汽车缺芯的台前与幕后
车企3个月的芯片库存正在陆续见底。这场席卷全球的缺芯风暴是因何而起，又要如何消散？
2020 年第四季度开始的“缺芯风暴”仍在全球蔓延，当中充满了偶然性与必然性，深刻地警醒所有人：一块小小的汽车芯片如何能扼住汽车产业的喉咙？
车企 3个月的芯片库存正在陆续见底。
2021 年 3 月 29日，蔚来汽车的合肥工厂因缺芯停产5 个工作日，预计减产 1000 辆；同一日，Stellantis 暂停北美工厂至4 月中旬；日产汽车位于土耳其、美国和墨西哥的 3 家工厂将从4月1 日起停产两天。研究公司 AutoForecast Solutions最新统计，芯片短缺已导致全球汽车企业累计减产 115.7 万辆，预计今年全年减产超过200万辆。
以现有信息来看，我国汽车产能中断的风险较大。仅2021年第一季度，受波及的汽车产能就可能达到25 万辆。3月 23日，吉利汽车集团董事长安聪慧在财年发布会上表示，芯片短缺导致“我们的生产计划从此前的三个月排产，缩短至一个月、一周、一天，目前已经到了按小时排产的阶段。”
这场席卷全球的缺芯风暴是因何而起，又要如何消散？
四方对撞的产能风暴
“这是一次多种因素导致的市场行为。”清华大学计算机科学与技术系长聘教授、国家新能源汽车技术创新中心首席芯片专家李兆麟在接受《汽车纵横》采访时，对去年年底爆发至今的缺芯事件作出如上分析。“全球疫情下，芯片加工企业过度下调生产计划，未给汽车产业预留富裕产能。而去年下半年汽车行业出现强势复苏，众多厂商开始抢夺有限的芯片资源，导致汽车芯片供应紧缺。”李兆麟表示，“核心还是产能问题。”
2020 年底的芯片产能“争夺战”在两年前便埋下了伏笔。
2018 年，我国集成电路迎来新一轮的发展高潮。特别是 2019年华为事件后，众多企业入局集成电路产业。公开数据显示，截至 2020 年 12 月，我国今年新增超过6万家芯片相关企业。众多的新生产品在2020年前后集中进入流片投产阶段，但集成电路的生产产能未能在两年内大幅增长。“我国集成电路发展的春天导致生产需求激增，增加了原有的芯片产能压力。”李兆麟表示。
不断加剧的中美贸易战则进一步绷紧了 2020 年芯片产能的平衡线。
2019 年到 2020 年，中美贸易战的不断升级引发了众多企
业的担忧并随之对芯片等关键零部件“囤货”，直接反应为向芯片制造企业超量发订单，从而进一步挤压芯片产能。
如果说我国集成电路产业的春天和中美贸易战是整个芯片产能的压力来源，疫情则使汽车芯片成为整个产业的第一个断点。
疫情影响下，2020 年上半年全球汽车市场销量锐减，其中我国市场同比下滑，引发悲观预期。李兆麟表示，当时芯片企业预期疫情对车市影响还会持续一两年。与之相反的是居家隔离等防疫措施导致消费电子需求大增。芯片生产企业纷纷调整产能，将汽车芯片转产消费类芯片。
今年年初的日本地震和美国德州极端天气成为压倒整个产业的最后一根稻草。
瑞萨、三星、恩智浦、英飞凌等汽车芯片企业暂时关停旗下生产工厂，彻底压断了本已是紧平衡的汽车芯片产能链条，四方对撞的产能风暴在此刻达到高点。
至 2020 年底，汽车芯片短缺的压力已蔓延至全球各大主流车企，但要缓解却非朝夕之功。
李兆麟认为，目前短期内缓解车企压力还要依靠芯片生产企业加大汽车芯片产能，而芯片生产企业预计至少需要 6~9个月才能恢复产能需求，所以汽车芯片短缺会持续到今年四季度。他还强调：“前提是芯片生产企业有从消费类芯片转产汽车芯片的意愿。”
中国证券报报道，受市场需求旺盛等因素提振，今
年一季度，消费电子行业维持高景气度，淡季不淡。但受供应链产能不足等因素影响，手机厂商也面临着芯片、元器件等供应紧张、价格上涨的制约。
汽车芯片的高门槛
国际汽车芯片紧缺，国产产品能否迅速替代？
“尽管华为海思等芯片企业已经完全掌握了7nm 及以下的先进集成电路设计技术，但国内还没有一家芯片企业完全掌握车用MCU设计技术，纵使汽车芯片的主流工艺是40nm 和28nm。”李兆麟认为，“足见汽车芯片的技术门槛之高，国产产品很难迅速替代。”
此次汽车芯片主要短缺用于发动机的电子控制单元的车用 MCU等核心汽车芯片，其工艺水平主要是 40nm/28nm 级别，貌似与消费类芯片动辄采用的 14nm/7nm/5nm 甚至正在攻关的 3nm工艺有较大差距，但“并不意味着谁都可以生产40nm/28nm 车规级工艺的汽车芯片。”
汽车芯片之难首先体现在于设计和制造两个方面。
与消费类芯片不同，汽车芯片在追求功能与性能的同时，十分强调高可靠、高安全、高适应和高稳定。其中，高安全和高可靠有赖于芯片设计。虽然我国在芯片设计方面取得了长足进步，但汽车芯片所需的功能安全和高可靠却是我国芯片设计领域的薄弱环节，正是我国芯片企业进军汽车芯片领域的一个新门槛。但“中国人聪明，会很快突破汽车芯片设计的技术门槛。”李兆麟表示。
汽车芯片的高适应性和高稳定性则需要车规级生产加工工艺。车规级汽车芯片的寿命、适应环境和失效率等要求都数倍甚至数百倍严苛于工业级和消费级芯片。相比 1~3 年一换的手机、在温湿基本恒定的厂房内工作的车床，工作在汽车上的车规级芯片寿命需达到 15~20 年，要在 -40~150℃、0~100%RH 的环境下，实现接近于零失效率的工作表现。这样严苛的要求，需要对车规级工艺进行反复调试，才能保证汽车芯片生产的高稳定性和高一致性。“这是需要我国芯片生产企业去攻关的事情。”李兆麟表示。
技术攻关之后，汽车芯片的商业化落地则是进军汽车芯片领域的企业所面临的另一道门槛。
一方面，相比于消费类芯片，汽车芯片的设计制造都意味着更高的成本投入。李兆麟告诉《汽车纵横》，一方面，车规级工艺 IP 核比普通工艺 IP核的授权费要高出30%~50%，流片费用也较高；另一方面，汽车芯片在生产制造后还需要通过 AEC-Q100 的可靠性评测和ISO 26262 的功能安全认证，额外的时间和资金成本也不容忽视。以车用MCU这样的核心汽车芯片为例，完成一个产品前期约需要1 亿 ~1.5亿元，而维系一个应用需要 3~5 个产品，便意味着至少3 亿 ~5亿元的前期资金投入。
另一方面，由于激烈的市场竞争，汽车芯片的价格普遍不高。受限于汽车市场规模，汽车芯片的市场规模不大。车用 MCU一类的汽车芯片往往被称为“十美元产品”，整个汽车电子的全球市场规模也只有1000亿美元左右，属于中小型细分市场。
“这是一个市场规模相对较小、要求高、投资大，回报率也不是特别高的产业。”李兆麟表示。事实上，目前主要的汽车芯片企业，如恩智浦、英飞凌等，大多是以工业级芯片起家，目前也是工业级和车规级芯片产品一起生产。“对一个芯片企业来说，单纯做车规级芯片很难生存下去。”李
兆麟表示。中国首个前装上车的车规级 AI芯片厂商地平线向《汽车纵横》表示，其在百万出货量的情况下才能实现比较好的销售回报率。
卡脖子的“小”产业
技术难度高，商业回报小，中国是否应该切入汽车芯片领域？
李兆麟认为，尽管短期内我国可以通过商业谈判缓解此次“汽车芯片荒”，但从中长期来看，“国家应该鼓励支持发展汽车芯片产业。”这一观点主要出于两点原因：其一，发展汽车芯片是保障汽车这一国家战略产业安全的核心环节，确保不因各种因素影响我国的经济发展。其二，要在未来刺刀见红的智能汽车竞争中保持技术优势，也离不开汽车芯片的产业基础。
在产业安全方面，汽车芯片前十大供应商，恩智浦、瑞萨电子、英飞凌、意法半导体、博世、德州仪器、安森美、罗姆半导体、东芝、亚德诺，掌控了全球车用半导体的80% 以上的市场份额。全球TOP40 的半导体生产商，掌控了车用半导体 95%以上的市场份额。
我国率先从疫情当中恢复，在经济复苏的关键期，万亿级汽车产业起着重要的支撑作用，但根据中国汽车工业协会的调查，目前已有多家企业的数十万辆汽车产能受到汽车芯片短缺的影响，“行业主流车企的库存深度已经低至0.7 个月的紧平衡状态。”而中汽协预计， 2021年中国汽车市场将实现4%的同比增长，达 2600 万辆。
随着汽车的智能网联化发展，芯片在整车采购清单中的比重可能提升到60%，使得汽车芯片成为朝阳产业。目前，一些智能化程度较低的车型都要使用几十个MCU，而智能化很高的车辆甚至要集成1000 多个 MCU器件。
“相比软件定义汽车的说法，未来将是芯片制造汽车。”李兆麟解释说。汽车电动化之后，智能化发展将缩短汽车产品的迭代周期，其高附加值都将由芯片和软件来实现。“人们对汽车的智能化需求会不断促使汽车通过芯片与软件这些载体来进行快速迭代。”
此外，国家安全也成为我国发展高端汽车芯片的重要原因。随着汽车的智能网联化程度不断提升，对数据的收集也呈几何级增长。“所以汽车网联化后，如果从芯片到软件都被国外企业把控，则对我国国家安全产生了潜在威胁。”李兆麟表示。
3月 20 日，特斯拉 CEO 埃隆·马斯克在中国高层发展论坛上发言时称，特斯拉公司将不会向美国政府提供其车辆在中国或其他国家收集的数据。他表示，特斯拉在美国或中国的公司不会收集敏感或私人数据，然后与美国政府分享，并保证中国客户的数据会得到充分保护。
在此背景下，科技部在2020年综合交通运输与智能交通专项中开展了智能新能源汽车车载控制基础软硬件技术研究，旨在通过功能安全与高可靠设计等关键技术攻关解决汽车产业面临的缺芯问题。这也彰显了我国从国家层面上解决汽车芯片问题的决心与力度。李兆麟正是该项目的总负责人。
李兆麟还建议，加大我国集成电路人才培养和海外高端人才引进的力度，同时借鉴大基金等的运作方式引导半导体行业内传统优势企业至汽车领域，并提升我国汽车芯片的设计能力。
在采访结束时，李兆麟衷心希望“我国芯片企业能够与车企紧耦合，打破双方之间的产业壁垒，在芯片企业满足“上车”需求和标准的同时，车企也应该把应用国产芯片的热情释放出来。”