汽车半导体芯片在未来1-2年还会短缺？

罗兰贝格最近写的这篇文章《Steering through the semiconductor crisis A sustained structural disruption requires strategic responses by the automotive industry》，确实挺有意思的，和我们当前看到的情况有点相似，罗兰贝格的观点主要有——

1）预计全球半导体短缺状况将持续到2022年以后，汽车行业和许多其他行业将持续数年……2019年的汽车销量下跌使得芯片供给充分，2020年上半年剧烈收缩和后期报复性消费使得整体的芯片库存被清空掉，然后2021年这个状况将持续1-2年；

2）从2020年到2022年，芯片需求是按照每年17%的速度增长（这里主要从2020年Q4开始的），而芯片供应量每年增长只有6%；

3）汽车芯片最大的短缺出现在老一代芯片上（分布式架构下ECU里面的MCU、电源芯片），传统内燃机汽车所依赖的传统半导体。然而目前新增的产能，主要是面向新一代集中式架构（Domain甚至是Zone架构）中建立起来的，因此从实际来看，新增的投资将不会带来什么缓解。

图1 芯片供应情况（需求和供给的匹配）

Part 1：芯片的错配

从技术来看，当前大部分整车企业的分布式汽车架构依赖于ECU技术，这套系统由许许多多的微控制器(MCU)所构成，每个MCU都只有有限的计算能力，也就是说汽车行业大概占了MCU的40%左右的需求。也就是说，这几年汽车行业增加的MCU需求，和其他行业的需求并不同步，芯片制造企业并没有动力去扩充这些旧工艺的产能。

根据罗兰贝格的调研来看，目前在消费电子设备领域，也需要越来越多的采用较老技术（40-90 nm工艺）的芯片，当然这些产能并不是用来制造MCU的，而是为了3D音频、快充和5G等，需要电源芯片、射频和音频半导体。也就是说，在抢产能的过程中，消费电子厂家付钱爽快、压价低（具有更高的购买力和议价能力），会进一步放大汽车和工业芯片的短缺。

图2 对比不同产品的半导体制程工艺

展望未来，汽车芯片企业还发现一个最为实际的问题：汽车行业正在发生面向智能汽车的转变，新的电子架构过渡，如Domain和Zone架构，对芯片的新增需求主要是高算力的异构计算平台取代原有的ECU。汽车芯片厂家，会非常敏锐的关注这种转移和变化，围绕自动辅助驾驶技术，信息娱乐系统和动力系统管理，OEM会直接找芯片供应商去谈未来的合作，自然搞得清楚哪些是暂时的需求，哪些是长期的需求。

这种内卷，最主要是新造车企业，从开始就与分布式架构的设计理念保持了一定的距离，所以可以快速往集中式架构迁移（最主要是组织形态问题），由于在分布式架构的坑里时间比较短，所以相对受芯片供应影响较小，这也使得传统OEM额外的动力向集中式架构的过渡。

备注：目前来看，2022年Q3左右三电跨域架构就将出现，2023年年底到2024年初第一代具备中央计算平台的架构就能SOP，真的很卷。

图3 不同的电子电气架构

当所有人开始从“just-in-time”切换到“just-in-case”方法去买芯片的时候，客观上造成了订单的拥挤，也让订单的市场化调节机制失效了，这必然会造成潜在需求巨幅波动和将来的需求低迷。

我觉得这个逻辑是这样的——

整个芯片产业，由于消费电子和IT技术的不断进步，使得芯片制造的产能的投资通常重点拓展前沿制造能力，从台积电和三星这样的巨头来看（还有身后的“弟弟们”），投资先进半导体工艺产能可以最大限度的延长资产的使用寿命，保护数十亿美元的投资和优化降低长期制造成本。2020-2022年先进制造工艺的年复合增长为26%，而汽车电子需要的工艺产能每年只有2%左右，这客观上也在打汽车行业的脸，自己的进步缓慢，不受芯片行业待见。

图4 芯片整体的工艺变化

还有各种奇怪的事情，让半导体供应链的中断可能变得更频繁，比如各种各样的气候变化——半导体制造中心东南亚的热带风暴、台湾地区严重干旱对用水密集型半成品的影响，以及疫情的因素，还有政治不确定性上升等因素越来越大的影响导体制造环节。

图5 这个世界并不是风调雨顺的

Part 2：中国的汽车芯片替代

和全球的汽车产业问题相似，目前中国也涌现出很多很多“芯片汽车”，可以用千帆竞渡来形容。很多公司的模式，都是从单品类开始拓展，而且围绕汽车芯片的可靠性和稳定性要求，很多都是依靠40nm以上的工艺来做的，然而这些汽车芯片的产能是有限的。甚至更为残酷的是，中国的新造车企业和合资企业更为内卷，除了少数底盘、安全气囊的MCU与安全件，好多的功能正在被快速集成，我们可以算一算？

1）哪些ECU是短期内不可替代的？它们的数量有多少，可替代的空间有多少？

2）通往Zonal 架构的OEM动作有多快，幅度有多深，随着一两家快速跑起来，后面的能有多快？

图6 小鹏的G9后续的EEA3.0 2022年Q3就开始交付了

图7 传统汽车企业EEA架构也很快

小结：

所以说到底，这一把所有的汽车企业都在憋着做智能汽车，憋着用新架构做新产品出来，反正再怎么跑量，芯片的供应还是存在缺口的。

图｜网络及相关截图

作者简介：朱玉龙，资深电动汽车三电系统和汽车电子工程师，著有《汽车电子硬件设计》。