuǎn)化為交流電，控制器則是通過控制變頻器頻率的升降來實(shí)現(xiàn)加速和減速的功能。

整個(gè)三電系統(tǒng)中，涉及到多次電能轉(zhuǎn)換，就需要通過大量的功率半導(dǎo)體來實(shí)現(xiàn)。據(jù)國際咨詢機(jī)構(gòu)羅蘭貝格測算，動力系統(tǒng)的改變將會讓汽車中電子元器件的需求量猛增3.5倍，由640美元單輛提升至2875美元。

具體來看，雖然內(nèi)燃機(jī)被更替，汽車將減少395美元的電子元器件，但電池控制和電動力總成卻分別增加770美元和1860美元的電子元件成本。

縱觀全局，IGBT和MOSFET等功率器件的需求量隨著車輛電動化的進(jìn)程而顯著增加。對于電動化很低的微混汽車而言，IGBT組件的個(gè)數(shù)僅為2-3個(gè)，而隨著電動化程度的加深，馬達(dá)功率在120kW以上的電動車IGBT組件的個(gè)數(shù)可能達(dá)到150個(gè)。

這還僅僅是電力系統(tǒng)帶來的車規(guī)半導(dǎo)體數(shù)量增長，在汽車自動化和智能化風(fēng)潮下，雷達(dá)系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、計(jì)算系統(tǒng)芯片的需求量都將有所提升。

在燃油車上，車規(guī)半導(dǎo)體應(yīng)用數(shù)量很少，當(dāng)時(shí)的汽車的差異主要在油耗與質(zhì)量上。而隨著科技的發(fā)展，汽車已然擺脫了單純運(yùn)載工具的命運(yùn)，而成為移動出行大生態(tài)中的核心一環(huán)。

在這個(gè)層面上，汽車芯片需求量迅猛增長將成為必然趨勢。

粘在身上的牛虻

在大自然界中，有一種昆蟲叫做牛虻，他們以吸食家畜身上的血為生，危害家畜的健康。如今我們的新能源汽車發(fā)展火熱，但實(shí)則身上卻早已經(jīng)粘附了很多的“牛虻”。

“碳中和”趨勢之下，新能源汽車有望成為增速最快的賽道，也是我國重點(diǎn)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)方向。

據(jù)工研院產(chǎn)科國際所數(shù)據(jù)，從2018年開始，中國就超越日本成為全球新能源汽車銷量第一的國家。最新的2021年數(shù)據(jù)顯示，中國、日本、美國、德國、英國分別是新能源汽車銷量占比前五的國家。其中，中國以32.5%的市場占有率，遙遙領(lǐng)先于日本的17.9%和美國的16.3%。

未來五年，中國電動汽車銷量預(yù)期將從2020年的約100萬輛增加至2025年的420萬輛，將超過美國及歐洲電動汽車銷量的總和，并將長期保持20%以上的行業(yè)增速。

傳統(tǒng)燃油車時(shí)代，發(fā)動機(jī)就一直制約著我國汽車行業(yè)的發(fā)展，在電動車拋棄發(fā)動機(jī)后，實(shí)際上中國車企已經(jīng)與世界豪強(qiáng)站到了一個(gè)起跑線上，因此我們才會看到中國新能源車企的迅猛發(fā)展。

然而，雖然發(fā)動機(jī)的瓶頸消失了，但我們卻落入了車規(guī)半導(dǎo)體的新困境之中。

一輛新能源汽車中，功率半導(dǎo)體的自主率僅為8%，儲存芯片的比例也為8%，信號鏈芯片和傳感器的自主率不足5%，控制類芯片的自主率甚至不足1%。整體來看，中國車規(guī)半導(dǎo)體的自主率在8%以下。

我國不僅是世界上最大的新能源汽車生產(chǎn)國，同時(shí)它還是最大的車規(guī)半導(dǎo)體進(jìn)口國。

海關(guān)進(jìn)出口數(shù)據(jù)顯示，2019年中國集成電路進(jìn)口金額達(dá)3040億美元，超越原油成為進(jìn)口依賴度最高的產(chǎn)品，而集成電路出口金額卻僅為1100億美元，貿(mào)易逆差達(dá)到驚人的1940億美元。

新能源汽車爆發(fā)，車規(guī)半導(dǎo)體無疑是受益最大的一環(huán)，而我國的車規(guī)半導(dǎo)體卻絕大部分采購自海外。正是由于缺乏自主替代能力，因此在海外疫情發(fā)生時(shí)，我國汽車產(chǎn)業(yè)鏈才會同樣遭受“缺芯”困擾。

海外半導(dǎo)體公司就好像牛身上的牛虻，吸食著中國新能源產(chǎn)業(yè)鏈的利潤。

“缺芯”是中國企業(yè)追趕的良機(jī)

半導(dǎo)體是由美國人發(fā)明的，并始終掌控者這一領(lǐng)域的控制權(quán)。

上世紀(jì)80年代，尼康、佳能等一批日本企業(yè)依靠性價(jià)比，成功將美國光刻機(jī)趕出市場。在失去芯片制造端話語權(quán)后，美國通過扶持荷蘭阿斯麥公司的方式打擊對手，由此才有了阿斯麥EUV光刻機(jī)的絕世無雙。

中國企業(yè)同樣遭到了歐美國家的封殺，華為、中芯國際都并未被平等對待。在芯片發(fā)展過程中，我國企業(yè)遇到的阻礙遠(yuǎn)比想象中的更大。

坦率而言，目前我們在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中的落后是全方位的，不光是買不到光刻機(jī)，在電子特氣、CMP 拋光材料、濕化學(xué)品、光刻膠、EDA軟件等多個(gè)方面都存在缺口。產(chǎn)業(yè)鏈的羸弱導(dǎo)致國內(nèi)汽車芯片企業(yè)市場地位較弱，高附加值的產(chǎn)品占比極低。

車規(guī)芯片雖然沒有計(jì)算機(jī)芯片那樣復(fù)雜，但卻極為考驗(yàn)產(chǎn)品的穩(wěn)定性，中國企業(yè)也同樣面臨著不小的困難。車規(guī)芯片工作環(huán)境較為惡劣，需要適應(yīng)較大溫差，同時(shí)還要克服高振動、多粉塵、油漬、多電磁干擾的問題。

一直以來，汽車供應(yīng)商都有著極大遴選慣性，如果一家企業(yè)能夠順利進(jìn)入到車企的供應(yīng)商名單，那么通常都會源源不斷的獲得訂單，對于車規(guī)芯片來說同樣如此。

一家企業(yè)想要成為全球知名車規(guī)供應(yīng)商，就需要通過AEC機(jī)構(gòu)的元器件認(rèn)證。雖然名義上這個(gè)認(rèn)證不是強(qiáng)制的，但車企及供應(yīng)商往往還是認(rèn)可這一標(biāo)準(zhǔn)的。

AEC是美國汽車電子委員會的簡稱，由北美三大車企克萊斯勒、福特和通用汽車牽頭設(shè)立。在基礎(chǔ)本就很弱的情況下，中國車規(guī)芯片企業(yè)想要逆勢獲得認(rèn)可難度極大。由此不難看出，芯片制造是很難依靠單項(xiàng)技術(shù)突圍的，企業(yè)的強(qiáng)大往往依托于背后強(qiáng)大的產(chǎn)業(yè)鏈群。

在缺乏產(chǎn)業(yè)鏈支持的情況下，盲目的研發(fā)車規(guī)芯片對于中國企業(yè)而言并沒有經(jīng)濟(jì)效益，因此很長一段時(shí)間中我們做的都是技術(shù)附加值并不高的基礎(chǔ)產(chǎn)品。

過去，國產(chǎn)車規(guī)芯片的痛點(diǎn)有兩個(gè)，一方面是產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈起步都比較晚;另一方面，缺乏賺錢效應(yīng)，就算做出來也沒有人買，難以躋身國際汽車大廠的供應(yīng)商，缺少持續(xù)迭代的機(jī)會。

疫情造成的“缺芯潮”其實(shí)給了中國芯片企業(yè)機(jī)會。由于新能源汽車使用全新的動力系統(tǒng)，實(shí)則縮小了全球玩家的差距，大家?guī)缀醵蓟氐搅送�一起跑線。

一直以來，中國企業(yè)不缺少制造芯片的意愿，也不缺少資本的助力。但卻受制于技術(shù)封鎖，導(dǎo)致整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈較為落后。現(xiàn)如今，“缺芯”已經(jīng)不是短時(shí)間內(nèi)能夠解決的問題，在需求不斷增長的情況下，勢必需要新增產(chǎn)能來解決問題，這就給了我們發(fā)展的機(jī)會。

去年9月，由科技部、工信部牽頭，70余家企事業(yè)單位共同組成的“中國汽車芯片產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”正式成立，這表明發(fā)展國家對于汽車芯片發(fā)展的重視。

現(xiàn)階段，“缺芯”主要是由于汽車電動化造成，而電動化只不過是新能源汽車的第一步，隨著后續(xù)數(shù)字化、智能化的到來，汽車“含硅量”將進(jìn)一步上升。

尤其是自動駕駛技術(shù)，從L3到L5階段，計(jì)算量都將指數(shù)級增長，對于芯片算力的要求將是如今的上百倍。雷達(dá)芯片、傳感器、儲存芯片、計(jì)算芯片都極有可能出現(xiàn)巨大的缺口。

科技發(fā)展是全人類努力的結(jié)果，技術(shù)封鎖只會制造麻煩，阻礙技術(shù)進(jìn)步。“缺芯”將極有可能成為中國汽車芯片企業(yè)發(fā)展的推手，從自主替代到走向全球，或許就在不遠(yuǎn)的將來。

(關(guān)鍵字：半導(dǎo)體)