持續近半年的晶圓代工產能緊張蔓延，對全球汽車產業的衝擊有目共睹。多家汽車半導體供應商先後宣布漲價，包括大眾、福特、通用、本田、斯巴魯、日產汽等在內的全球主要汽車製造商因“缺芯”宣布減產。市場機構IHS Markit預測，2021年一季度汽車芯片短缺可能影響全球67.2萬輛輕型汽車的生產，這一情況可能會延續到三季度。

伯恩斯坦研究公司預測，由於2021年全球範圍內汽車芯片短缺，預計今年將造成多達450萬輛汽車產量的減少，相當於全球汽車產量的近5%。近日日本福島7.3級強震使汽車芯片主要供應商之一瑞薩不得不暫停芯片生產，對無芯可用的汽車製造商而言無疑更是雪上加霜。

汽車芯片缺口從何而來

汽車半導體大致可以分為三類：數字芯片，包括CPU、MCU、GPU等等，通常使用先進製程；模擬芯片，包括無線通訊的功率放大器、音頻放大器、傳感器等，通常使用成熟製程；功率器件，包括IGBT，MOSFET等。按用途來看，可以分為主控芯片、功能芯片、功率芯片和傳感器芯片等。

據集微網了解，目前汽車芯片供應緊缺，主要是2020年初疫情導致各家汽車半導體IDM廠商大幅削減第二季度庫存（超過3成），包括代工廠因此空出的產能很快就被ASIC、挖礦、HPC等產品填補。⿊芝麻智能科技CMO楊宇欣也對集微網記者表示，汽車芯片廠商的forecast一般情況下就做的比較低，2020年上半年甚至出現了砍單的情況。隨著下半年晶圓廠產能日漸緊張，也由於汽車市場回暖快於預期，芯片供應鏈缺貨的態勢，從消費電子應用逐步蔓延至工控和汽車產品。

在全球代工產能都不足的情況下，2020年上半年消費電子市場需求卻一直在增長，因此大量產能向該領域轉移，汽車半導體受產能排擠影響顯著，例如12英寸厂的車載MCU與CMOS圖像感測器（CIS）、8英寸厂的車載MEMS、分離式元件、電源管理IC與驅動IC等。集邦諮詢表示，目前汽車半導體以12英寸厂在28nm、45nm與65nm的產線最為緊缺；同時，8英寸厂在0.18um以上的節點亦受到產能排擠。

緊缺的的車規芯片，包括意法半導體的STM32F1系列、8位MCU和傳感器，以及部分新唐和兆易創新的型號；NXP的CAN控制器、32位MCU；TI的LDO穩壓器；英飛凌的IGBT；美光的存儲芯片以及多家品牌的以太網芯片、PCIE接口芯片和處理器監控芯片等等。

某代工廠專家對集微網記者表示，以往汽車半導體市場主要以IDM或輕晶圓廠(Fab-lite)生產為主，例如：NXP、英飛凌、意法半導體、瑞薩、安森美、 TI等。由於汽車芯片需要高溫高壓的工作環境，以及較長的產品生命週期，對其產品可靠性與長期供貨的高要求，通常不會輕易轉換產線與供應鏈。但在此次特殊情況下，德、美、日等國的汽車半導體供應商都通過政府途徑向中國台灣的代工廠求助，台積電更是以極其罕見的能將生產時程縮短多達50%的“超級急件”（super hot run）方式來臨時插單生產汽車芯片，以期能解燃眉之急。

專家大可對集微網記者表示，目前汽車芯片缺口主要是IDM廠商的產能因疫情開工不足所致，因而需要到亞洲的代工廠來生產，但是產能都已經是滿載的狀態。

“IDM廠轉換供應鏈一般有兩種情況。一是例如某款芯片原先在德國生產，同時有替代產品在台積電生產，那麼它要解決的是臨時安排產能的問題；二是某款芯片原來只在法國生產，是單一貨源（sole source），那它現在需要先在台積電做驗證，這個週期一般會很久。”大可解釋，“像台積電這種super hot run的方式只能臨時做，而且會導致所需機台停機等待到貨，非常傷害產能。”

他表示，不要說現在代工廠產能全滿，就算不滿也不能用這種方式來量產，通常只是小批量驗證的時候才會選擇這樣的方式。代工廠包括台積電一般產能配置會有一些餘量，特殊時期就是“價高者得”。

儘管如此，汽車業務在代工廠中的比重僅僅是很少一部分。例如台積電去年第四季度汽車業務僅佔營收的3%，遠低於智能手機芯片的51%和高性能計算芯片的31%。一方面是規模相對較小，一方面是單價低。例如台積電為英偉達代工的最新遊戲處理器單價高達數百美元，而汽車普遍使用的MCU單價在1美元以下。然而，即使是便宜的芯片也會帶來成本高昂的影響。汽車芯片供應商微芯首席執行官Stephen Sanghi近日在電話會議中指出，一個一美元的零件可使一輛4萬美元的汽車無法發貨。因此現實是汽車芯片不得不與其他收益更高的產品競爭產能。

由於新建晶圓廠到量產通常需要兩年以上，加上建設成本與設備成本飆升，越來越多半導體廠商將生產外包給代工廠，比如瑞薩、NXP和英飛凌這三家廠商總共佔據了幾乎80%汽車半導體市場，但是他們都有部分產品委託給台積電生產。據IHS Markit估計，全球70%的汽車用微控制器產自台積電。

鑑於目前大部分汽車半導體採用8英寸晶圓成熟製程，而近幾年來鮮有新的8英寸厂投建，因此汽車製造商這一波的芯片荒，恐怕短期內都難以得到緩解。長期來看，可能一些汽車芯片廠商將重新考慮外包生產的方式。

亂象叢生，前裝出貨才是考驗國產車規芯片的唯一標準

中國汽車工業協會數據顯示，1月，汽車產銷分別完成238.8萬輛和250.3萬輛，環比分別下降15.9%和11.6%。生產環比降幅較快，反映出汽車芯片供應不足開始影響到企業生產節奏。汽車芯片短缺也引發中國行業主管部門重視。

2月9日，工信部相關部門建議汽車芯片供應企業高度重視中國市場，加大產能調配力度，提升流通環節效率，與上下游企業加強協同，努力緩解汽車芯片供應緊張問題，為中國汽車產業平穩健康發展提供有力支撐。

華為事件揭開了中國半導體“芯片之殤”，此次汽車芯片是否暴露了在消費電子芯片之外更為致命的“命門”？

諮詢公司羅蘭貝格發布的《中國新能源汽車供應鏈白皮書2020》顯示，在全球汽車半導體行業前20強中，中國本土企業僅佔一席。市場研究機構StrategyAnalytics公佈的數據則顯示，英飛凌、恩智浦、意法半導體等企業基本壟斷了汽車半導體市場，這些頭部半導體企業佔據中國相關市場超過九成份額，國內本土芯片企業的市場份額僅為個位數。《中國新能源汽車供應鏈白皮書2020》顯示，在中國每年2800萬輛的汽車市場，中國汽車半導體產值佔全球不到5%，部分關鍵零部件進口量在80%至90%。

儘管國產汽車芯片也已發展十多年，但是相比在消費芯片領域取得的成績可謂小巫見大巫。究其原因，賽騰微電子董事長、總經理黃繼頗表示，主要是國內汽車產業鏈這麼多年來沒有貫通起來，不給國產芯片試用機會，直到當前這次的芯片“缺貨風波”才使得國內汽車企業對國產供應鏈需求意願增強。從中長期來看，此次芯片短缺可能將倒逼我國汽車供應鏈的自主可控。

對汽車芯片設計人員來說，需要利用各種各樣來自公司內部及外部供應商的底層IP，包括PVT傳感器、PLL、嵌入式存儲器、數字邏輯模塊以及復合接口IP等，來滿足與SoC的功能安全性、可靠性和質量相關的標準，認證時間表還要滿足其OEM合作夥伴提出的快速上市的期望。隨著汽車自動駕駛的發展，對汽車半導體IP的需求與日俱增。

在全球主要的IP廠商中，美國公司佔據了半壁江山。除了Arm之外，EDA軟件工具商Synopsys和Cadence也是IP陣營的主要參與者。國內只有芯原股份上榜全球IP榜單，國產IP的產業影響力相對較小，意味著也有被卡脖子的風險。

因此大可認為汽車IP是被國內忽視的一個關鍵“命門”。公開市場幾乎沒有車用IP，國內大部分設計公司離開現成的IP都是轉不起來的。“做汽車芯片正常要全部自己完成，比如TI要做一顆芯片是全部自己完成的，工藝即使找代工廠也是要聯合開發，甚至是自己的工藝轉移給fab。”他指出，“它有幾十年的技術積累，有完整的驗證體系，每個IP都有專門的團隊打磨了很多年。”

雖然國內有很多汽車芯片設計公司，但是“寶馬和大眾怎麼會跟一個才成立幾年的公司合作開發車用芯片？IP給他們也是沒用的，喜歡冒險的就硬上吧”。他透露，現在國內汽車芯片設計公司，有些拿早期的八英寸fab的一些車用IP湊合用。中芯國際有一些8英寸的車用IP，台積電和聯電也有但是一般不喜歡授權，因為汽車芯片涉及到乘客的生命安全，都會很謹慎。

Imagination公司中國區總裁劉國軍對集微網記者表示，汽車核心處理器設計面臨四個方面的關鍵挑戰：計算能力、低功耗、可靠性、和安全性，半導體IP是解決以上四個挑戰的關鍵環節。現在汽車產業正處於從傳統汽車演進到新能源汽車、智能駕駛或自動駕駛汽車的分水嶺，對汽車核心處理器的要求與日俱增。

在汽車IP領域，劉國軍錶示，Imagination主要集中在智能駕艙領域，可提供GPU、神經網絡加速器等IP，與國內的芯馳、黑芝麻等已有合作。他認為，目前國內在智能駕艙核心處理器領域的起步不算太晚，與國外玩家差距不太大。而且近幾年國內相關投資意願強烈，相信未來幾年將會有一些公司成長起來，能與國外廠商分一杯羹。

楊宇欣表示，黑芝麻“華山系列芯片”就基於企業自研的兩大核心IP，第二代的“華山二號”目前已在客戶開戶階段中，預計到明年就能大批量出貨。“NPU是未來自動駕駛非常重要的核心算力，但是大家很難買到高性能的車規級IP。而能開發核心IP的公司並不是很多，一方面研發投入比較大，另一方面技術人員需要在這方面有豐富的經驗，國內這方面的人才非常少。因此大部分還是依賴於第三方的IP公司，包括現在Arm也在擴大車規級的產品線。”他強調，“在現在的國際形勢和市場需求驅使下，車廠比以往更願意嘗試國產芯片，但前提是必須要滿足它對功能、可靠性的要求，不會因為是國產的就降低標準。”

對於IP是否成為國產汽車芯片“命門”，黃繼頗則不完全贊同。他表示，不是所有汽車芯片都需要買IP，對於車載主控SOC/MCU來說通常需要購買CPU/GPU/NPU內核、CAN/LIN總線控制器以及工藝相關存儲器IP如Flash IP等，其餘模擬/數字外設則以自研為主。“汽車IP固然重要，但是汽車中使用的芯片種類眾多，包括主控MCU/CPU、電源管理/功率器件以及傳感器等，只有車載MCU/CPU等複雜SoC芯片才會面臨IP問題。”

值得注意的是，黃繼頗和大可指出了他們觀察到的一些國產汽車芯片亂象。

黃繼頗表示，“車規”芯片和“車用” 芯片是兩個概念，按照車規設計的產品不一定都能賣到汽車上面去。芯片通過車規認證後，還需要經過車廠嚴格的設計驗證、規模量產後的穩定出貨一段時間，同時良率、可靠性、失效率等得到保證後才能算真正進入汽車了。

在車規級芯片方面，國產廠商的確取得了不少突破。據集微網不完全統計，近年來，包括黑芝麻、地平線、芯馳科技、傑發科技、全志科技、紫光同芯、和芯星通、兆易創新、匯頂科技、芯旺微、賽騰微、航芯科技、裕太車通、華大半導體等國內廠商均有芯片產品已經陸續通過車規級AEC-Q100認證。

“但是真正實現汽車前裝量產出貨的的產品仍然很少。”黃繼頗強調，“經常有人有意或無意將車規和車用這兩個概念混淆了。”

他表示，目前賽騰微車載MCU及其配套電源管理IC與功率器件在前裝市場已穩定出貨近3年，裝車超過50萬輛。“只有真正的汽車前裝出貨才是考驗車規芯片的唯一標準。”

“我見過不少國內的汽車芯片公司，老闆有熱情、有錢、有銷售渠道，就是普遍缺技術。有某些汽車芯片公司瞞著工廠拿消費IP做車用，膽子真大！”大可則感慨道，“也有一些人跳槽出來，帶一些老下屬，用前東家的平台和技術創業，第一代產品出來後拿幾輪融資，繼續挖有IP的團隊，下一代產品就可靠多了。還有要么就是產品聲稱發布了但是不量產，拿著測試結果到處發新聞、融資，接下來是找人繼續研發，還是想辦法花錢就看良心了。”

“這不是刻IP，這是刻地雷！”大可表示。

注：應受訪者要求“大可”為化名。

（校對/Jimmy）