罗兰贝格庄景乾：车载半导体与缺芯趋势研判

其演讲主要从三个方面对汽车行业的半导体趋势做了分析：

第一，回溯过去三年间，汽车半导体所经历的缺芯现象。第二，从需求端出发，观察智能电动汽车需求的芯片类型、算力和数量。第三，从供给端分析，汽车半导体领域的特征，比如芯片制程要求、各制程占比，产业链分工、链路、玩家集中度，以及中国在卡脖子领域的发展水平。

回顾汽车缺芯危机

首先，庄景乾分析了从2020年1月至2022年12月的全球汽车芯片平均交付周期状况。从2020年1月份的平均12周，到2021年上半年疫情起步阶段，汽车芯片平均交货周期飙升；从2021年下半年到2022年上半年，全球汽车缺芯危机持续，并于2022年5月冲到了顶点，汽车芯片的交货周期突破27周。随后，从2022年下半年开始，汽车芯片市场出现拐点，平均交货周期下降到了24周左右。

“在危机的初始阶段(2020年1月至2021年1月)，我们认为，新冠疫情是导致汽车减产的原因之一，它也让主机厂遭遇到了因汽车减产而导致的芯片砍单和订单下降。但不曾料到，新冠疫情爆发之后，消费者的购车需求远超预期，芯片供给端出现了滞后反应。在危机爆发时期(2021年上半年)，德州风暴、瑞萨工厂火灾、马来西亚封装厂停产/断供等事件，进一步加剧了全球汽车市场的缺芯程度。紧接着，全球缺芯危机持续到2022年5月攀到顶峰，这与第三波奥密克戎疫情在各国反复爆发有关，它导致全球各地的芯片工厂紧急停产。”庄景乾简要回顾了过去两年多以来的全球缺芯危机。

局部地区爆发的一系列战争，也对全球芯片供应链产生了消极影响。经过长达18个月的缺芯挑战之后，主机厂在采购芯片时，更倾向于饱和式的订购方式，因此芯片供需失衡被进一步放大。不过，对不同类型的芯片而言，其短缺程度也不一样，其中计算类芯片、功率类芯片的短缺程度最为严重，而传感芯片、通信芯片和存储芯片的灵活性和适用性较强，在这些芯片类别中主要存在个别型号短缺。

具体来看，计算芯片以传统MCU产品为主，它与车辆安全性和底层控制密切相关，由于汽车正由智能化转向自动化，对计算芯片的需求量增长非常快。罗兰贝格对全球主要的电动车市场进行调研时发现，无论是对新型的商业模式，还是对更先进或更清洁能源产品的接受度上，中国消费者都处于全球各国消费者的前列，这也是国内外主机厂新模式玩家重视中国汽车市场的重要原因。

汽车芯片需求增长快，其不可替代性也相对更高。进一步观察，功率类芯片的紧缺程度也很严重，主要是因为电源管理芯片、功率半导体等类型的芯片通常与MCU来绑定销售，所以这些芯片的不可替代性也比较强；而传感类/通信类/储存类芯片是个别型号“点状”缺货，它们的通用性强，产能紧张程度并没有太高。

庄景乾还解读了全球汽车半导体“缺芯潮”爆发的原因，他主要从需求端和供给端两方面来分析。“我们认为，叠加外部的冲击是导致全球长时间缺芯、波动的核心因素。在需求端，新能源汽车时代是智能化的时代。中国消费者认为，新能源汽车应该更智能。新能源汽车渗透率的提速，提升了电控功率、电源管理芯片的用量，智能网联化加大了对高价值传感类芯片的需求，高级别自动驾驶等前瞻技术的演进，则进一步提高了单车芯片的用量和价格。对半导体而言，这是一个大跃进或大机遇的时代。另外，新冠疫情反复爆发，加之汽车行业从JIT(Justintime,准时制生产方式)转向饱和式订购，这都加大了汽车芯片需求和供给的错配。”

从供给方面观察，主要存在几个重要因素，比如地缘政治。除了中美贸易战之外，局部地区的热战加大了全球芯片供应链的不稳定危机。

如今，汽车芯片仍然以成熟制程工艺为主，其芯片产品价格低但利润不足，随着未来智能化+电气化技术的应用，先进制程半导体占比将显著提升，比如主控计算芯片算力要求不断提升，以及EE架构演进促使分布式成熟制程芯片向集中式高端芯片方向发展。当然，在芯片厂的产能扩张周期投资阶段，晶圆代工厂能否愿意把产能倾斜到汽车领域，将会直接影响成熟芯片制程的紧缺情况。

同时，汽车芯片有着严苛的车规级质量要求，汽车半导体的产业链非常长，且各个环节的分工非常仔细，在每个环节，欧州、美国、日本、中国台湾等区域的地区性玩家代表非常集中，更何况半导体的交互周期相对更长，在这些多重因素的影响下，就导致了全球汽车芯片供需不平衡。

汽车半导体需求持续提升

在需求端，汽车的新趋势主要是新四化：新能源化、自动驾驶、智能座舱、电子电器架构。

以中国新能源汽车市场为例：2021年，中国纯电车新能源渗透率突破13%，新能源整体汽车渗透率突破15%。截至目前，中国新能源汽车渗透率已突破27.8%，预计该数字在今年年底前会突破35%，在2030年将突破70%。新能源汽车渗透率的提升主要来源于政策端，消费市场的接受度的提高，以及基建的不断支持。

另外，不论是视觉为主的方案，还是多传感器融合为主的自动驾驶方案，它们在毫米波雷达、图像信息处理器、信号处理器上都带来了更多的芯片需求；智能座舱的中控、显示、LED、驱动和HUD等，都需要更多传感芯片和显示芯片的支持；从分布式的架构，到域融合架构，再到集中式架构，对域控制器的芯片、以太网的芯片，以及整车算力的要求会进一步提高。

纵观全局，计算芯片、存储芯片、功率芯片、通信芯片、传感芯片的迭代速度也不同，这导致它们在芯片制程、供需紧张程度的表现也不同。比如，传感器芯片主要是用来接收车内外部的物理或驾驶员的操纵信息；计算芯片更多是利用算法来决定汽车下一步的动作和方式功能；存储芯片储存程序算法和计算过程、结果的数据；通信芯片通过总线维持车辆与外界的信息交互等。

对比一辆L1级别的传统燃油车和L3级别的纯电汽车，它们的汽车半导体、车载电子部件的用量几乎翻番。其中，芯片用量增长有一部分来自于智能化，包括了传感器(自动驾驶控制器)，另一部分来自于网联化，包括中控显示、通信控制器，更大的一部分来自于电机化，包括整车控制器、充电模块等。因此，前瞻技术驱动对于电子部件价值的提高显而易见。

当然，在芯片需求和芯片价格都有增长的趋势下，各类芯片的发展方向也不完全相同。当前供应最紧张的计算芯片，它的使用量从40-60个/车到150个/车，其需求的提升主要由更多的传感器和自动化功能所带来，且其单颗芯片的价值量也从传统MCU往更高制程的MCU和SoC方向发展，以满足集中加工和高算力功能的需求。而功率芯片虽然增加的数量没有非常多，但是车规级IGBT逐渐向更高价值的SiCMOSFET升级，该趋势带动了该类芯片价格的上涨。

进一步挖掘这五大类型芯片的市场表现，由于MCU和功率芯片的不可替代性比较强，它们的短缺程度最为突出，且将持续短缺更长时间。庄景乾以26周为限，对比了2022年Q4和疫情前(2019年)的平均价格涨幅(30%)，他据此划分了四个象限，来观察各类元器件的周期长短和价格的稳定程度：其中，计算芯片缺货持续最为严重，电源管理芯片、IGBT、MOSFET等功率芯片缺货同样较为突出，传感类、通信类和存储类芯片缺货情况较为缓和，主要以局部的点状缺货为主，较缺的类型包括专用存储器、蓝牙/Wi-Fi模块、专用传感器等。因此，从需求端来看，汽车本身发展带来了不同类型芯片的迭代，其产能需求带来的增长致使“量价齐飞”。

汽车芯片供给端产能不足

供给端稳定性不足可总结为三个核心因素：第一，地缘政治波动限制供应，包括了贸易战、局部地区的热战造所成的物理限制；第二，供需结构性错配，汽车行业与3C消费电子行业相比，前者的芯片以成熟制程为主，其技术相对成熟可靠，价格有较低；第三，汽车半导体产业链成熟度比较高，涉及环节多且复杂，玩家集中度高，全球分布、区域聚集特征，需要高频跨区域协作，这导致其产业链冗余度差、系统性风险较高，任何区域/环节的风险均可能会波及整个链条。综合以上核心因素，汽车半导体产业整体抗风险能力较弱。

在过去几年里，全球主要国家和地区纷纷出台半导体相关产业政策，以推动半导体产业链的本土回流和提高供应链稳定性。对此，中国、欧盟、美国都相继出台了更严格的法案，来保护本土的半导体产业，以及数据治理的框架，其政策核心关注点包括了硬件设备、软件产品。

以欧盟为例，GDPR(通用数据保护条例)讨论了非常多数据治理安全，针对半导体产业规划了1,450亿美元的投资，并提出了人工智能(AI)、数据和工业战略这未来三大政策支柱。此外，美国和中国也针对半导体产业颁布了相关政策，力图打造更完善的本土半导体产业链。

与此同时，汽车半导体技术的升级也对产业链产生影响。玩家如果以晶圆代工角度来切入，代工厂对各个行业的倾斜度不一样。观察全球主要的半导体汽车业务，以晶圆代工厂为例，比如台积电、三星和联华电子，其实汽车芯片占这三家的产能并不是最大。随着汽车芯片制程进一步升级，汽车行业投资进一步扩大，未来这种情况将得到一定程度的改善。

大家对车规级要求和消费电子并不相同，前者的温度、寿命、湿度、不良率要求更高，这导致汽车芯片生产更难，其芯片的不可替代性，或者专属程度会更高。另外，汽车半导体玩家通常是IDM，这类厂商往往覆盖了设计、制造、封装、测试环节。这类重制造模式突出两个特点：第一，更传统的以欧美为主的玩家占据主流，晶圆代工厂针对汽车芯片代工的意愿比较差；第二，芯片采用更成熟的制程，由于新建产能的周期较长，产能限制也比较大，外包反而存在一定的风险。

半导体产业链企业集中度高

进一步观察，汽车芯片CR5的玩家和半导体行业CR5玩家存在较大的区别，这也是汽车芯片专属性的一个数据体现。

汽车行业融贯在大的半导体行业产业链中，从EDA设计软件，到半导体原材料，半导体设备制造，中游核心IC设计，晶圆制造，封装测试，下游分销和集成应用的环节。整个汽车半导体链路非常厂，其环节多且复杂。各环节玩家的集中度非常高，它们的不可替代性也比较强。全球区域分工的特征较明显，流转比较频繁。

在玩家集中度方面看，EDA软件设计类前三名玩家约占了全球70%的市场份额；半导体原材料则以日资、台资企业为主，前5大材料玩家的市场份额达85%；半导体设备环节，仅ASML一家就占了全球六成的市场份额，再加上尼康、佳能这两个日资企业，半导体设备环节的CR3就占据了全球接近100%的市场。

中游的芯片设计环节，全球前三的企业包括了英伟达、AMD、高通；晶圆制造环节，台积电开创了晶圆代工模式，也占据了全球约六成的代工能力，它在这一市场的占比达到90%；封测玩家的集中度相对较低，中国大陆有较好的企业代表，比如长电、通富，占据了约60%的份额。

总体而言，半导体产业链各个环节的代表玩家，大多数以欧美日台地区的企业为主，它们的集中度非常高。其实，全球半导体也经历了不同的发展阶段。在2000年以前，半导体市场以欧美为核心，主要是IDM企业为主导，后来代工模式逐渐兴起，该模式以日韩和中国台湾为核心。

半导体产业链供应风险长期存在

2020年以后，导致半导体产业链供应紧张的外部风险仍然会存在，主要分为三大类：政治风险，包括政策法规的限制、战争冲突等；环境风险，包括自然环境风险、卫生环境风险等；经济风险，包括宏观经济风险和社会风险。

在政治风险之下，政治要素的干预会长期存在。比如，中美在核心数据和先进技术上的竞争，在短期内不会有更友好的共赢的方向，所以可以预见，中国半导体产业链会在特定环节被“卡脖子”。另外，生产要素的流通也会随着地缘政治的争端扩大，而产生更多的供应危机。

把不同的风险沿着产业链上、中、下游进行分析，在晶圆制造和封装测试两个环节所面临的外部压力会更大一些，特别是晶圆制造和封装测试的政策压力，包括环境压力、社会风险都会比较敏感。

在晶圆代工领域，台积电是绝对的主导，而且台积电带动了联华电子等其他伙伴公司，也成为了全球晶圆代工的主要企业。在中国台湾地区，整个半导体产业在接受外资投资的过程中，不仅让台积电得到了一定的培养，而且也让其周边产业随之有溢出作用。需要警惕的是，现在很多企业搬离中国大陆，影响的不仅是企业本身，还会让该企业的外溢效应被随之带走。

OSAT纯封测的行业的集中度相对较低，中国大陆企业、东南亚企业在纯封测端有更多话语权。目前，中国在纯封测领域比较有发展前景，但先进制程制造环节相对来说仍较为薄弱。

当前，成熟制程的各类芯片都处于比较紧缺的状态，加大成熟制程的投资对缓解汽车产能紧缺非常重要，中国半导体行业仍然需要寻找方法去突破先进制程卡脖子的问题。

本文授权转载自《电子工程专辑》姊妹媒体《国际电子商情》