车用芯片短缺已演变为全球车企危机。德国、美国和日本等多国车企都受到芯片短缺影响,采取不同程度的减产和停工,并向台湾地区请求增产。今年1月以来,联电、台积电等台湾地区芯片代工厂相继宣布,将于2月开始上调芯片价格,以车用芯片为主,最高涨幅达15%。近日,三星电子表示车用芯片短缺的影响还可能波及智能手机行业。

根据国内外汽车行业组织及上市公司公开信息,艾利艾智库分析研判,汽车“缺芯”原因包括三方面:一是疫情干扰预期,短期供需失衡;二是受技术、效益、需求等方面影响,8英寸车用芯片产能长期不足;三是国内供应商竞争力弱,车用芯片国产化率低。从当前情况看,预计汽车“芯片荒”还将持续至年底。

一、短期“缺芯”,主要是供需失衡

(一)新冠疫情冲击下,芯片供应商和车企对于2020年下半年的汽车需求预期保守,备货不足

从供应角度来看,按照业内采购规律,一线供应商采购芯片的周期一般需要提前6-12个月。上一期采购时间,正好与全球疫情开始爆发重叠,供应商市场对2020年下半年汽车行业复苏的预估不足。有跨国车企一线供应商中国区从业人员表示,大型上游采购商所需要的零部件配套芯片供应链关系都是长期履约,如NCNR(Non-Cancel Non-Return)协议,即不许取消、不许退货。约束性条款会涉及双方的违约及赔偿,采购商轻易不会修改采购条款。

从车企角度来看,2020年5月中汽协表示,预计2020年国内汽车市场销量下滑15%-25%,在7月时预计下滑10%-20%,10月份表示预计2020年全年汽车产销量降幅在4%左右。2020年12月,中汽协表示全年国内汽车市场销量将达2500万辆,同比下滑2%。如图1所示。

图1:中汽协2020年各月预测的当年国内汽车销量(万辆)

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数据来源:根据中汽协数据整理,IRI制图

据国家发改委和中汽协数据显示,4月以来汽车产业呈现快速恢复、持续增长的态势,1—11月,汽车产销同比降幅已收窄至3%左右,主营业务收入、利润总额和增加值同比实现正增长,如图2、图3所示。因疫情原因估计过于保守,以销定产,预期订货量不足,是多数车企当下芯片供应量不足的主因。

图2:2020年中国汽车产销量(万辆)

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数据来源:根据国家发改委及中汽协数据整理,IRI制图

图3:2020年中国汽车产销差量(万辆)

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数据来源:根据国家发改委及中汽协数据整理,IRI制图

(二)芯片价格上涨,车企前期备货不足,二级代理商恐慌囤货,加剧供需矛盾

芯片价格增长,交货周期延长,结合疫情下车企产销预期不佳,导致车企前期备货不足。例如芯片巨头荷兰恩智浦自2018年第一季度开始调涨旗下多个产品线全线报价,其中MCU(微控制单元)芯片调涨6%,数字网络芯片上涨5%,安全移动支付、车载微控制器应用芯片以及智慧天线解决方案等调涨10%。2020年12月恩智浦新的涨价函显示,受新冠疫情影响,其面临产品严重紧缺和原料成本增加的双重影响,决定全线调涨产品价格。在交货周期延长方面,自2017年第四季度起,全球许多MCU厂商产品交期已从4个月延长至6个月,日本MCU厂商甚至拉长至9个月。

二级芯片供应商囤货引发行业连锁反应,加剧供需矛盾。业内人士表示,至少30%的价格上浮使一些二级代理商选择短时间捂货。这种行为在代理商之间传导使得一级零部件商通过各种方式调配资源,包括“扫地式”地从二级代理手中回收产品,加剧了行业内的紧张氛围。

(三)上游厂商多重突发事件导致芯片供应商无法及时补货乃至进一步备货

2020年10月,通讯芯片厂商旭化成(AKM)的晶圆厂因为一场持续3天的大火导致停工,至少需要6个月至1年左右时间才能恢复正常生产,部分产品价格从5美元上涨至110美元。同年11月,在管理层决定不增加全体员工的工资后,汽车MCU芯片龙头意法半导体(ST)的工人在全法境内工厂发起罢工,也导致产能不足。同时,欧洲和东南亚受第二波新冠肺炎疫情的影响,主要芯片供应商陆续降低产能或关停工厂,加剧了汽车芯片供需失衡现象,芯片供应商无法及时补货乃至进一步备货。

二、长期结构看,汽车芯片扩容增产还受三重制约

(一)技术方面,考虑摩尔定律下晶圆升级,芯片制造商不会贸然投资于8英寸产能

随着汽车电动化与智能化的深入,车载半导体的重要性进一步增大,而功率器件、电源管理芯片、CMOS传感器、指纹识别芯片和显示驱动芯片也迎来需求爆发,这些芯片均采用8英寸晶圆制造。但是,由于晶圆尺寸越大,可利用效率越高,过去十余年间业界大规模投资于先进制程的12英寸晶圆上,在8英寸成熟制程上投资不足。

根据SEMI国际半导体产业协会)数据,当前全球12寸半导体产品收入占比达65%,而8寸产品仅占28%。全球8英寸晶圆厂产能增速极低,从2008到2016年,有37座8英寸晶圆代工厂关闭,同时有15座厂从8英寸转换为12英寸,直到2017年才开始有所回升。国信证券分析师指出,2019年至2022年全球8英寸晶圆产能年均增速预计仅为4.5%。

(二)效益方面,考虑成本收益比,芯片制造商成熟制程扩产动力不足

力积电董事长黄崇仁认为,新建8英寸晶圆厂需要大额资本投入,且至少三年才能量产。如果新建产能投产后需求不足、产能利用率低,叠加高额折旧费用,会造成巨额损失。芯智讯研究表明,现有的8英寸晶圆厂大多已完成折旧,在市场产能紧缺及涨价效应下,相比新建晶圆厂更具经济效益。集邦咨询半导体研究处表示,8英寸晶圆设备几乎已无供应商生产,8英寸机台售价随着晶圆需求增加水涨船高,进一步导致芯片成本升高,但是8英寸晶圆售价相对偏低。基于成本收益比考量,芯片制造商扩产动力不足。

图4:8英寸(200mm)晶圆厂数量和产能情况

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数据来源:SEMI(国际半导体产业协会)

(三)需求方面,消费电子芯片的市场规模大且生产要求低,挤占车规芯片产能

5G技术快速发展和疫情下的数字化转型,都促进了消费电子市场规模快速增长。中汽协副秘书长兼行业发展部部长李邵华表示,2020年消费电子行业对芯片的需求抢占了部分车规级芯片的产能。一般消费类电子芯片的交付不良率需要在万分之一左右,而车规级芯片不良率则需要控制在百万分之一,且需适应宽达-40℃到85℃的环境温差。所以,部分芯片制造商选择削减其汽车芯片产能配额,将产能向笔记本电脑、平板、手机、TWS耳机等消费电子芯片倾斜。

三、我国车用芯片国产率低,且制造水平不达标,难以融入全球供应链

(一)汽车芯片行业技术壁垒高,车规级芯片要求严格

汽车芯片广泛应用于汽车各子系统,相比消费电子芯片和一般工业芯片,车规级零部件长期处于高震动、高湿度、高温度的工作环境,对装配体积、重量和制造成本有严格限制。车规级零部件对工作寿命要求也很高,通常为20万公里或15年以上。

芯片设计业者想进入车用芯片供应链,基本门槛是取得AEC-Q100/101/200认证,即基于集成电路应力测试认证的失效机理认证测试,多采用军用电子器件环境适应性标准和汽车电子通用环境适应性标准,执行器件的老化实验。车规级芯片的生产流程还需要符合零缺陷(Zero Defect)的供应链品质管理标准要求,模块的质量测试需要符合ISO16750标准中“道路车辆-环境条件以及电气电子设备测试标准”的相关规定。此外,叠加主机厂漫长的供应商磨合周期和对产品的高可靠性要求,国产芯片如要加入车企供应链,难以一蹴而就。

(二)我国汽车芯片自给率低,市场为国外厂商所占据

中银证券数据显示,中国汽车产销量占据全球近1/3,但汽车半导体等零部件主要依赖海外供应商。中国汽车半导体产值占全球份额不到5%,部分关键零部件进口占比达80%~90%。

据IHS Markit数据显示,车用MCU芯片,八大国外厂商占据了全球88%的市场份额,在中国市场份额更是高达93%。车规级MCU仅是单个产品的资金投入就高达几千万甚至上亿人民币。只有具备丰富芯片设计经验、全面产品质量管控、充足人力物力的公司,才有可能研发出满足汽车正常运行需求的MCU芯片。

中国功率半导体市场份额约占全球一半,但是中高端的MOSFET、IGBT主流器件市场为德美日三国厂商垄断。IGBT作为功率半导体的重要部件,本身设计门槛高、制造技术难、投资大,国内人才较为缺乏,在设计、测试以及封装等核心技术方面积累仍不够。

车用MEMS传感器芯片市场也为美日欧垄断,我国相关芯片市场尚不具备国际竞争力。根据法国电子市场研究机构Yole Développement提供的数据,全球前30大MEMS厂商中国仅有歌尔股份入围。领军的美国博通、德国博世分别占据全球MEMS芯片市场13%与12.1%的份额。中外差距的成因有:我国研究起步较晚,对比具有先发优势的国际龙头,仍需发展时间;我国芯片产业仍聚焦在消费电子领域,相对于高投资,回报慢,甚至可能没有回报的车规级芯片,厂商缺乏投资和研发热情。

四、明年车用芯片短缺问题有望缓解,根本解决还需增强供应链弹性

当前,经产业链各环节自发协调,芯片代工厂的车规级芯片订单也已排到2021年年底。艾利艾智库研判认为,乐观看,芯片短缺问题在2021年第三季度或能得到一定缓解。考虑未来5G、AI下游应用增长和车辆智能化、电动化趋势或放大芯片需求,预计车用芯片短缺问题可能会持续到2022年

要缓解这一问题,还需强化市场信息互通,增加供应链弹性。车企或需改变之前源于丰田的准时生产(JIT,Just in time),即零库存生产机制,采用可以减少运营环境不确定性的弹性供应链方式,建立多层次的供应链防御体系。长期结构性问题,或需结合自身实力与发展远景,向上游芯片进行纵向布局,提高自研自产能力,减少进口依赖。


艾利艾智库科技产业专题研究组

说明:本文内容基于艾利艾智库《科技产业战略研报》编制,仅公开研究报告部分观点。如需内部完整版,请与调研组取得联系。联系人:金振杰,电话010-57892901;010-57892907。