2021年开年之后,芯片行业出现了戏剧性的一幕,一直默默无闻的汽车芯片爆出极度短缺,一片小小芯片卡起了各大汽车巨头的脖子。
比如大众预计,第一季度将因为芯片短缺少生产10万辆汽车,愤怒的发言人在公开场合表示,将考虑向准备不周的博世、大陆等一级供应商索赔。
除了拿供应商撒气,各汽车集团八仙过海各显神通。三星、SK两大财阀与现代合作,一个出芯片一个出汽车;德国经济部长求援于中国台湾省,请求台积电优先供货德国汽车业;韩、德紧张,大陆也不例外,工信部春节前加班加点,与主要汽车芯片供应企业代表座谈交流。
那么,汽车芯片为何如此短缺?这在业内引发了一场大讨论,就现有报道来说,主要有三点:
首先是各种天灾人祸。新冠造成的混乱还没结束,没想到又来了日本的地震、德州的暴风雪、中国台湾岛内的缺水,让芯片厂的产能一再缩减。
然后是台积电之前的扩产也不积极。汽车芯片集中在20~45nm成熟制程,并不算赚钱,投入产出比低。因此,台积电扩产不多,设备商供应也少,甚至一些生产设备,都要去二手市场淘,造成了产能的不足。
最后是上游设备商,他们同样面临着和台积电一样的难题。上游设备商因为汽车芯片专用制造设备利润率低,照样也不愿意排单。晶圆厂试图涨价加单施加“诱惑”,但设备商就算将产能转为汽车芯片,也难盈利,同时,设备生产周期只会比芯片还要长,这也大大减缓了反应时间。
芯片缺货危机的爆发背景错综复杂,但危机的背后,有三个根源性问题:
缺货的汽车芯片都不赚钱么?
产能为什么都集中到了中国台湾?
汽车芯片的最终买家,汽车公司都跑哪里去了?
本文,尝试回答三个问题。
汽车芯片种类繁多,但最缺的货,是MCU。
MCU,又称微控制器,简单来讲,可以理解为各类分散设备的“小脑”,用以实现其动作或功能。MCU应用极广,散布于消费用、汽车用和军用:小孩子玩的玩具火车,电力公司抄的电表,电子控制的汽车座位和导弹火箭,都装着不同规格的MCU。排除安保级别最高的军用MCU,消费用和车用MCU是两个完全不同的市场。
消费用MCU场景分散多变,难度较低,寿命预期不长。小孩子玩火车可能几天就玩坏了,转向了下一个电子玩具,谁能抓住消费场景的爆点,便能直上青云。
汽车用MCU也是分散多变,无论是座位、雨刷、空调、影音、动力,都离不开车用MCU的指挥,总的来说,一辆车少说几十个MCU,多则上百个。这些芯片散布于汽车各个部分,虽然规格繁多,架构不同,但难度却是一致达到了苛刻的程度。
以市占率三成的全球MCU巨头瑞萨为例,上级分包商对于车用芯片的公开要求是:-40~75℃、湿度95%、15~25KV的静电环境中,必须要拥有20年质保,不良率控制在100万分之1以下。
这个良率要求是消费用MCU的两百倍乃至上千倍,即便如此,放到实践中,汽车制造商的要求仍然是:零不良率。因为只要有1个芯片运转不良,就可能危及人的生命。
虽然难度如此之高,汽车芯片在产业链中的占位却十分低下。MCU厂商,顶多居于博世、大陆等一级供应商下面一级的二级供应商,一些则是汽车厂的三级供应商。在汽车产业层级森严的金字塔中,汽车芯片厂商甚至无权更改生产线工艺和流程,才好符合整机厂商的要求。
日本半导体产业资深观察家汤之上隆,在《日本制造业的败北》中,即回忆了一个改革前完全没有自主权的瑞萨。在美国财团KKR收购被日本经产省截胡后,瑞萨社长给买方打电话赔礼道歉:对于这样的结果我们实在感到抱歉,主要原因还是我们没有自主性。瑞萨在产业中的占位,由此可见一斑。
MCU的另一大特点就是芯片和整车厂绑定,形成寡头市场,比如瑞萨与丰田联盟,英飞凌与德系车企联盟,通过这种联盟三大MCU巨头市占率达到了七成。这种产业链同盟,节约了大量的重新认证、适用和安全成本,双方互惠,格局十分稳定。
但副作用是,作为整机厂商的三级供应商,汽车芯片厂商是卑微的,没有讲价空间,他们甚至可能一年难得见几次整机厂商。
门槛高、占位低、难赚钱,汽车芯片行业格局稳固,这产生了一个极为负面的影响。消费电子级的MCU厂商,与车用MCU厂商,几乎井水不犯河水,这导致行业缺少新玩家,活力不足。
于是,任何一个芯片巨头要在汽车芯片业扩张,内生增长很难,只能采取收购策略,因为时间是最大的成本。从2015年恩智浦收购飞思卡尔案,到2016年高通收购恩智浦案,再到2020年英飞凌收购赛普拉斯案,莫不如此。但资本运作并不会增加产业供给,在短期内更多是股东层的变动。
如果车用MCU维持这样的局面,各国的产业联盟各干各的,虽然扩产艰难,但也不至于出现集体性缺货。那么,为什么后来会发生日、德等汽车大国集体缺货的局面?
直接导致大缺货的原因,还在于汽车芯片代工生产,被集中放在了台积电这个篮子里。
汽车芯片大厂自己生产到把订单转移到晶圆代工厂的分工大转移,始于十年前。那时,德日两国的汽车芯片业都面临着一个艰难的抉择:
一,汽车业需求更多关于电能转化的功率芯片,通用性较强。这类芯片研发,犹如看工龄和手艺的老师傅,越老越吃香。德日两国起于第二次工业革命,电机是他们一贯的强项,能否抓住功率芯片的时代趋势,直接关乎未来命运。
二,同时,汽车业也需求更多MCU之类的数字芯片,但这些芯片是“利基的集合”,名目繁多的品种凑到一起,才能撑起一座座晶圆厂。台积电等中国台湾省代工厂,在数字芯片代工上的优势越发明显:
以客户为中心,不下场抢生意,不窃取资料;与ASML的结盟并下重金购买最先进的工艺设备;军事般的严苛运营机制,像机器一样严密运转的十万青年十万肝。这三大优势,都是汽车芯片大厂难以企及的。
应该做出什么样的选择,已然十分明了。在接下来的十年中,汽车芯片厂商几乎将所有先进工艺制程的车用数字芯片的生产,都交予了台积电和联电。
德国的英飞凌早在2009年将65nm工艺的移动设备芯片交予台积电,后在2012年认证台积电的车用MCU工艺。到了2018年,数字芯片生产任务的一半交给了外包。在当年财报中,英飞凌还计划在五年内将这一比例提高至70%,而功率芯片只有至多15%的外包计划。
转型幅度更大的是日本瑞萨。2012年,瑞萨断臂求生,裁员万人,车用数字芯片被外包给台积电,到了最近,瑞萨转移了总计三成的芯片生产任务,其中MCU的外包比例直接达到了九成。