“缺芯潮”来了!芯片制造的全球“军备竞赛”已经拉响

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“缺芯潮”如何重塑半导体产业

发于2021.6.28总第1001期《中国新闻周刊》

4月中旬,全球最大晶圆代工厂台积电的台湾工厂发生停电事故。有研究机构预测,仅停电半天,报废晶圆损失或超过2000万美元,一大批客户受到影响。6月初,台湾封测厂京元电子暴发外籍员工群体感染,确诊人数超过200人,2000多人停工居家隔离,预计6月产量将减少30%~35%。台湾疫情向半导体产业的蔓延,让全球芯片产能雪上加霜。

此前,同样引发人们忧虑的是台湾遭遇半个世纪以来最严重的干旱,由于需要清洗厂房与硅片,晶圆代工厂耗水量巨大,为保证其用水,约占台湾灌溉面积五分之一的农田停止灌溉。

这足以显示台湾晶圆代工产业的地位,美国半导体行业协会甚至提出极端假说称,如果台湾半导体代工厂停工一年,全球电子产业将面临4900亿美元损失。台积电创始人张忠谋将1987年创办台积电与晶体管、摩尔定律等量齐观,视之为改变半导体产业的创造。台积电与晶圆代工业务的兴起确实深刻改变了半导体产业,使之成为全球化程度最深的产业之一。

但是这一轮“缺芯潮”引发了供应链安全隐忧。欧美对半导体产业过度集中于日韩、中国台湾地区表现出了担忧,提出一系列刺激计划吸引芯片产业回流,中国的芯片产业链国产化进程也在提速。芯片制造的全球“军备竞赛”已经拉响,半导体产业现有格局或将被重塑。

模式之争

从各国家、地区半导体产能占比变迁中可以发现,1990年台湾半导体产能几近于零,此后一路扩张至2020年的22%,这是台积电等晶圆代工厂崛起的结果。

半导体产业有两种模式,一种是IDM模式,即芯片设计、制造等环节集于一家公司,比如英特尔、英飞凌等;另一种则是代工模式,由台积电开创,兴起于上个世纪90年代,核心是芯片设计公司无须涉足制造、测封等环节,相应诞生了一批像高通、英伟达、联发科这样的无晶圆厂商。由于无须同时承担设计环节的高研发投入与制造环节的重资产投入,无晶圆厂商的营收增幅往往快于IDM厂商。

尽管IDM厂商在2019年仍拥有全球半导体近七成产能,但在更多应用先进制程、手机SoC(系统级芯片)所属的逻辑芯片领域,代工模式占据近八成产能,被认为是产业主流。

“IDM模式的弊端之一便是企业倾向于追求利润率高的产品,如果将设计与制造环节分开,代工厂无论生产附加值高或低的产品,同样赚取代工费用,有利于产业生态更为均衡。”复旦大学微电子学院教授、矽典微联合创始人徐鸿涛博士告诉《中国新闻周刊》,这也是在代工模式下半导体产业得以迅速发展的原因。

但是在这一轮“缺芯潮”中,IDM企业显示出供应链更为稳定的优势。中芯国际创始人张汝京就曾表示,在当前阶段,下游制造环节对上游设计环节的支持十分重要。但是在代工模式下,晶圆代工厂扩张产能往往谨慎,这是全球半导体产能始终处于紧平衡的重要原因。

其实去年以来代工厂扩张产能动作频仍。3月底,台积电宣布将在未来3年投资1000亿美元增加产能,并且支持高端制程技术的研发,一改此前“稳健扩产”作风,要以5倍的速度建厂扩产,中芯国际也在一年之内两度宣布扩张28nm及以上成熟制程的产能。

尽管如此,多位业内人士告诉《中国新闻周刊》,从扩张产能的规模看,代工厂仍在谨慎行事。这与代工业务的特点有关,在芯片产业链的全部资本支出中,制造环节占比高达64%,但增值仅占比24%。“晶圆代工的毛利率并不高,一旦产能利用率不高,晶圆厂或许就会陷入亏损。”酷芯微电子董事长姚海平告诉《中国新闻周刊》。

一位晶圆代工厂人士向《中国新闻周刊》解释,“晶圆代工厂在扩产前,都需要已有工厂的产能利用率达到相当水平,如果已有产线产能利用率只有百分之七八十,再扩产往往意味赔钱,伴随设备等大量资本投入的折旧压力就不小。”

相比于晶圆代工厂的谨慎,徐鸿涛注意到,一些无晶圆厂商反而开始参与建厂,“因为他们更加清楚风险与需求”。

2020年下半年,联发科就曾花费16.2亿元新台币购置半导体再租给力积电生产。但最为典型的案例莫过于联电,联电今年的资本支出仅为15亿美元,尽管如此,相比去年增幅也达50%。其采取与芯片设计公司三星等合作扩张产能的方式,即芯片设计公司出资购买设备,提供给联电,再让后者代工芯片。4月底,联电更是宣布与多家芯片设计公司合作扩充位于台南的12英寸晶圆厂产能,芯片设计公司以议定价格预先支付订金的方式,确保取得未来产能的长期保障。

如此一来,半导体产业长期存在的两种模式似乎伴随“缺芯潮”蔓延而变得模糊,无晶圆厂商为了保证产能开始向IDM模式靠拢,而一些IDM厂商,如英特尔,则在今年宣布启动代工业务。

今年2月,帕特·盖尔辛格出任英特尔首席执行官,在其3月下旬的一次演讲中,除了抛出英特尔将投资200亿美元新建两座晶圆厂,预计在 2024 年量产 7nm 或更先进制程的消息外,还宣布了英特尔将重返晶圆代工业务。

这一消息在当日直接冲击了台积电股价,但在近一个月之后的一次演讲中,台积电创始人张忠谋回应道,“英特尔要做晶圆代工业务相当讽刺。台积电 1986 年成立,在 1985 年筹资期间就找英特尔投资,但是英特尔拒绝,虽然当年度的景气状况没有太好,但仍是有一点看不起的意味。”

“英特尔此前也多次尝试进入代工业务,我也曾参与类似的项目,当时给Altera公司做代工,我们内部半开玩笑地说,英特尔最终收购Altera就是因为代工产品一直做出不来,英特尔就干脆买下这家公司。”一位曾在英特尔参与多个制程研发的工程师告诉《中国新闻周刊》,英特尔做代工的一个重要阻力便是缺少服务意识,“很难想象英特尔愿意低姿态地陪伴小客户成长,像台积电创办初期的一些小客户,如高通,现在也变成了巨头。但英特尔会挑选客户,当年苹果曾找英特尔做代工,就因为订单量有限被拒绝,如今这被英特尔高层认为是个极其愚蠢的决定。”

同时,技术问题也被他认为是英特尔从事晶圆代工的障碍之一,“英特尔工厂的工具相对比较封闭,更多生产高附加值芯片如CPU。但比如同样为28nm制程芯片,不同类别的芯片往往需要不同的工艺,因此英特尔产线能否很好服务于诸如手机芯片、车规芯片等尚存疑问”。

但显然,英特尔重归晶圆代工业务并非仅仅是一家企业看中芯片制造市场,其背后的深意或许可以归结为盖尔辛格的一句话,“美国公司应该将三分之一的半导体生产放在美国本土进行。”目前,这一比例仅为12%。

大力刺激半导体回流

盖尔辛格所言现状源于代工模式的兴起。据波士顿咨询数据,美国半导体制造业所占市场份额从1990年的37%降低至如今的12%,如果按照目前趋势发展下去,可能降低至6%,但是相比之下,美国半导体公司占全球芯片销售额的47%。

研究劳动力市场与经济政策的智库Employ America发文回顾美国半导体产业的 历史 称,从上世纪80年代起,为了与日本、韩国等国家的半导体公司竞争,美国的半导体政策逐渐转向鼓励缩减运营成本、提高公司利润,忽略了对于半导体供应链的构建,使半导体产业围绕巨头形成了一套脆弱的供应链。“在去工厂、轻资产的运营理念下,虽然每家半导体公司的资产负债表看起来更加稳健,美国芯片制造的优势却已经转向中国台湾、韩国等其他地区”。

目前,全球芯片制造75%的产能在东亚地区,而美国正希望芯片制造业回流,但其面临人才与成本的瓶颈。

张忠谋提到,美国晶圆制造的条件与台湾地区相较具有绝对优势,包括水电等资源,但是美国的人才敬业程度和台湾地区不能比,台湾地区有大量优秀的工程师、技师、作业员比较愿意投入制造业。

前述英特尔工程师也向《中国新闻周刊》解释,美国芯片制造业不断流失的一个原因便是美国的文化体系不太容易产生服务意识。芯片属于精密加工制造业,与东亚文化圈更为兼容,需要工人有很强的纪律性、服从性,因此当今世界最重要的代工厂都集中在东亚。“即使是英特尔这样的美国公司,其工厂的管理体系也与其他部门不同,推行军事化管理”。

美国在成本方面的劣势更为明显,在美国建设一个新芯片工厂的10年总拥有成本大约比亚洲地区高25%~50%,假如要满足半导体自给自足,美国需进行3500亿~4200亿美元的前期投资,这一数字也比中国大陆的1750亿~2500亿美元要高出不少。

(工作人员在黄色光源工作环境中观察光刻胶前烘情况。光刻胶又名光阻,是半导体芯片制造工业的核心材料。图/新华)

美国半导体行业协会今年2月致信美国总统拜登,提到竞争国家均投入巨资吸引半导体制造、研究,美国的缺席导致自身失去竞争力,造成美国在全球半导体制造份额中的降低。美国需要鼓励建设并更新半导体制造设施,并在研究领域投入。

当地时间6月8日,美国国会参议院通过了《美国创新与竞争法》,其中批准拨款520亿美元,在今后5年里大力促进美国半导体芯片的生产和研究。参议院民主党领袖舒默曾称其为“ 历史 性的520亿美元投资,用以确保美国保持芯片生产的领先地位”,并直言,“这项法案将确保美国不再依赖外国芯片加工商。”据路透社报道,其中包括390亿美元的生产和研发激励,以及105亿美元的实施计划,包括国家半导体技术中心、国家先进封装制造计划和其他研发计划,以及 15亿美元的应急资金。

美国商务部长吉娜·雷蒙多在芯片厂商美光 科技 出席活动时称,这520亿美元的资金将为芯片生产和研究产生超过1500亿美元的投资,当中包括州和联邦政府以及私营企业的出资,也就是通过联邦资金释放更多私人资本,“到完成时,在美国可能有七家、八家、九家、十家新工厂。”她预计,各州将为芯片设施争夺联邦资金,而商务部将有透明的资金发放程序。

去年以来,美国国会两党议员不断提出鼓励美国芯片产业发展的法案,如“2020美国晶圆代工法案”(AFA)、“为芯片生产创造有益的激励措施法案”(CHIPS)。CHIPS法案还被纳入拜登提出的2.3万亿美元基础设施计划,于今年早些时候颁布,批准了半导体制造激励措施和研究计划,但尚未提供资金,拜登也曾呼吁拨款500亿美元,促进半导体生产和研究。

此前,苹果、亚马逊、谷歌、微软等 科技 巨头联手包括英特尔、高通、台积电等在内的芯片产业链企业,组建了一个游说团体——美国半导体联盟(SIAC),目标便是向美国政府施压,要求美国国会为CHIPS法案提供500亿美元资金。

台积电、三星等均已计划在美国扩建芯片厂的情况下,一场对于政府补贴政策的争夺已然展开。早在去年5月,台积电便宣布将在美国亚利桑那州投资120亿美元新建12英寸厂,预计将在2024年建成投产,初期月产能为2万片5nm芯片,而这一计划的投资与产能规模在今年被多次曝出仍在扩大。

在向美国得州政府提交的文件中,三星也披露了其赴美建厂计划的具体细节:计划耗资170亿美元,10年内在当地创造约1800个就业机会,位于奥斯汀,面积700万平方英尺。三星还提醒说,该项目“竞争激烈”,美国亚利桑那州凤凰城、纽约北部的Genesee县及韩国替代地点都是奥斯汀的潜在竞争者。如果落户奥斯汀,将在今年二季度破土动工,预计在2023年第三、第四季度投入运营,传闻将用于生产先进的3nm制程。三星明确要求在20年内,得州特拉维斯县和奥斯汀市对三星芯片厂的税收减免将达约14.8亿美元,高于先前提到的8.055亿美元。

谈及美国积极复兴半导体制造产业,张忠谋认为,美国做事永远是“胡萝卜与棒子”一起,补贴只不过短期几年而已,不能弥补长期的竞争劣势,过了补贴政策的那几年,还是要看实力。

供应链安全被打破

持续增长的旺盛需求正在拉长半导体的景气周期。不只是美国,韩国、日本、欧洲等国家或地区都在吸引半导体制造回流。日本政府已经承诺扩大现有约2000亿日元的基金规模,支持国内的芯片制造行业。韩国政府业宣布为本土芯片产业提供1万亿韩元长期贷款,扩张8英寸晶圆厂产能,并增加材料和封装投资。欧盟提出的“2030数字指南”计划的目标之一便是到2030年,欧洲半导体生产至少占据全球产值的20%。

伴随分工模式兴起,半导体产业曾被视为全球化程度最深的产业之一,基于2019年的数据,在对整个产业附加值的贡献中,有6个国家和地区(美国、韩国、日本、中国大陆、中国台湾和欧洲)的贡献度都至少达到8%。但经历这一轮“缺芯潮”,出于维护供应链安全的考量,半导体产业正在向本地收缩,中国也不例外。

波士顿咨询曾作出预测,假设在每个地区建设完全自给自足的本地供应链,将需要9000亿~1.225万亿美元的增量前期投资,并导致半导体价格整体上涨35%~65%,最终导致消费者电子设备成本上升。

“趋势已经很明显,这在日本厂商的产品中得到充分体现,拆开日本的电子产品,会发现其使用的芯片基本上都来自日本,未来各地也会遵循这样的趋势,简单说就是在哪里设计,就要在哪里生产。”上海一家芯片设计公司CEO刘东(化名)告诉《中国新闻周刊》。

中国半导体行业协会副理事长、中国半导体行业协会集成电路分会理事长叶甜春认为,美国、欧盟强化本土产业链,缺芯固然是一项因素,但根本原因是对供应链安全的一种担心。芯片产业链全球化发展的地域分工,导致有些地区的工业空心化,现在各地希望在本地建立一个至少能够维持最小可行制造能力的产业体系。

但在他看来,欧美要建设本土晶圆制造业是很困难的,这是一个成本、供应链体系和产业生态的问题。首先供应链企业要跟过去,把供应链重建起来,经济代价和后续的运维成本会非常高昂;其次,发展制造业需要人才资源作为支撑,欧美高校的人才体量能否支撑制造产业的重建,也值得考量。“继续创新”或许是欧美发展制造业的一条路径,但通常意义上的产业回流是很难 *** 作的。

对于中国当下的芯片产业前景,叶甜春在接受《中国电子报》采访时指出,国内集成电路存在“卡脖子”问题,在部分领域显得被动,但是跟10年前近乎“休克”的状态相比,是完全不一样的。但他担心的是,眼前的问题得到缓解之后,对后续的布局缺乏紧迫感,耽误两年然后发现“卡脖子”这个问题始终存在。

他的建议是,对中国而言,首先是确保供应链的安全,28nm以上的供应链要实现绝对安全,14nm、7nm的技术短板也要尽快补齐。此外还要锻造长板,真正摆脱“受制于人”需要掌握足够的反制手段。要把握好全球化分工与供应链产业链自主可控的“度”。

国产替代如何加速

刘东注意到,其实从去年开始,国内的芯片厂商,包括一些终端产品厂商,已经在将供应链逐步从境外转移至中国大陆,当时主要是受到华为被制裁事件的冲击,随着这一轮“缺芯潮”爆发,这一趋势将更加明显。

深迪半导体今年为国内一家一线手机厂商供应六轴IMU惯性传感器芯片,深迪半导体公共关系负责人黄杜告诉《中国新闻周刊》,从2019年第一次送样,经历两年的测试才最终谈成,“对于手机厂商更换一款芯片的成本并不小,因此一旦习惯于采购外国厂商的芯片就没有动力冒风险更换。”

而多位国内手机厂的供应商向《中国新闻周刊》证实,在消费电子领域,国内终端厂商今年都在转移产业链,“能用国产替代的都尽可能使用国产替代,就算国内供应商无法做主力供应商,也会让其作为辅助供应商。”

徐鸿涛甚至认为,这次“缺芯潮”的一个原因便是国产替代导致代工厂新产品导入规模增长,“比如原来一家代工厂的产能分配中,量产与新产品导入的比例可能是8:2,但随着新产品导入的需求增加,就挤占了量产部分的比例分配,其中部分原因便是国产替代和产能紧张导致开辟新供应商需求的加剧,一款新产品都要经历漫长新产品导入才能量产。”

不仅是终端厂商在更多启用国内芯片厂商的芯片,一些国内的无晶圆厂商也开始将产能向中国大陆转移。

对于刘东的公司而言,与其合作的代工厂遍布中国大陆和台湾,韩国、美国。“只是每家投产多少不一,一方面是要为特定种类的芯片寻找更适合的工艺,另一方面也是为了规避风险。但是一旦产能全球性紧缺,即使产能再分散,风险也难以回避。”刘东反问,“这一轮‘缺芯潮’中,已经可以看到地方保护色彩加重,比如一家韩国代工厂,面对一位韩国客户与中国客户的需求时,他会怎么选择?”

一家三星投资的芯片设计公司负责人告诉《中国新闻周刊》,正是由于三星背书,其产能几乎未受影响,反而扩张产能争抢到产能紧缺的竞争对手的订单。

用刘东的话来说,“大家都变得不那么有 *** 守”。这在一定程度上也源于政府的干预,前述刚刚成立的SIAC便在公开信中称,“当行业努力纠正短缺造成的供需失衡时,政府应该避免干预。”外界认为这暗指美国政府此前施压包括台积电在内的代工厂保证 汽车 芯片产能。

有中芯国际人士告诉《中国新闻周刊》,中芯国际在分配产能时会从终端应用的角度考虑,也就是如果某款芯片缺失,会不会影响普通人生活,甚至国民经济,“会仔细甄别企业的产能需求,依企业真实需求而定,也不会多给企业产能。”

多位业内人士都感慨,在这一轮“缺芯潮”中更能看到中芯国际的意义。“如果产能在国内,遇到疫情这样的极端情况,至少还能见面沟通,但如果投产在韩国、中国台湾的代工厂,连见面协调的可能都没有。”一位芯片厂商负责人透露,从去年开始,公司就在将产能从境外逐步转移至中国大陆,目前已接近一半,甚至直接邀请一家国内代工企业入股,“也是为了未来更顺畅地转移产能”。

这样的产能转移不止发生在某一家公司身上,姚海平也坦言,公司会将中芯国际14nm、12nm制程作为主打的平台,“14nm以下先进制程代工其实可选余地并不多,无非是三星、台积电、中芯国际等几家。现在中芯国际的先进工艺的产能利用率还不高,所以今年其扩张产能集中在28nm等成熟制程,因为其先进制程工艺刚刚开发出来不久,国内的设计公司做出针对的设计需要时间,估计在明年年中中芯国际先进制程产能也会变得非常饱满。”

中国缺少的不仅是先进制程的产能,其实,目前市场上20nm以上工艺节点产能占据了82%,更多的芯片产品依赖成熟制程产能。

“国内除了中芯国际和华虹,形成量产能力的也就是华润上华,但每月8英寸晶圆的产能可能只有两三万片,确实太少,可能都无法支撑大一点的客户。新的代工厂产能完全跟不上,特别是目前一些产品需要特定工艺,比如BCD高压,其实只有中芯国际、华虹、华润上华这三家公司有技术准备,再无其他选择,这就是目前的现状。”前述中芯国际人士告诉《中国新闻周刊》。

黄杜提到,“前一段时间政府征求对行业支持政策的意见建议,我们提出除了鼓励主要以线宽制程为标准的先进标准工艺,也要支持不依赖于线宽的MEMS特色工艺,MEMS惯性传感器芯片在人工智能物联网时代将会获得越来越广泛的应用。”

MEMS工艺是芯片制造的一种特殊工艺,被广泛应用于惯性传感器芯片制造,而惯性传感器芯片已经进入每一部智能手机,手机横屏与竖屏视角的转换便依赖这颗芯片实现。

“如今各地晶圆厂烂尾的情况已经让政府感到担忧,但总体而言,大陆的产能仍然很短缺。”有晶圆厂商负责人告诉《中国新闻周刊》,“几年前公司原本计划投资建设晶圆厂,计划投资50亿元,年产能为1万片8英寸晶圆,但之后项目夭折,原因便是地方政府不再支持。” “当时项目遇到国家收紧半导体投资,地方政府对于项目获得国家资金支持没有信心,就需要地方承担大部分资金压力。”这位负责人说,工厂从开工到“投片”需要3年时间,而根据当时的测算,8年才能回本,这段时间对于地方政府来讲过于漫长。

当下,政府对于晶圆厂的支持无疑举足轻重,中芯国际创始人张汝京在总结项目能够获得成功的条件时就说到,要有政府支持,中央政府通常是在政策和税务上的支持,地方政府通常是给予土地和项目奖励等支持,为了引进一些新项目,需要各级地方政府制定一些准入的指导。

他向《中国新闻周刊》建议说,通过国家发改委窗口指导,一定程度上避免错误的投资导致的国家财产和资金的损失的考量下,可以积极推动国家需要的这类半导体公司。但是如果管控过于严苛,也可能会把这个产业的发展遏制住,减缓国家集成电路与半导体产业的发展。“投资金额小于10亿元以下的,按现有方式进行备案;对于政府投资金额低于某一数位的,如50亿元以下的,由省市相关发改委窗口指导;金额更大的由上一级的发改委管控。至于民企或外资为主的,因为政府担的风险较小,可适度放宽指导窗口。”

在叶甜春看来,此前多地都爆出芯片制造的“烂尾”工程,是因为个别项目在市场定位、技术研发、团队配置等方面没有做好准备,仓促上马。对于做好准备的项目,该上马还是要上马。

他指出,据不完全统计,国内逻辑IC存在40万片12英寸的月产能缺口,存储器至少缺20万~30万片月产能。保守估计,月产能缺口在60万~70万片。整体产能缺口这么大的时候,应该更大规模、更有效率地扩产。“中国貌似缺乏最新的技术和产品,但是全球80%以上的产品用不到最尖端制程,14纳米以上制程能覆盖绝大部分需求——虽然市场份额可能只有百分之六七十,但这上面有大量文章可做。”

在电气化和智能化的推动下, 汽车 成为了半导体向前发展的新领域。 汽车 半导体作为一个新兴领域,也被众多企业所垂涎,因而,在近几年中发生在 汽车 半导体行业的并购越来越频繁,甚至还出现了几宗超百亿美元的超级收购。这些并购当中,不仅涉及了传统的 汽车 半导体厂商,还包括了一些计算芯片领域的巨头企业。在众多厂商纷纷开始布局 汽车 半导体的局势之下,是否也意味着 汽车 半导体领域的竞争进入到了加速阶段?

汽车 半导体领域的头把交椅发生变化

众所周知,2015年当中发生了很多并购案,其中,NXP收购飞思卡尔是当年半导体领域中的一大重大变化,而这也促使 汽车 半导体领域发生了变化。

根据市场研究机构IHS Technology在2014年发布的数据显示,在没有发生该笔并购之前,2013年全球 汽车 半导体供应商排名中,前十名供应商的名次与2012年完全相同,当时位居榜首的是瑞萨,紧随其后的是英飞凌和意法半导体。

(2013年全球 汽车 半导体供应商排名)

由于NXP收购飞思卡尔后,这两者的合并销售额得到了大幅度的提高,从而,NXP于2015年跃居 汽车 芯片市场龙头宝座。瑞萨则下滑到了第三的位置,有报告指出,瑞萨 科技 的下滑是由于受到美元对日圆汇率眨值而持续受挫。

在NXP蝉联 汽车 半导体榜首数年之后,伴随着英飞凌收购赛普拉斯的方案的敲定,这种格局再次发生了变化——在 汽车 半导体方面,英飞凌将以13.4%的市场份额超越其竞争对手恩智浦,成为最大的 汽车 半导体供应商。而在 汽车 微控制器领域,英飞凌也将跻身前三。

我们都是知道,无论是飞思卡尔还是赛普拉斯,他们在 汽车 半导体领域中的地位都不算低,但他们却都走向了被收购的结局。而收购他们的也都同样是在 汽车 半导体领域中享有盛名的企业,这种发生在细分领域巨头之间的并购,是否也意味着这个细分领域市场将要爆发?

在哪些方面展开竞速

根据 汽车 市场情况来看,在低碳经济的理念指引下,全球 汽车 产业正朝着能源多元化、智能化、绿色化三大方向不断催生出新的变革。在此驱动下, 汽车 半导体在 汽车 当中将扮演着越来越重要的角色。

根据德勤分析给出的数据来看,半导体成本(即电子系统零部件的成本)已经从2013年的每车312美元增加到了如今约400美元。 汽车 半导体供应商正获益于微控制单元、传感器、存储器等各类半导体设备需求的大幅上涨。到2022年,半导体成本预计将达到每车近600美元。

每量车所带来的600美元成本则来自于多种 汽车 半导体器件,包括MCU、功率半导体(IGBT、MOSFET等)、传感器及其他。这也是各大 汽车 半导体企业所抢夺的市场。就车用微控制器而言,它在传统燃油车和新能源 汽车 中均能发挥用处,而在NXP和英飞凌完成收购后,他们在车用微控制器方面的实力都有所提升。这也为他们追逐当下 汽车 市场利润提供了支持。

此外,新能源也是 汽车 发展过程中不可忽略的大方向。由传统内燃 汽车 向新能源 汽车 的转变意味着 汽车 要像电气化、电子化方向发展,而电气电子模块中最核心的就是半导体芯片。

根据中商产业研究院的报道显示,电气化和智能化为 汽车 半导体带来的影响主要包括以下三个方面:首先是摄像头雷达等感知层器件的搭载量上升,推动了CIS、激光器、MEMS等半导体器件的市场;其次,自动驾驶从L2向L4升级,带动了用于决策的 ASIC、GPU等计算芯片的用量增加;第三,动力传动系统从燃油引擎向混合动力及纯电动的升级大幅推高功率半导体用量的增加。

以上三个方面为 汽车 半导体领域带来了新的发展契机,也同样带来了新的竞争者。新的竞争者主要出现在车载计算芯片的应用上,计算领域芯片巨头英伟达、英特尔等,纷纷开始投入到自动驾驶领域,其中英特尔更是斥资153亿美元收购视觉ADAS主导厂商Mobileye,以布局 汽车 领域的发展。

除此之外,车载雷达也是 汽车 半导体企业在近些年来着力发展的市场之一,尤其是在车用毫米波市场上,多家企业已经推出了相关产品并展开了竞速,尤其是在77GHz毫米波雷达上竞速已经铺开了,参与其中的半导体企业包括NXP、英飞凌、TI等。

同时,在 汽车 感知层方面中所涉及的CIS领域也有了新的玩家参与。众所周知,安森美是 汽车 CIS领域的龙头,其市场占有率超过50%。而伴随着三星宣布其CIS发展后,它就成为了 汽车 CMOS图像传感器领域中的搅局者,ISOCELL Auto就是三星为强化其CMOS图像传感器在 汽车 领域的应用所推出的品牌。

第三代半导体器件的发展也推动着 汽车 半导体产业向前发展,尤其是在车用功率器件领域,第三代半导体将发挥着巨大的作用。对此,也有很多 汽车 半导体厂商在该领域中进行拓展。英飞凌、罗姆等企业在碳化硅领域中拥有着不错的成绩,同时,意法半导体在今年以来,也增加了其在氮化镓领域的布局,它从合作和收购两方面入手(意法半导体在今年3月收购了氮化镓创新企业Exagan的多数股权),力图未来在 汽车 电子方面取得成绩。

此外,车联网的大趋势也为 汽车 半导体提供了发展的动力,但就市场形势来看,车联网还处于发展阶段,其技术发展路线并没有统一。目前,车联网 V2X通信技术有 DSRC与LTE-V两大路线。NXP主推 DSRC 技术,高通则主推 LTEV 和 5G 标准。

从这些企业在 汽车 半导体领域中的布局,我们不难看出, 汽车 半导体市场的竞争正在加速。

主要营收市场发生变化

汽车 半导体需要依靠 汽车 来发挥它的作用,而 汽车 却不像消费类产品,大部分终端用户不会在短期进行更换,因此, 汽车 市场的需求量可能会极大地影响 汽车 半导体的发展。

根据Strategy Analytics的《2016年 汽车 半导体厂商市场份额》显示,在该年中, 汽车 半导体厂商的主要收益来源国首次由日本变为中国,这也意味着全球 汽车 电子产业结构转换。同时,根据前瞻研究院的报告显示,中国 汽车 产销量已经连续十年蝉联全球第一,属于全球 汽车 产销大国。

中国不仅是目前全球大的 汽车 市场,也是全球 汽车 制造中心之一。据德勤预计,轻型 汽车 产量在全球范围内的占比将达到近29%,而这些趋势均使亚太地区倍受半导体厂商的青睐。

对于传统 汽车 半导体巨头来说,他们比较熟悉车规的标准,凭借其多年的经验,他们在 汽车 半导体市场中占有着有利的位置。此外,对于类似英伟达和英特尔等通过利用计算芯片打入 汽车 市场的半导体企业来说,由于这类芯片也是 汽车 的新应用,因此,产品性能或许才是重要的。而凭借他们在半导体产业中多年的积累,他们则在技术实力上占据着优势(他们还可以通过积累的资本,以收购的方式来提升他们的实力)。

国产 汽车 芯片新势力

面对国际 汽车 半导体厂商的强劲实力,本土 汽车 半导体企业的发展之路并不平坦,他们不仅要面临着技术和法律壁垒,还要接受国内 汽车 电子产业上下游互动机制尚不完善的挑战。在这种情况下,我国本土仍有一些 汽车 半导体企业在该领域中默默耕耘,试图打破这种困局。这其中不仅包含本土半导体厂商向 汽车 领域进行拓展,还有一些Tire 1企业参与到了 汽车 半导体的研发中来。

就本土半导体企业而言,近期,我们发现有很多企业开始倾向 汽车 领域的发展,且他们所针对的应用也十分多样化,涉及了车控类芯片、CIS、车联网、毫米波雷达等多种领域。

具体来看,四图维新旗下的杰发 科技 就是在这期间成长起来的专注于 汽车 半导体等领域的企业,其车控类 汽车 电子芯片的表现尤为亮眼;大唐恩智浦则致力于于新能源 汽车 及传统 汽车 的电源管理和驱动,在 汽车 半导体领域大展拳脚;AI独角兽企业地平线也开展了 汽车 相关的业务,其地平线征程二代芯片已被一些整车厂商所采用;在车用毫米波雷达领域,也出现了一些初创企业致力于此,包括加特兰、隼眼 科技 、安智杰等企业;同时,还有一些半导体企业增加了 汽车 领域的投资,包括华为投资了车载以太网芯片研发商裕太车通。

此外,国内Tire 1也顺着 汽车 智能化和电气化的发展方向,开始与半导体厂商进行合作,或者自行研发相关的半导体器件。这当中包括,吉利集团控股的亿咖通 科技 与Arm中国合资建立了湖北芯擎 科技 ,规划建设车规级芯片及通讯模组的研发、测试及生产基地。此外,在车用IGBT方面取得了一定成绩的比亚迪也于今年宣布,其半导体业务已完成了拆分,并正式更名为比亚迪半导体有限公司。据悉,引入战略投资者完成后,该公司还将继续深耕于车用IGBT领域。

结语

汽车 半导体已经成为了半导体产业当中最具发展前景的领域之一。同时在电气化和智能化趋势的推动下,传统车厂也开始寻求能够助力其向这个方向发展的半导体供应链,这为半导体产业带来了新的发展机会,由此,也引起了半导体企业在 汽车 领域展开竞速。

同时,伴随着近些年来人工智能等技术的提升,与 汽车 相关的AI芯片也开始渗入到 汽车 中来,因此,也催生了一些专注于计算芯片和感知层芯片的企业能够有机会参与到 汽车 半导体芯片的竞争中来。

汽车 半导体的竞争不仅引起了半导体巨头的注意,在新应用中还吸引了一些初创企业参与其中。因此,我们也看到并购、收购股权这样的事发生在 汽车 半导体领域中。而这都加剧了 汽车 半导体行业的竞争。

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最近的一种声音不可取,言必称台积电和三星纷纷在中国大陆布局28nm工艺制程的芯片工厂,其目的就是为了击败中国本土芯片企业,帮助美国实施对于中国芯片的全面控制。 从企业战略层面,台积电和三星这两大巨头企业为何要助力美国、限制中国?其实,无论台积电还是三星,谁也不能丢掉中美两国的市场,谁也丢不起中美两国的市场,或许这才是现实。

为何高端芯片在美国建厂、中低端芯片在中国建厂?

这是目前中美博弈比较厉害的芯片半导体领域,如果时间再往前推,即便当下,有多少企业愿意拿出自己的“看家本领”在中国建设最先进的工厂?当年的家电好好,后来的 汽车 也好,即便当年的日化和饮料企业,宝洁、汉高、联合利华、可口可乐等公司,进军中国市场的头些年,也不是他们最先进的工厂。何况芯片呢?

至少外界一个普遍的共识就是,如果能够有替代性的选择,中国还不是一些高 科技 企业建设顶级工厂的理想选择,这就如同我们认知欧洲、东南亚、印度、巴西一样,如果你想在海外投资两家工厂,一个是高 科技 高端产品,另一个是普通的高 科技 消费品,恐怕第一个工厂你会想到欧洲,而第二个工厂你会想到东南亚、印度和巴西等地。这种固有的思维,包括欧美式的西方思维,在当下的世界仍然普遍存在,即便那些远不如中国的小国和地区的人们,仍然按照美国、欧洲、中国这样的排序来思维,这种固有的傲慢和偏见并不会随着中国经济总量的变化而消失。

如果你理解了上面的道理,你就能够理解,为什么那么多服装鞋帽消费品企业宁可得罪中国,也要宣布不购买我们的棉花?为什么印度疫情爆发,我们第一个表示援助并援助到位的情况下,莫迪率先感谢的却是美国方面的口头援助?

换个角度来思考,如果我们自己拥有高端芯片工厂,那么,台积电、三星是不是就会来大陆建设顶级芯片工厂呢?一定是这样。因为,从企业竞争的角度来说,当一个行业的领导者,只要出现竞争对手的地方,它一定会寻求在这个竞争对手面前保持住自己的领导者地位。当你是企业的高管来做战略决策时,一定是力求保持竞争优势的同时并获取最大的市场份额。

因此,当我们自己的芯片工厂没有崛起之前,无论台积电、三星在哪里建设工厂,在当今全球化的背景下,竞争都会存在。不是台积电和三星把28nm工艺制程的芯片工厂建在印度、越南,我国的芯片企业就会避开三星、台积电的竞争,完全不是这个道理。

美国的芯片制造算盘打的是英特尔,而不是三星和台积电

当今世界,世界上最大的两大芯片需求市场为中国和美国,由于特朗普时期导致的芯片半导体产业秩序混乱,这两大芯片市场都不同程度地受到芯片短缺的影响。而三星和台积电至少到目前为止,实质上它们都不“属于”这两个市场的自主可控,大家应该明白。

因此,美国也好,中国也好,两国的芯片半导体产业战略已经非常清晰,就是要在未来5-10年当中实现芯片产品的自主可控产业链。现在从芯片“卡脖子”的角度来考虑,美国和中国都受制于芯片制造,两国未来也必然要发展芯片制造,美国有英特尔,中国有中芯国际,这已经是明牌。

如果此时,三星和台积电不能够做出有利于自己企业发展的战略选择,恐怕5-10年之后,它们将面临中国和美国两大自主可控的芯片半导体产业链的竞争,如果它们到那时,它们不能够融入这两大产业链体系,它们恐怕将失去市场、失去未来。

芯片半导体产业的竞争是残酷的,别看现在表面上出现芯片短缺的局面,这只是暂时的短缺,而从芯片半导体产业全球布局来看,用不上三年,芯片半导体产业将出现完全过剩的局面,抗不住成本压力的企业恐将面临灾难性的后果。要知道,曾经雄霸全球的日本家电,曾经不可一世的美国 汽车 ,不都是在激烈的成本竞争中败下阵来的吗?

摩尔定律失灵,三星和台积电能否如期换道?

目前来看,无论是美国还是中国,其各自自主可控企业攻克7nm5nm/3nm工艺制程芯片制造只是时间问题,而三星和台积电想要在此基建之上更进一步,恐将难上加难,它们的技术会进入到分数时代吗?1/2、1/3nm?这样的技术到底存不存在?

然而,很多科学家认为,7nm工艺制程的芯片制造即为摩尔定律的天花板,接下来便是进入到第三代半导体时代,甚至进入到量子芯片时代,无疑相对于中国和美国这两大科研巨头来说,三星和台积电所拥有的科研能力还是小巫见大巫。可以预见,在芯片半导体产业创新或者跨越式发展的科研上面,未来领先的一定是中国或美国其中之一,显然不会是三星和台积电。

柯达在胶卷相机换道到数码相机时,倒下了。诺基亚在普通手机向智能手机换道时,倒下了。巨头企业,有时候强大到无人能及,有时也强大到脆弱不堪,当一个产业面临换道或超级技术变革时,巨头往往因为背着沉重的 历史 包袱而脆弱不堪,相反往往是那些看似处于绝境的企业奋力一搏,便就此赢下整个未来。

因此,我相信,三星和台积电两家芯片制造巨头企业,一定是从企业战略的角度来思考其全球化布局,它们打压竞争对于也一定是从竞争的角度出发。

任何的市场竞争都要有“撒马过来”勇气,担忧害怕,狼就不来了?


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