Även om vissa bilföretag påpekade att problemet med chipbrist kommer att förbättras under andra halvan av 2021, har OEM-tillverkarna ökat sina inköp och en spelmentalitet med varandra, i kombination med tillgången på mogen produktionskapacitet för bilchip. Företagen befinner sig fortfarande i ett skede av att utöka produktionskapaciteten, och den nuvarande globala marknaden påverkas fortfarande allvarligt av bristen på kärnor.
Samtidigt, med den accelererade omvandlingen av bilindustrin mot elektrifiering och intelligens, kommer även den industriella chipförsörjningskedjan att genomgå dramatiska förändringar.
1. Smärtan av MCU under bristen på kärna
Om man nu ser tillbaka på bristen på kärnor som började i slutet av 2020 är utbrottet utan tvekan den främsta orsaken till obalansen mellan utbud och efterfrågan på bilchips. Även om en grov analys av applikationsstrukturen för globala MCU-chip (mikrokontroller) visar att distributionen av MCU:er inom bilelektronikapplikationer från 2019 till 2020 kommer att uppta 33 % av marknaden för nedströmsapplikationer, har det jämfört med fjärrkontor online. När det gäller uppströmschipdesigners har chipgjuterier och förpacknings- och testföretag allvarligt drabbats av problem som nedstängningen av epidemin.
Chiptillverkningsanläggningar som tillhör arbetsintensiva industrier kommer att drabbas av allvarlig arbetskraftsbrist och dålig kapitalomsättning under 2020. Efter att den uppströms chipdesignen har omvandlats till bilföretagens behov har den inte kunnat schemalägga produktionen fullt ut, vilket gör det svårt för chipen att levereras till full kapacitet. I bilfabrikernas händer uppstår en situation med otillräcklig fordonsproduktionskapacitet.
I augusti förra året tvingades STMicroelectronics fabrik i Muar, Malaysia, stänga ner vissa fabriker på grund av den nya kronepidemins effekter, och nedstängningen ledde direkt till att leveranserna av chips till Bosch ESP/IPB, VCU, TCU och andra system befann sig i ett tillstånd av leveransavbrott under en längre tid.
Dessutom kommer de åtföljande naturkatastroferna, såsom jordbävningar och bränder, under 2021 att leda till att vissa tillverkare inte kan producera på kort sikt. I februari förra året orsakade jordbävningen allvarliga skador på japanska Renesas Electronics, en av världens största chipleverantörer.
Bilföretagens felbedömning av efterfrågan på bilchips, i kombination med det faktum att uppströmsfabrikerna har omvandlat produktionskapaciteten av bilchips till konsumentchips för att garantera materialkostnaden, har resulterat i att det råder allvarlig brist på MCU och CIS som har den största överlappningen mellan bilchips och vanliga elektroniska produkter (CMOS-bildsensor).
Tekniskt sett finns det minst 40 typer av traditionella halvledarkomponenter för fordon, och det totala antalet cyklar som används är 500–600, vilka huvudsakligen inkluderar MCU, krafthalvledare (IGBT, MOSFET, etc.), sensorer och olika analoga enheter. Även autonoma fordon kommer att använda en serie produkter som ADAS-hjälpkretsar, CIS, AI-processorer, lidarer, millimetervågsradarer och MEMS.
Enligt efterfrågan på fordon är det som drabbas hårdast av denna kärnbristkris att en traditionell bil behöver mer än 70 MCU-chip, och bilens MCU är ESP (Electronic Stability Program System) och ECU (huvudkomponenter i fordonets huvudstyrchip). Med tanke på den främsta orsaken till nedgången för Haval H6, som Great Wall angett många gånger sedan förra året, sa Great Wall att den kraftiga försäljningsnedgången för H6 på många månader berodde på otillräckligt utbud av Bosch ESP som de använde. De tidigare populära Euler Black Cat och White Cat tillkännagav också ett tillfälligt produktionsstopp i mars i år på grund av problem som minskad ESP-utbud och höjningar av chippriserna.
Pinsamt nog, även om bilchipfabriker bygger och möjliggör nya waferproduktionslinjer under 2021, och försöker överföra processen för bilchip till den gamla produktionslinjen och den nya 12-tums produktionslinjen i framtiden, för att öka produktionskapaciteten och uppnå stordriftsfördelar, är leveranscykeln för halvledarutrustning ofta mer än ett halvår. Dessutom tar det lång tid för justering av produktionslinjen, produktverifiering och förbättring av produktionskapaciteten, vilket gör att den nya produktionskapaciteten sannolikt kommer att vara effektiv under 2023-2024.
Det är värt att nämna att även om trycket har varat länge, är biltillverkarna fortfarande optimistiska om marknaden. Och den nya chipproduktionskapaciteten är avsedd att lösa den nuvarande största chipproduktionskapacitetskrisen i framtiden.
2. Nytt slagfält under elektrisk intelligens
För bilindustrin kan dock en lösning på den nuvarande chipkrisen bara lösa det akuta behovet av den nuvarande asymmetrin mellan utbud och efterfrågan på marknaden. Inför omvandlingen av el- och intelligenta industrier kommer utbudstrycket på bilchip bara att öka exponentiellt i framtiden.
Med den ökande efterfrågan på fordonsintegrerad styrning av elektrifierade produkter, och i samband med FOTA-uppgraderingen och automatisk körning, har antalet chip för nya energifordon uppgraderats från 500-600 i bränslefordonseran till 1 000 till 1 200. Antalet arter har också ökat från 40 till 150.
Vissa experter inom bilindustrin har sagt att antalet chips för enskilda fordon inom avancerade smarta elfordon i framtiden kommer att öka flera gånger till mer än 3 000 enheter, och andelen halvledare för fordon av materialkostnaden för hela fordonet kommer att öka från 4 % år 2019 till 12 % år 2025 och kan öka till 20 % år 2030. Detta innebär inte bara att efterfrågan på chips för fordon ökar i en tid präglad av elektrisk intelligens, utan det återspeglar också den snabba ökningen av de tekniska svårigheterna och kostnaden för chips som krävs för fordon.
Till skillnad från traditionella OEM-tillverkare, där 70 % av chippen för bränslefordon är 40–45 nm och 25 % är lågspecifikationschip över 45 nm, har andelen chips i 40–45 nm-processen för vanliga och avancerade elfordon på marknaden sjunkit till 25 %. 45 %, medan andelen chips över 45 nm-processen bara är 5 %. Ur teknisk synvinkel är mogna avancerade processchip under 40 nm och mer avancerade 10 nm- och 7 nm-processchip utan tvekan nya konkurrensområden i bilindustrins nya era.
Enligt en undersökningsrapport som släpptes av Hushan Capital 2019 har andelen krafthalvledare i hela fordonet snabbt ökat från 21 % under bränslefordonseran till 55 %, medan MCU-chips har minskat från 23 % till 11 %.
Den expanderande chipproduktionskapaciteten som olika tillverkare uppger är dock fortfarande mestadels begränsad till de traditionella MCU-chip som för närvarande ansvarar för motor-/chassi-/karossstyrning.
För elektriska intelligenta fordon har AI-chips som ansvarar för uppfattning och fusion av autonom körning; kraftmoduler som IGBT (insulated gate dual transistor) som ansvarar för effektomvandling; sensorchips för radarövervakning för autonom körning har kraftigt ökat efterfrågan. Det kommer sannolikt att bli en ny omgång av "brist på kärna"-problem som biltillverkare kommer att möta i nästa steg.
Men i det nya skedet är det kanske inte produktionskapacitetsproblemet som störs av externa faktorer som hindrar bilföretagen, utan chipets "fastnade hals" som begränsas av den tekniska sidan.
Om man tar efterfrågan på AI-chips som intelligens medför som exempel, har beräkningsvolymen för autonom körningsprogramvara redan nått tvåsiffriga TOPS-nivåer (biljoner operationer per sekund), och beräkningskraften hos traditionella mikrokontroller för fordon kan knappast uppfylla beräkningskraven för autonoma fordon. AI-chips som GPU:er, FPGA:er och ASIC:er har kommit in på fordonsmarknaden.
Under första halvåret förra året tillkännagav Horizon officiellt att deras tredje generationens fordonsprodukt, Journey 5-seriens chip, officiellt släpptes. Enligt officiella uppgifter har Journey 5-seriens chip en datorkraft på 96TOPS, en strömförbrukning på 20W och ett energieffektivitetsförhållande på 4,8TOPS/W. Jämfört med 16nm-processtekniken i FSD-chippet (fully autonomous driving function) som släpptes av Tesla 2019, har parametrarna för ett enda chip med en datorkraft på 72TOPS, en strömförbrukning på 36W och ett energieffektivitetsförhållande på 2TOPS/W förbättrats avsevärt. Denna prestation har också vunnit gunst och samarbete från många bilföretag, inklusive SAIC, BYD, Great Wall Motor, Chery och Ideal.
Intelligent driven har utvecklingen inom branschen varit extremt snabb. Med början från Teslas FSD är utvecklingen av AI-styrchips som att öppna en Pandoras ask. Strax efter Journey 5 släppte NVIDIA snabbt Orin-chippet, som kommer att vara ett enda chip. Datorkraften har ökat till 254 TOPS. När det gäller tekniska reserver förhandsvisade Nvidia till och med ett Atlan SoC-chip med en enda datorkraft på upp till 1000 TOPS för allmänheten förra året. För närvarande har NVIDIA en stark monopolställning på GPU-marknaden för huvudstyrchips för fordonsindustrin och bibehåller en marknadsandel på 70 % året runt.
Även om mobiltelefonjätten Huaweis inträde i bilindustrin har utlöst konkurrensvågor inom bilchipindustrin, är det välkänt att Huawei, under påverkan av externa faktorer, har stor designerfarenhet av 7nm-process-SoC, men kan inte hjälpa de ledande chiptillverkarna att marknadsföra sig.
Forskningsinstitutioner spekulerar i att värdet på AI-chipcyklar ökar snabbt från 100 USD år 2019 till över 1 000 USD år 2025. Samtidigt kommer den inhemska marknaden för AI-chip för bilar också att öka från 900 miljoner USD år 2019 till 91 miljoner USD år 2025. Ett hundra miljoner USD. Den snabba tillväxten av marknadsefterfrågan och det tekniska monopolet på högkvalitativa chips kommer utan tvekan att göra den framtida intelligenta utvecklingen av bilföretag ännu svårare.
I likhet med efterfrågan på AI-chipmarknaden har IGBT, som en viktig halvledarkomponent (inklusive chips, isolerande substrat, terminaler och andra material) i nya energifordon med en kostnadskvot på upp till 8–10 %, också en djupgående inverkan på bilindustrins framtida utveckling. Även om inhemska företag som BYD, Star Semiconductor och Silan Microelectronics har börjat leverera IGBT:er till inhemska bilföretag, är IGBT-produktionskapaciteten för de ovan nämnda företagen för närvarande fortfarande begränsad av företagens storlek, vilket gör det svårt att täcka den snabbt växande inhemska marknadstillväxten för nya energikällor.
Den goda nyheten är att inför nästa steg där SiC ersätter IGBT:er ligger kinesiska företag inte långt efter i utformningen, och att utöka SiC-design- och produktionskapaciteten baserat på IGBT:s FoU-kapacitet så snart som möjligt förväntas hjälpa bilföretag och teknologier. Tillverkare får en fördel i nästa steg av konkurrensen.
3. Yunyi Semiconductor, kärnintelligent tillverkning
Inför bristen på chip inom bilindustrin är Yunyi engagerade i att lösa leveransproblemet av halvledarmaterial för kunder inom bilindustrin. Om du vill veta mer om Yunyi Semiconductor-tillbehör och göra en förfrågan, vänligen klicka på länken:https://www.yunyi-china.net/semiconductor/.
Publiceringstid: 25 mars 2022