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科技
作者:芯锂话
2021-10-27 15:58
[亿欧导读]

科技发展是全人类努力的结果,技术封锁只会制造麻烦,阻碍技术进步。“缺芯”将极有可能成为中国汽车芯片企业发展的推手,从自主替代到走向全球,或许就在不远的将来。

半导体芯片

本文来自: 芯锂话 题图来自“原创图片”

文 | 林晓晨

来源|芯锂话(ID:ddxinsanban)

“芯片荒”有多严重?中日美欧等四个主要汽车市场的9月销量同比下降26%。

在这场危机面前,人类显得那样弱小无力,已经有很多学者站出来表示“芯片荒”可能仍将持续很长时间,短期内我们将不得不继续忍受这样的局面。

究竟全球“芯片”为何突然之间不够用了呢?追根溯源,这完全是由于供需失衡所造成的。

供给端,欧美企业几乎垄断了整个芯片产业链,通过技术封锁、客户绑定,来压制中国芯片企业的发展。中国几乎是世界上芯片应用量最高的国家,但国产替代率却仅为个位数,其中的苦涩无需多言。

在原本的产业格局中,各链条有序发展,是并不存在“缺芯”这件事的。然而,随着全球疫情爆发,美国遭遇特大寒潮,日本瑞萨电子惨遭大火,全球“封测重镇”马来西亚疫情反弹,全球芯片产能释放遇到了极大的考验。

需求端,新能源汽车迅猛推进,一辆汽车中电子产品的比例显著增加,促使全球芯片的应用量被前所未有的放大。再加上物联网、光伏能产业的发展,进一步放大对芯片的需求。

一边是需求爆发,另一边是产能受制,“缺芯”的到来实属必然。

本质而言,缺芯是因为全球科技发展与垄断生产力之间存在无法调和的矛盾。欧美国家对于“芯片”技术的保护,是造成这场危机的根本所在。

解决“芯片危机”,需要的不是口号,而是切实的产能提升。纵观全世界,中国无疑是解决芯片生产的最优之选。

由此来看,这场“芯片荒”极有可能加速中国芯片厂商的追赶速度,有利于在中国芯片企业全球市场站稳脚跟。

/ 01 / 新能源带来的改变

尽管疫情、暴雪和火灾削弱了全球芯片的产能,但“缺芯”的更核心因素依然还是因为需求端的突然释放。

2020年,全球新能源汽车渗透率仅为3.7%,但今年上半年这一数据飙升至6%,提升了2.3个百分点。具体来看,2021H1全球新能源汽车累计销量达241万辆,较去年同期增长170%。虽然这其中有去年疫情导致基数较低的因素,但新能源汽车销量的增长却是实打实的。

众所周知,新能源汽车与传统汽车的最大不同就在于动力方式,差异于燃油系统,新能源汽车用三电系统来提供动力。所谓三电系统指的是由电池、电机、电控所组成的系统。

来源:NE研究院,英飞凌季报,国元证券研究中心

三电系统带来的最大改变就是车规半导体数量显著增加。长远来看,电动化、自动化、数字化三大方向促使新能源汽车的成本结构发生了本质变化。

现阶段,新能源汽车对于芯片的需求主要是由电气化所催生。

传统汽车中,燃油发动机约占汽车总成本的30%,是占比最高的;同样的在新能源汽车中,电控系统也是成本占比最高的部分,仅电池一项达到汽车总成本的35%,电机、电控占剩余的30%成本。

电池系统控制化学能转化为电能;电机系统在接受电能后将其转化为动能,驱使汽车前行;电控系统则是电机的控制器,由逆变器和控制器两部分组成,逆变器负责将直流电转化为交流电,控制器则是通过控制变频器频率的升降来实现加速和减速的功能。

整个三电系统中,涉及到多次电能转换,就需要通过大量的功率半导体来实现。据国际咨询机构罗兰贝格测算,动力系统的改变将会让汽车中电子元器件的需求量猛增3.5倍,由640美元单辆提升至2875美元。

具体来看,虽然内燃机被更替,汽车将减少395美元的电子元器件,但电池控制和电动力总成却分别增加770美元和1860美元的电子元件成本。

纵观全局,IGBT和MOSFET等功率器件的需求量随着车辆电动化的进程而显著增加。对于电动化很低的微混汽车而言,IGBT组件的个数仅为2-3个,而随着电动化程度的加深,马达功率在120kW以上的电动车IGBT组件的个数可能达到150个。

这还仅仅是电力系统带来的车规半导体数量增长,在汽车自动化和智能化风潮下,雷达系统、传感系统、计算系统芯片的需求量都将有所提升。

在燃油车上,车规半导体应用数量很少,当时的汽车的差异主要在油耗与质量上。而随着科技的发展,汽车已然摆脱了单纯运载工具的命运,而成为移动出行大生态中的核心一环。

在这个层面上,汽车芯片需求量迅猛增长将成为必然趋势。

/ 02 / 粘在身上的牛虻

在大自然界中,有一种昆虫叫做牛虻,他们以吸食家畜身上的血为生,危害家畜的健康。如今我们的新能源汽车发展火热,但实则身上却早已经粘附了很多的“牛虻”。

“碳中和”趋势之下,新能源汽车有望成为增速最快的赛道,也是我国重点发展的产业方向。

据工研院产科国际所数据,从2018年开始,中国就超越日本成为全球新能源汽车销量第一的国家。最新的2021年数据显示,中国、日本、美国、德国、英国分别是新能源汽车销量占比前五的国家。其中,中国以32.5%的市场占有率,遥遥领先于日本的17.9%和美国的16.3%。

未来五年,中国电动汽车销量预期将从2020年的约100万辆增加至2025年的420万辆,将超过美国及欧洲电动汽车销量的总和,并将长期保持20%以上的行业增速。

传统燃油车时代,发动机就一直制约着我国汽车行业的发展,在电动车抛弃发动机后,实际上中国车企已经与世界豪强站到了一个起跑线上,因此我们才会看到中国新能源车企的迅猛发展。

然而,虽然发动机的瓶颈消失了,但我们却落入了车规半导体的新困境之中。

一辆新能源汽车中,功率半导体的自主率仅为8%,储存芯片的比例也为8%,信号链芯片和传感器的自主率不足5%,控制类芯片的自主率甚至不足1%。整体来看,中国车规半导体的自主率在8%以下。

我国不仅是世界上最大的新能源汽车生产国,同时它还是最大的车规半导体进口国。

海关进出口数据显示,2019年中国集成电路进口金额达3040亿美元,超越原油成为进口依赖度最高的产品,而集成电路出口金额却仅为1100亿美元,贸易逆差达到惊人的1940亿美元。

新能源汽车爆发,车规半导体无疑是受益最大的一环,而我国的车规半导体却绝大部分采购自海外。正是由于缺乏自主替代能力,因此在海外疫情发生时,我国汽车产业链才会同样遭受“缺芯”困扰。

海外半导体公司就好像牛身上的牛虻,吸食着中国新能源产业链的利润。

/ 03 / “缺芯”是中国企业追赶的良机

半导体是由美国人发明的,并始终掌控者这一领域的控制权。

上世纪80年代,尼康、佳能等一批日本企业依靠性价比,成功将美国光刻机赶出市场。在失去芯片制造端话语权后,美国通过扶持荷兰阿斯麦公司的方式打击对手,由此才有了阿斯麦EUV光刻机的绝世无双。

中国企业同样遭到了欧美国家的封杀,华为中芯国际都并未被平等对待。在芯片发展过程中,我国企业遇到的阻碍远比想象中的更大。

坦率而言,目前我们在半导体产业中的落后是全方位的,不光是买不到光刻机,在电子特气、CMP 抛光材料、湿化学品、光刻胶、EDA软件等多个方面都存在缺口。产业链的羸弱导致国内汽车芯片企业市场地位较弱,高附加值的产品占比极低。

车规芯片虽然没有计算机芯片那样复杂,但却极为考验产品的稳定性,中国企业也同样面临着不小的困难。车规芯片工作环境较为恶劣,需要适应较大温差,同时还要克服高振动、多粉尘、油渍、多电磁干扰的问题。

一直以来,汽车供应商都有着极大遴选惯性,如果一家企业能够顺利进入到车企的供应商名单,那么通常都会源源不断的获得订单,对于车规芯片来说同样如此。

一家企业想要成为全球知名车规供应商,就需要通过AEC机构的元器件认证。虽然名义上这个认证不是强制的,但车企及供应商往往还是认可这一标准的。

AEC是美国汽车电子委员会的简称,由北美三大车企克莱斯勒、福特和通用汽车牵头设立。在基础本就很弱的情况下,中国车规芯片企业想要逆势获得认可难度极大。由此不难看出,芯片制造是很难依靠单项技术突围的,企业的强大往往依托于背后强大的产业链群。

在缺乏产业链支持的情况下,盲目的研发车规芯片对于中国企业而言并没有经济效益,因此很长一段时间中我们做的都是技术附加值并不高的基础产品。

过去,国产车规芯片的痛点有两个,一方面是产业基础薄弱,整个产业链起步都比较晚;另一方面,缺乏赚钱效应,就算做出来也没有人买,难以跻身国际汽车大厂的供应商,缺少持续迭代的机会。

疫情造成的“缺芯潮”其实给了中国芯片企业机会。由于新能源汽车使用全新的动力系统,实则缩小了全球玩家的差距,大家几乎都回到了同一起跑线。

一直以来,中国企业不缺少制造芯片的意愿,也不缺少资本的助力。但却受制于技术封锁,导致整个半导体产业链较为落后。现如今,“缺芯”已经不是短时间内能够解决的问题,在需求不断增长的情况下,势必需要新增产能来解决问题,这就给了我们发展的机会。

去年9月,由科技部、工信部牵头,70余家企事业单位共同组成的“中国汽车芯片产业创新战略联盟”正式成立,这表明发展国家对于汽车芯片发展的重视。

现阶段,“缺芯”主要是由于汽车电动化造成,而电动化只不过是新能源汽车的第一步,随着后续数字化、智能化的到来,汽车“含硅量”将进一步上升。

尤其是自动驾驶技术,从L3到L5阶段,计算量都将指数级增长,对于芯片算力的要求将是如今的上百倍。雷达芯片、传感器、储存芯片、计算芯片都极有可能出现巨大的缺口。

科技发展是全人类努力的结果,技术封锁只会制造麻烦,阻碍技术进步。“缺芯”将极有可能成为中国汽车芯片企业发展的推手,从自主替代到走向全球,或许就在不远的将来。

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