車用芯片短缺已演變為全球車企危機。德國、美國和日本等多國車企都受到芯片短缺影響,采取不同程度的減產和停工,并向臺灣地區請求增產。今年1月以來,聯電、臺積電等臺灣地區芯片代工廠相繼宣布,將于2月開始上調芯片價格,以車用芯片為主,最高漲幅達15%。近日,三星電子表示車用芯片短缺的影響還可能波及智能手機行業。

根據國內外汽車行業組織及上市公司公開信息,艾利艾智庫分析研判,汽車“缺芯”原因包括三方面:一是疫情干擾預期,短期供需失衡;二是受技術、效益、需求等方面影響,8英寸車用芯片產能長期不足;三是國內供應商競爭力弱,車用芯片國產化率低。從當前情況看,預計汽車“芯片荒”還將持續至年底。

一、短期“缺芯”,主要是供需失衡

(一)新冠疫情沖擊下,芯片供應商和車企對于2020年下半年的汽車需求預期保守,備貨不足

從供應角度來看,按照業內采購規律,一線供應商采購芯片的周期一般需要提前6-12個月。上一期采購時間,正好與全球疫情開始爆發重疊,供應商市場對2020年下半年汽車行業復蘇的預估不足。有跨國車企一線供應商中國區從業人員表示,大型上游采購商所需要的零部件配套芯片供應鏈關系都是長期履約,如NCNR(Non-Cancel Non-Return)協議,即不許取消、不許退貨。約束性條款會涉及雙方的違約及賠償,采購商輕易不會修改采購條款。

從車企角度來看,2020年5月中汽協表示,預計2020年國內汽車市場銷量下滑15%-25%,在7月時預計下滑10%-20%,10月份表示預計2020年全年汽車產銷量降幅在4%左右。2020年12月,中汽協表示全年國內汽車市場銷量將達2500萬輛,同比下滑2%。如圖1所示。

圖1:中汽協2020年各月預測的當年國內汽車銷量(萬輛)

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數據來源:根據中汽協數據整理,IRI制圖

據國家發改委和中汽協數據顯示,4月以來汽車產業呈現快速恢復、持續增長的態勢,1—11月,汽車產銷同比降幅已收窄至3%左右,主營業務收入、利潤總額和增加值同比實現正增長,如圖2、圖3所示。因疫情原因估計過于保守,以銷定產,預期訂貨量不足,是多數車企當下芯片供應量不足的主因。

圖2:2020年中國汽車產銷量(萬輛)

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數據來源:根據國家發改委及中汽協數據整理,IRI制圖

圖3:2020年中國汽車產銷差量(萬輛)

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數據來源:根據國家發改委及中汽協數據整理,IRI制圖

(二)芯片價格上漲,車企前期備貨不足,二級代理商恐慌囤貨,加劇供需矛盾

芯片價格增長,交貨周期延長,結合疫情下車企產銷預期不佳,導致車企前期備貨不足。例如芯片巨頭荷蘭恩智浦自2018年第一季度開始調漲旗下多個產品線全線報價,其中MCU(微控制單元)芯片調漲6%,數字網絡芯片上漲5%,安全移動支付、車載微控制器應用芯片以及智慧天線解決方案等調漲10%。2020年12月恩智浦新的漲價函顯示,受新冠疫情影響,其面臨產品嚴重緊缺和原料成本增加的雙重影響,決定全線調漲產品價格。在交貨周期延長方面,自2017年第四季度起,全球許多MCU廠商產品交期已從4個月延長至6個月,日本MCU廠商甚至拉長至9個月。

二級芯片供應商囤貨引發行業連鎖反應,加劇供需矛盾。業內人士表示,至少30%的價格上浮使一些二級代理商選擇短時間捂貨。這種行為在代理商之間傳導使得一級零部件商通過各種方式調配資源,包括“掃地式”地從二級代理手中回收產品,加劇了行業內的緊張氛圍。

(三)上游廠商多重突發事件導致芯片供應商無法及時補貨乃至進一步備貨

2020年10月,通訊芯片廠商旭化成(AKM)的晶圓廠因為一場持續3天的大火導致停工,至少需要6個月至1年左右時間才能恢復正常生產,部分產品價格從5美元上漲至110美元。同年11月,在管理層決定不增加全體員工的工資后,汽車MCU芯片龍頭意法半導體(ST)的工人在全法境內工廠發起罷工,也導致產能不足。同時,歐洲和東南亞受第二波新冠肺炎疫情的影響,主要芯片供應商陸續降低產能或關停工廠,加劇了汽車芯片供需失衡現象,芯片供應商無法及時補貨乃至進一步備貨。

二、長期結構看,汽車芯片擴容增產還受三重制約

(一)技術方面,考慮摩爾定律下晶圓升級,芯片制造商不會貿然投資于8英寸產能

隨著汽車電動化與智能化的深入,車載半導體的重要性進一步增大,而功率器件、電源管理芯片、CMOS傳感器、指紋識別芯片和顯示驅動芯片也迎來需求爆發,這些芯片均采用8英寸晶圓制造。但是,由于晶圓尺寸越大,可利用效率越高,過去十余年間業界大規模投資于先進制程的12英寸晶圓上,在8英寸成熟制程上投資不足。

根據SEMI國際半導體產業協會)數據,當前全球12寸半導體產品收入占比達65%,而8寸產品僅占28%。全球8英寸晶圓廠產能增速極低,從2008到2016年,有37座8英寸晶圓代工廠關閉,同時有15座廠從8英寸轉換為12英寸,直到2017年才開始有所回升。國信證券分析師指出,2019年至2022年全球8英寸晶圓產能年均增速預計僅為4.5%。

(二)效益方面,考慮成本收益比,芯片制造商成熟制程擴產動力不足

力積電董事長黃崇仁認為,新建8英寸晶圓廠需要大額資本投入,且至少三年才能量產。如果新建產能投產后需求不足、產能利用率低,疊加高額折舊費用,會造成巨額損失。芯智訊研究表明,現有的8英寸晶圓廠大多已完成折舊,在市場產能緊缺及漲價效應下,相比新建晶圓廠更具經濟效益。集邦咨詢半導體研究處表示,8英寸晶圓設備幾乎已無供應商生產,8英寸機臺售價隨著晶圓需求增加水漲船高,進一步導致芯片成本升高,但是8英寸晶圓售價相對偏低?;诔杀臼找姹瓤剂?,芯片制造商擴產動力不足。

圖4:8英寸(200mm)晶圓廠數量和產能情況

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數據來源:SEMI(國際半導體產業協會)

(三)需求方面,消費電子芯片的市場規模大且生產要求低,擠占車規芯片產能

5G技術快速發展和疫情下的數字化轉型,都促進了消費電子市場規??焖僭鲩L。中汽協副秘書長兼行業發展部部長李邵華表示,2020年消費電子行業對芯片的需求搶占了部分車規級芯片的產能。一般消費類電子芯片的交付不良率需要在萬分之一左右,而車規級芯片不良率則需要控制在百萬分之一,且需適應寬達-40℃到85℃的環境溫差。所以,部分芯片制造商選擇削減其汽車芯片產能配額,將產能向筆記本電腦、平板、手機、TWS耳機等消費電子芯片傾斜。

三、我國車用芯片國產率低,且制造水平不達標,難以融入全球供應鏈

(一)汽車芯片行業技術壁壘高,車規級芯片要求嚴格

汽車芯片廣泛應用于汽車各子系統,相比消費電子芯片和一般工業芯片,車規級零部件長期處于高震動、高濕度、高溫度的工作環境,對裝配體積、重量和制造成本有嚴格限制。車規級零部件對工作壽命要求也很高,通常為20萬公里或15年以上。

芯片設計業者想進入車用芯片供應鏈,基本門檻是取得AEC-Q100/101/200認證,即基于集成電路應力測試認證的失效機理認證測試,多采用軍用電子器件環境適應性標準和汽車電子通用環境適應性標準,執行器件的老化實驗。車規級芯片的生產流程還需要符合零缺陷(Zero Defect)的供應鏈品質管理標準要求,模塊的質量測試需要符合ISO16750標準中“道路車輛-環境條件以及電氣電子設備測試標準”的相關規定。此外,疊加主機廠漫長的供應商磨合周期和對產品的高可靠性要求,國產芯片如要加入車企供應鏈,難以一蹴而就。

(二)我國汽車芯片自給率低,市場為國外廠商所占據

中銀證券數據顯示,中國汽車產銷量占據全球近1/3,但汽車半導體等零部件主要依賴海外供應商。中國汽車半導體產值占全球份額不到5%,部分關鍵零部件進口占比達80%~90%。

據IHS Markit數據顯示,車用MCU芯片,八大國外廠商占據了全球88%的市場份額,在中國市場份額更是高達93%。車規級MCU僅是單個產品的資金投入就高達幾千萬甚至上億人民幣。只有具備豐富芯片設計經驗、全面產品質量管控、充足人力物力的公司,才有可能研發出滿足汽車正常運行需求的MCU芯片。

中國功率半導體市場份額約占全球一半,但是中高端的MOSFET、IGBT主流器件市場為德美日三國廠商壟斷。IGBT作為功率半導體的重要部件,本身設計門檻高、制造技術難、投資大,國內人才較為缺乏,在設計、測試以及封裝等核心技術方面積累仍不夠。

車用MEMS傳感器芯片市場也為美日歐壟斷,我國相關芯片市場尚不具備國際競爭力。根據法國電子市場研究機構Yole Développement提供的數據,全球前30大MEMS廠商中國僅有歌爾股份入圍。領軍的美國博通、德國博世分別占據全球MEMS芯片市場13%與12.1%的份額。中外差距的成因有:我國研究起步較晚,對比具有先發優勢的國際龍頭,仍需發展時間;我國芯片產業仍聚焦在消費電子領域,相對于高投資,回報慢,甚至可能沒有回報的車規級芯片,廠商缺乏投資和研發熱情。

四、明年車用芯片短缺問題有望緩解,根本解決還需增強供應鏈彈性

當前,經產業鏈各環節自發協調,芯片代工廠的車規級芯片訂單也已排到2021年年底。艾利艾智庫研判認為,樂觀看,芯片短缺問題在2021年第三季度或能得到一定緩解??紤]未來5G、AI下游應用增長和車輛智能化、電動化趨勢或放大芯片需求,預計車用芯片短缺問題可能會持續到2022年。

要緩解這一問題,還需強化市場信息互通,增加供應鏈彈性。車企或需改變之前源于豐田的準時生產(JIT,Just in time),即零庫存生產機制,采用可以減少運營環境不確定性的彈性供應鏈方式,建立多層次的供應鏈防御體系。長期結構性問題,或需結合自身實力與發展遠景,向上游芯片進行縱向布局,提高自研自產能力,減少進口依賴。


艾利艾智庫科技產業專題研究組

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