车辆集成ic缺芯身后，芯片产业链已经历经如何的转型？

发布时间：2021-04-25 22:20:07发布人：日新博客

　　来源于 | 经纬创投
　　创作者 | 经纬创投首页君
　　刘慈欣作品在他的奇幻小说《球状闪电》里，叙述了地球上遭受一种独特进攻，造成全部硅基集成ic被毁，全球深陷偏瘫的小故事。从电脑手机，到车辆飞机场，绝大多数当代商品都离不了集成ic，而汽车行业，已经历经集成ic比较严重紧缺的窘境。
　　生产制造一辆汽车最少必须采用上百颗集成ic，而且在许多阶段缺乏一颗集成ic，都是会造成没法再次生产制造。最近缺芯的局势，对汽车行业的严厉打击是立即见效的。依据伯恩斯坦科学研究企业预测分析，因为全世界范畴内车辆集成ic紧缺，预估2020年汽车销售量将降低450万台，等同于全世界汽车销售量的近5%，包含福特汽车、戴勒姆（新款奔驰）、FCA（菲亚特）均传来停产和限产。
　　在提供端，tsmc等Foundry（代工企业）早就昼夜不停地启动生产流水线，但仍没法处理紧缺难题。tsmc早已上涨了2020年的资本性支出费用预算，预估将来三年内将资金投入破纪录的1000亿美金，以扩张生产能力。intel近期也公布耗资200亿美金在美国新创建俩家集成ic加工厂；三星电子方案在2030年以前项目投资约1160亿美金，以完成半导体材料生产量的多样化。
　　但远水救不了近火，对于此次最急缺的八英寸圆晶，tsmc、连电、全球优秀三大代工企业均乘势上涨了价钱。但从汽车企业、Tier1（汽车厂一级供应商），到ic设计企业，全部汽车产业仍都是在“跪生产能力”。
　　另一方面，车辆智能化系统发展趋势飞快，智能座舱、无人驾驶及其中间网关ip对特性的要求爆发式提高，车辆集成ic也迈入了十分关键的转型期。大家十分看中此行业，于2019年2月项目投资了主做千兆网卡髙速车载以太网集成ic的景略；在2019年4月项目投资了主要智能座舱、无人驾驶、中间网关ip三大车辆集成ic运用的芯驰高新科技；当期项目投资了关键遮盖TPMS 集成ic、通用性插口集成ic的琻捷电子器件，这三家企业都相匹配了不一样的方位。
　　一些对2020年局势预测并准备充分的企业，比如芯驰高新科技，在这里一轮“缺芯”浪潮中，就提早在tsmc等代工企业中订购了充足生产能力，得到了弯道超越的机遇。在这篇券商报告中，大家先剖析2020年汽车行业究竟为什么会缺芯？及其，将来伴随着电瓶车普及化，及其车辆电子电器构架的更改，车辆集成ic和其供应链管理会产生什么关键转型：
　　“缺芯潮”到底是缺啥？
　　车辆集成ic怎么会紧缺？
　　车辆芯片产业链怎样运行？
　　在车辆电动式化和智能化系统转型中，车辆芯片产业链会产生什么颠复？
　　/ 01 /
　　“缺芯潮”到底是缺啥？
　　车辆集成ic关键分成8类别，比手机处理器更加复杂，而且不论是汽油车或是电瓶车，都是在往智能化系统方位发展趋势，因此对集成ic性能测试方案也愈来愈高。
　　这8类别包含：大数据处理集成ic（AI集成ic/GPU）、微处理器（MCU）、数据存储器（DRAM/Flash）、 CMOS图象感测器集成ic、显示系统集成ic、模拟芯片（包含无线通信的功率放大电路、音频放大器、 感应器等）、输出功率电子器件、感测器集成ic（工作压力、总流量、惯性力、环境湿度、红外线等）。
　　在其中，MCU是此次“缺芯潮”中最急缺的商品之一，传统式车辆均值每台必须70颗之上的MCU集成ic，而智能驾驶超出300颗。
　　MCU是车辆的微操纵模块，还可以了解为各种分散化机器设备的“丘脑”，用于完成不一样作用，比如不一样MCU会主抓坐位调整、雨刮器、中央空调、影音视频、驱动力等不一样作用。
　　一些控制模块的缺芯还不会造成汽车企业停工，比如像通讯、仪表盘、导航栏监控摄像头等能够 先把车辆生产制造出去，以后再加上。但此次缺芯是有50%的汽车制动系统所需零部件，汽车底盘缺一个元器件，就没法再次生产制造。
　　像绝大多数车辆都是会配置的ESP（电子器件平稳自动控制系统），是车辆积极防护系统的一部分，能具有防侧滑功效，操纵它的MCU近期也极其断货，这便会造成汽车企业停工。
　　/ 02 /
　　车辆集成ic怎么会紧缺？
　　综合性多方采访，大家小结了四大缘故，在其中最重要的，是销售市场国际舆论肺炎疫情后要求反跳的预测分析出错。
　　最先大家必须了解一点，车辆集成ic对比于手机处理器，交货期是更长的。消費电子芯片各种规格型号规定沒有那麼高，因此有时某颗集成ic不好时，能够 迅速寻找代替品。
　　但车辆集成ic要合乎车规级，安全性能规定很高，例如可靠性、耐热超低温这些，验证十分难。比如最經典的AEC-Q验证，必须各种各样处于被动件、积极件检测，消费电子产品一般会保证500h循环系统，但车辆集成ic一般要保证1000h才行；高溫極限也必须保证150℃。过去了AEC-Q验证，稳定性就基本上能获得确保，但其检测周期时间较长，不能说换就换。
　　而从生产能力视角看来，办厂导进机器设备通常必须2年時间，因此车规集成ic较难根据新创建生产能力快速提高需求量，关键或是根据目前生产能力的供求配制。
　　不论是汽车企业或是各个经销商，全是借助对将来大半年至一年销售量的精确预测分析，去集成ic代工企业订购生产能力，像tsmc那样的大型厂，也是依照这种要求，提早大半年至一年分配本身的生产能力。古代历史，这种预测分析也一直较为精确。
　　但新冠肺炎疫情彻底弄乱了节奏感，绝大多数汽车企业也没有精确预测分析到2020年第三季度逐渐的强悍回暖。拿反跳最强悍的中国销售市场看来，2020年上半年度汽车销售量一直下降，但到7月份忽然翻转，反跳愈来愈强悍，8-12月份居然发生了10-20%的提高，一下子修复到肺炎疫情前的水准。
　　但此刻芯片厂的生产能力，却或是依照2020上半年度的预测分析来分配，不仅有库存量到年末早已被一扫而空，但新订单信息却极速提升，每家汽车企业或者各个经销商只有“八仙过海各显神通”地去“跪生产能力”。
　　之上常说的预测分析出错是第一个缘故，也是最关键的缘故。第二个缘故则是肺炎疫情导致了社交媒体防护，大家足不出门促使全世界消费电子产品销售量暴增，比如笔记本、平板等，消费电子产品也一样对集成ic要求猛增，而有一些原料是一同的。
　　当2020年三季度逐渐，汽车制造商们感受到转暖，逐渐想提升 订单信息量时，晶圆代工厂28纳米技术之上的生产能力早被消費电子设备订购布满，进而对车辆集成ic产生挤压成型。
　　第三个缘故出在车辆集成ic的原料圆晶生产能力上。像tsmc那样的芯片加工，把单晶硅片做成圆晶，随后再取得中下游的测封厂激光切割、封裝、检测。
　　圆晶关键分成5.5英寸和12英寸，此次缺芯潮的难题关键出在5.5英寸上。一般越优秀的加工工艺，越必须大圆晶，也就是12英寸的，比如16纳米技术和28纳米技术的集成ic，全是必须12英寸的圆晶。
　　但此次缺芯潮中，断货的主要是一些甚为传统式的MCU集成ic，她们主要是由5.5英寸圆晶做成。5.5英寸是十分完善的加工工艺，毛利率并不高，最近几年，许多生产商逐渐亲睐12英寸圆晶，一些5.5英寸芯片加工相继停业整顿，生产能力自身也不太充足。
　　依据科学研究组织 Gartner Inc.的数据信息，上年的芯片制造机器设备支出中，有27%用以该领域最优秀集成ic的生产线设备，这种集成ic一般用以智能机、高档个人计算机和大数据中心。而用以生产制造更完善和商业化集成ic的机器设备仅约为11%。
　　将来伴随着车辆智能化系统水平愈来愈高，毫无疑问必须算率更高、制造更优秀的加工工艺，但时下是缓冲期，许多汽车企业下的订单信息仍然是传统式的MCU，也就是5.5英寸，晶圆代工厂也不肯因此规模性项目投资扩大生产能力，导致了要求大但提供小的局势。
　　第四个缘故便是车辆智能化系统自身产生的集成ic要求疯涨。以车载摄像头为例子，L2均值必须配置3-4颗监控摄像头，但伴随着无人驾驶级别提高，L2至L3均值必须配备7-8颗监控摄像头；L4就需要配备10-15颗；L5则有可能要15颗之上。
　　车辆界现阶段的两新趋势——智能化系统和电动式化，都必须很多采用集成ic。智能化系统必须算率大的中央控制系统集成ic、优化算法集成ic、感应器集成ic；电动式化提升的一部分主要是电机驱动器，包含后轮驱动、前轮驱动、双电动机，及其必须功率半导体操纵锂电，集成ic要求比传统式汽油车多许多。
　　现阶段传统式车辆半导体材料均值自行车使用价值在475美金，而智能电动车自行车使用价值可以达到600美元之上。
　　在这次“跪生产能力”的大战中，一些企业由于优异的人际关系和预测分析工作能力，更早实行了订购大量集成ic生产能力的方案，得到得到弯道超越的机遇。
　　芯驰高新科技CEO仇雨菁就提早下了“订购大量生产能力”的分辨。做为一家ic设计初创公司，要想说动tsmc等大中型代工企业预埋大量生产能力也不易。最先你需要跟经销商维持一个长期性优良关联，这一点关键靠创办精英团队往日工作经历，要证实自身有批量生产集成ic的工作经验，并非做一个用于演试的集成ic，来获得她们的信赖。
　　此外便是要对销售市场温度的转变比较敏感。仇雨菁直言，她也是在与业界各界盆友的日常沟通交流中，认知到2020年第三季度逐渐车辆集成ic生产能力会急缺，因此这一管理决策也是一个十分综合性的考虑。
　　/ 03 /
　　车辆芯片产业链怎样运行？
　　在剖析车辆电动式化和智能化系统所产生的颠复以前，大家先讨论一下车辆芯片产业链是怎样运行的。
　　车辆芯片产业链与消费电子产品相近，也是ic设计、生产制造及封装测试三大阶段。设计方案是高宽比技术性密集式，生产制造是资产及技术性密集式，封装测试是劳动密集。
　　在全世界分工协作的情况下，现如今关键有二种运营模式，第一是传统式的集成化生产制造（IDM）方式，一家企业把上中下游都干了，意味着公司为三星和intel；另一种是竖直职责分工方式，分成ic设计商（Fabless，比如高通芯片、MTK）、集成ic生产厂（Foundry，比如tsmc、中芯）和芯片封测厂（Package&Testing）。
　　此次“缺芯潮”主要是卡在Foundry的生产制造阶段。比如此次最急缺的MCU，全世界许多生产能力集中化在tsmc。另外，MCU的ic设计商与全产业链中的影响力较低，大多数为BOSCH、内地等Tier1下的Tier2，或者汽车制造厂的三级经销商，布局平稳但力量薄弱，毛利率稍低，生产商提产意向低，因此当生产能力焦虑不安时，生产能力无法得到确保。
　　一颗集成ic从设计方案到批量生产，正中间的每一个阶段都充斥着风险性，仇雨菁在集成ic领域工作中了20很多年，她小结“做集成ic的人，胆量是愈来愈小的”。
　　在芯片业，不论是风险投资机构或是找寻合作者，一个精英团队的历史数据是十分关键的，大伙儿基本上全是借助这一来做分辨，是不是非常值得项目投资或协作。
　　由于集成ic从设计方案、流片、批量生产，全过程繁杂，一些难题可以在流片后的试品环节看出去，随后如果你小批量生产交货的情况下，一些难题也可以根据检测抓出去，但依然也有一些致命性难题不容易反映，直至很多交货后才会见到。因此集成ic的批量生产，是比把ic设计出去、流片取得成功更难的事儿。
　　据大家调查掌握，一些不足好的集成ic，便是在出了上百万片、千万片乃至上亿片的情况下，不一致性发生了。车规级集成ic规定的是，在高溫超低温、或者工作电压有颤动等极端化状况下，集成ic的工作业绩都平稳。另外，汽车企业顾客还会继续把集成ic运用在不一样情景下，包含连接一些外围设备，这种都必须在参照设计方案中提早充分考虑。
　　而且，一颗完善的集成ic商品，并不是说今日生产制造出去就好了，伴随着应用的人愈来愈多，事后还会继续不断地碰到新难题，必须不断维护保养升级。
　　因此在芯片业，有工作经验的优秀人才是最珍贵的。针对一个“集成ic人”，从事十年以内，都算初学者，必须去遵照许多先人布下的标准。比如做ic设计时的时钟同步，就务必要遵照Double Think的标准，保证从一个数字时钟域到另一个数字时钟域的同歩做对。在入门前期，许多初学者也不知道为何要那么做，只了解老师傅那么讲，也就得那么做。
　　当从事工作经验到10-十五年，许多坑也早已踩过去了，便会慢慢搞清楚为何要遵照这种标准，而且也逐渐发觉，如何做能绕开明确标准，造成自主创新。“这是一个持续量变到质变的全过程。”仇雨菁说，由于集成ic的高多元性，比如一颗集成ic有好几千个数字时钟中间的同歩，在流片期内大家都在所难免处在极度焦虑情况。
　　除开技术性以外，产品定义也是十分关键的。ic设计有别于互联网技术手机软件，互联网技术手机软件从产品定义到发布，时间周期十分短，可能是好多个月時间，马上就能见到商品好或是不太好。但一颗集成ic从产品定义，到设计方案出去，再到交由顾客真真正正完成批量生产，这一周期时间必须两到三年。
　　在那么长的時间里，怎样保证当时设置的产品定义，在未来三年后依然或是优秀的，尤其是现如今领域转变变的越来越快，有时顾客提的需求，并不一定意味着了将来的真正要求。
　　这时，怎样可以提炼真正要求，而且这一要求是时下能完成的，也不可以太超前，由于销售市场很有可能还没有逐渐发生，这就十分磨练ic设计企业的产品定义工作能力。终究一颗车规级集成ic的生命期，必须在5年之上才达标。
　　做消費电子芯片和致力于车规级集成ic的企业，依然会有所区别。在其中一点就是反映在更强的兼容模式上，由于手机处理器必须兼容的电脑操作系统和应用领域是十分比较有限的，但车辆里边操作系统比较复杂的，有即时的电脑操作系统，也有确保功能安全的电脑操作系统（例如车内仪表盘），也要适用安卓系统等车载多媒体，不可以由于在安卓系统打开了一个APP，就把仪表盘这里拖慢。
　　当一些消費电子芯片企业心智不成熟的商品运用在车上，便会发生缺点，不一样芯片公司有分别善于的主要用途。比如致力于车规级的芯驰，能够 在同样算率下，完成得更顺畅。芯驰在2020年对外开放公布了9系列产品车辆集成ic商品，出示对于车辆的协作一体化解决方法，包含智能座舱、无人驾驶、中间网关ip三大运用。
　　要防止这种难题，就必须在集成ic最底层，从手机软件到集成ic的构架，做很全方位的考虑。这立即关联到最后做出去的集成ic，是否融入应用领域、高效率能不能做到最大、最后在车上跑起来流不顺畅，及其外场兼容的这种绿色生态，是否充足全，这就包含了语音交互、导航地图、歌曲这些APP能不能详细兼容。从取得集成ic到最后落地式，怎么让兼容期更顺畅、迅速地渡过，便是像芯驰创办精英团队那样的“领域退伍军人”的优点。
　　/ 04 /
　　在车辆电动式化和智能化系统转型中，
　　车辆芯片产业链会产生什么颠复？
　　在大家上年11月的券商报告《除了理想和小鹏，我们持续重仓智能电动车产业链》中，大家深入分析了智能电动车的最底层转型——选用新的电子电器构架，在这里不会再太多过多阐释。
　　小结而言，便是尽管看上去传统式车辆有很多集成ic，但总体算率很有可能还比不上手机上，也没法在整车方面开展信息内容互动或者自动升级（OTA）。而在智能生活汽车时代，会摆脱分布式系统的设计创意，考虑到全方位智能化系统。大家正处在整车电子电器构架三大发展趋势环节中的第二段：分布式系统、跨域集中化、整车集中化。这类电子电器构架的更改，是真真正正最底层的改革。
　　在新的“域”构架及中间测算构架下，车辆集成ic逐渐跑上亿行编码，这就必须更高算率的集成ic，比如SoC集成ic。而在算率升級全过程中，一场全产业链转型也悄悄地产生，传统式Tier1已经被颠复。
　　按中金证券剖析，MCU是射频收发器集成ic，一般只包括CPU这一个CPU模块，即MCU=CPU 储存 插口模块；而SoC是系统软件级集成ic，一般包括好几个CPU模块，SoC內部一般包含CPU GPU DSP NPU 储存 插口模块。
　　针对MCU销售市场而言，之前一直被英飞凌、德州仪器、瑞萨半导体等车辆集成ic大佬占有，别人非常少还有机会进入。
　　在传统式车辆芯片产业链中，集成ic服务提供商是Tier2，通常由英飞凌、德州仪器、瑞萨半导体等搞好ic设计以后，让tsmc等代工企业生产制造圆晶和集成ic，再让日月光等企业做封装测试，以后产生可市场销售的MCU集成ic商品，最后交由Tier1制成ECU、DCU等控制板商品安装进入车内。
　　但伴随着高算率SoC集成ic对决拉响，intel、高通芯片、华为公司等消费电子产品大佬陆续进入，这也是许多新成立公司的新机会。
　　更关键的是，整车电子电器构架的转型，也慢慢摆脱原先汽车企业与Tier1的关联构造，ic设计经销商的全产业链影响力升高。由于从跨域集中化到整车集中化，都是会涉及不一样的域，早已没法按之前那般，把某一个域拆卸给到某一家Tier1。因此在新的域中间互动、信息共享的自然环境下，很有可能必须汽车企业来带头设计方案整车的电子电器构架。
　　一些高算率集成ic的经销商，也乘此机遇逐渐出示硬件软件融合的解决方法，她们彻底能够 绕开Tier1立即与汽车企业连接，进而变成“新Tier1”。
　　比如英伟达显卡立即连接了一家电动车车企，在出示硬件系统的另外，也出示用以做无人驾驶优化算法开发设计的专用工具链手机软件及模拟仿真自然环境等；再例如Mobileye也不甘心于当Tier2，只向Tier1供货半成品加工部件，Mobileye也逐渐承担详细的解决方法局部变量，包含硬件配置和手机软件、驱动器对策和操纵，及其系统更新服务项目。她们都逐渐得到高些的毛利率和全产业链主导权。
　　另一方面，愈来愈多有产品研发整体实力的汽车企业，也逐渐参加ic设计，乃至会自身产品研发。身后的缘故是，汽车企业一方面期待把握关键技术，另一方面期待把握高算率时期所造成的数据信息。
　　之前，汽车企业根据Tier1的合作方式是十分普遍的，例如汽车企业的汽车底盘、驾驶舱、三电系统都各自由一家来完成，最终OEM融合。但以特斯拉汽车那样的新科技汽车企业为意味着，便是典型性的“全都想把握在自身手上”，因此一开始是跟Mobileye协作，之后改为跟英伟达显卡协作，如今索性关键的ADAS加快集成ic早已应用自研商品。
　　自然，汽车企业也不太可能全都自己做，Tier1仍然有其使用价值。现如今，车辆芯片产业链正处在一个新的探索环节，究竟什么工作中是Tier1做，什么工作中是汽车企业来做？但由此可见的新趋势是，汽车企业会趋向于把握一些关键技术，特别是在在无人驾驶层面，由于数据信息、优化算法对汽车企业而言越来越极其关键。
　　比如在“新Tier1”中的Mobileye，它出示的是一个“白盒式”解决方法，益处是汽车企业能够 即拿即用，但弊端就是你没法了解里边的算法是什么，也难以去做人性化修改。但将来许多汽车企业期待有自身的优化算法，而且可以累积数据信息，在这个基础上做迭代升级，不然针对应用这类“白盒式”解决方法的汽车企业而言，单一化太比较严重。
　　怎样能保证多元化，将是汽车企业们下一个环节的关键需求。芯驰看到了这一发展趋势，出示的商品是一个可选莱单，例如监控摄像头环顾会出现ABC三个选择项，只出示参照设计方案，汽车企业或是能够 累积本身的数据信息或产品研发应用自身的优化算法。
　　/ 05 /
　　总结
　　这次因肺炎疫情搅乱供应链管理，而造成的“缺芯潮”，料将在2022上半年度趋向平复，但此次断货的许多传统式MCU集成ic，在长期将来会被慢慢替代。车辆的产业链转型由上而下，从动力装置、智能座舱及其无人驾驶，新技术应用会逐渐替代零碎的分布式架构。
　　最令人激动的是，在这次转型中，中国企业慢慢领先行业。到2023-2024年，一批高算率芯片公司将出类拔萃，变成领域新管理者，而汽车企业与Tier1、芯片公司中间的合作方式，到时候也将会出现完全的更改。
　　References:
　　1、 中金证券：车辆集成ic，无人驾驶浪潮之巅
　　2、 WSJ：集成ic荒难题为什么这般难破？
　　3、 天风证券：集成ic领域布局转变之时的分歧与突破
　　4、 粤开领域专题讲座：车辆集成ic荒怎解
　　5、 国信证券：八英寸晶圆代工为何价格上涨？
　　6、 招行：全世界车辆“集成ic荒”显出车辆芯片制造必要性
　　文中来源于经纬创投，不意味着连接点金融见解和观点。
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