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题主的观察够深入的。也确实戳到了汽车行业的痛点上了。
当前环境分明就是这样啊:
明明手机每年卖掉十几亿台,而汽车销量不过八千万;
明明手机换代快每年出新款,而汽车动辄五年才换代;
明明手机对芯片性能要求高,而汽车通常不能打游戏。
说到这,本菌就根据自己的认识,来说说自己的观点。
我们首先要确信的是, 手机芯片与汽车芯片之间,确实是没有本质区别的 。并且在现阶段,消费者对手机性能的要求越来越高,促使手机芯片长期保持摩尔定律的速度迭代发展。
一方面,手机已经成为当前市场占有率最高的一种智能设备,也是依赖度最高的设备,很多人第一也是唯一的互联终端就是智能手机;一方面是人们对手机的依赖不单是打电话、发消息,而更多的还有追剧、打游戏。手机总不能连高清电影都看不了、打游戏都卡顿吧。而与此同时,手机芯片还被设计地更加小巧、功耗散热都更少。
当前,手机行业芯片供应保持稳定,去年被炒到天价的显卡市场,在进入2022年以来一再疲软,价格也一降再降,存储器市场价格也逐渐走低、趋于稳定。这样看来, 我们其实并不缺少性能足够高、质量有保障的芯片产品 。
那么为什么汽车芯片却持续缺货呢?就连华为余承东也在公开场合吐槽汽车芯片太贵。本菌也对余总开口抱怨这事儿表达过自己的观点。
显然,这一次我们不能再把锅甩给疫情、甩给日本地震、甩给芯片工厂发生的火灾、甩给地缘间的政治斗争了。这一次本菌就来谈谈汽车芯片的一些事儿,或许就能解答大伙心头上的疑问。
首先,汽车与手机对芯片的需求有哪些差异?
在余承东吐槽事件中,本菌曾提到过各领域对芯片要求的排序:
航天芯片>军工芯片>车规芯片>工业芯片>消费芯片
可不要小看了这个排序,汽车对芯片的要求确实是高于工业,高于手机、电视等消费类数码电器产品的。
排在最前的是航天芯片,原因想必不用多说,总不能因为某一块芯片故障,在发射和运行过程中给它按下暂停键,给工程师留出时间去检修、OTA升级吧?
换做汽车也是差不多的道理。汽车常年在马路上飞驰,就要保证零件的故障率是足够的低的,有些车是作为纯粹的生产工具,不管是乡间地头的粉尘、雨天的湿气、夏季的暴晒、冬季的寒冷,芯片以及其他零部件都得能经受住这些考验、保证正常工作。
所以,相比手机芯片而言, 车规芯片对可靠性的要求会更高一些 。
至于性能方面的需求,除去车机娱乐系统在播放高清电影、自动驾驶系统对传感器数据运算两个部分对芯片算力有比较高的要求外,其他如电动车门/车窗控制、发动机/变速箱控制等,对芯片的算力要求并没有很高,有算力要求的也可以通过多加一倍的料补齐,所以对芯片制程工艺的要求也就没那么高了。这与日渐轻薄,却对性能要求越来越高的手机芯片截然相反,要不然咱也别再要求MOVer一味追4k、高刷屏?
通过一组数字还可以发现车规芯片与手机芯片的制程异同:
我们经常在手机宣传广告上看到的芯片制程工艺,如14nm、7nm,这指的是芯片上的晶体管栅极宽度的大小,数字越小则可以将晶体管的密度做的越大, 芯片功耗将会越低、性能越高。
当前手机产品已经普及了7nm工艺,比如高通的8系列和7系列旗舰和高性能芯片,海思也实现了技术突破,用上了7nm制程,14nm芯片产品已经沦落到只能用于千元级的低档机型,比如高通625,联发科甚至已经率先量产了5nm制程的芯片。而目前,汽车上常用芯片的工艺制程仍旧以40-90nm工艺为主。
在芯片性能以摩尔定律飞速发展的时期就不能小看制程工艺的作用了。举个栗子,如果同样使用一块300mm直径的晶圆,在16nm工艺下如果可以做出100块芯片,在10nm工艺则可以做出210块芯片。
显而易见,先进制程工艺不光能省料,还能获得高性能,只不过回到可靠性的刚需上,汽车芯片目前仍然以高制程为主。
其次,汽车缺芯,缺的是什么?
我们首先要了解一下芯片都有哪些分类。同其他领域芯片相类似,汽车芯片也可以 按照功能划分为微处理器(MCU)、功率半导体IGBT、传感器(包括摄像头、雷达等)、存储器、通信芯片这几大类 。
按数量计,这其中 汽车需求量最大的是MCU 。MCU就是那种对性能要求不高、却有数量刚需的芯片类型。相反,对算力要求比较高的芯片,通常对数量的需求却没有很多。比如前不久很多汽车品牌极力推广的高通8155芯片;特斯拉初代自研的FSD也仅仅使用了2颗14nm制程的英特尔Atom车规芯片,现在换成了AMD。
有研究机构做过统计, 主控芯片MCU、功率类电源芯片和驱动芯片三类芯片在缺芯占比高达3/4 。本菌查询了业内普遍认可的预测数字:目前传统汽车控制器数量约为40~70个/辆,芯片400~700个/辆, 新能源车则至少要增加20%的需求量 。
暂不说汽车的智能化、纯电化对芯片数量的增加,配置的进一步增加也对芯片增加了数量要求。还记得保时捷遭车主维权的事件吗?起因无非就是保时捷想要「赖」掉电动转向柱调节系统上的MCU。
再次,哪些企业控制了汽车芯片市场?
车规芯片市场同样遵循设计与制造分离的模式,并且也是典型的寡头垄断市场, 排名前5位的恩智浦、英飞凌、瑞萨电子、意法半导体和德州仪器均为芯片设计公司,它们垄断了50%的车规芯片市场,全球前7位的MCU供应商甚至垄断了98%的车规MCU 。
而芯片制造龙头企业 台积电垄断了车规MCU约70%的市场份额 。但尽管这样,由于全球汽车总销量远小于手机市场的缘故, 车规业务仅仅占台积电总收入的3% 。而因为车规芯片高制程导致生产效率低、单颗芯片成本高,在先进制程不断迭代的影响下, 车规芯片难以获得规模经济效应,生产企业通常会主动放弃这样的市场 。
最后,如在上一个回答中所言,汽车行业自身发展也是加速汽车行业缺芯的元凶之一。
在芯片行业先后经历新冠疫情、日本大地震、芯片制造工厂火灾、主要经济体间的政治斗争前,汽车行业就已经朝向智能化+电动化加速发展了。这带动整体产业价值链构成的转型升级,汽车芯片数量和重要性指标都加倍增长, 有业内人士预计到2030年,半导体成本将达到整车成本的一半。
当然,比亚迪微电子、闻泰科技、中车时代、士兰微、华润微电子、瑞芯微、华大半导体、海思半导体、兆易创新等国内芯片设计、生产厂商正在加速布局和技术突破,进入这个竞争残酷的市场。只不过,我们仍要希望他们不要步国内的早期芯片厂商的后尘。
毕竟在早年间,华为的任正非就曾给展讯这样的评价:「 这帮海归技术不错,但不懂市场。 」
一名芯片行业老专家也曾在接受媒体采访时强调,「 集成电路是实体行业,不是互联网经济,在各种会议上放狠话、放卫星这种模式,是行不通的。 」
而高通创始人艾文·雅各布斯早在 20 世纪 60 年代就提前布局了 CDMA 研发,这才成就了几十年后的智能手机芯片霸主。
换言之,芯片搞不来大跃进,产业贫血才是导致行业综合性发育不良的罪魁祸首。
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按当下公认的28nm及以上属于成熟工艺算,如果将7nm级别的芯片比作年轻的小娘子,汽车芯片简直连熟妇都算不上,得算得上跳广场舞的大妈。
汽车芯片是很成熟的工艺,从下表可以看到。
汽车芯片的工艺尚处8英寸、90nm-0.13um的水平。
按当下公认的28nm及以上属于成熟工艺算,如果将7nm级别的芯片比作年轻的小娘子,汽车芯片简直连熟妇都算不上,得算得上跳广场舞的大妈。
不过,有一条铁律一定要铭记。
你可以不喜欢大妈,但绝不能不尊敬大妈,否则后果很严重 。
不管是8年前打爆华尔街。
还是举报罪犯,维护社会秩序。
都少不了大妈的身影。
所以,汽车芯片就是在不经意间打了一个措手不及。
2018年以来,全球汽车产量一直在下滑,因此对于汽车芯片的需求大伙不会有什么太多乐观的期待,继续混口饭吃罢了。
至于那个扰动大家心弦的新能源汽车,也是2020年下半年才火起来。
2020年上半年受疫情影响,很多汽车厂减产的减产、停工的停工,可没有当下这股子神气劲。
与此同时,全球范围内远程办公的普及,人们不得已宅在家中,导致网购大幅度发展、笔记本、游戏机等电子产品畅销。
一方面是不景气的汽车芯片产线,一方面是迫在眉睫的游戏机、笔记本等芯片的需求,作为晶圆厂自然有动力把生产线改造改造去生产紧缺的芯片。
可谁想,时间进入下半年,新能源车一下子火起来了。
一辆EV的半导体使用量是一辆汽油车的两倍 ,这玩意对芯片的需求还比传统燃油车高出不少。
汽车厂举目四望,昔日的的产线不少被改造了。
更无奈的是,尽管汽车芯片技术水平不高,但质量要求超高!
手机芯片的不良率都可以接受200ppm(百万分之200),也就是是万分之2,然而汽车芯片的不良率要去不高于1ppm,也就是百万分之1!
实际上,真正的不良率要求是0!
据瑞萨那珂工厂的从事车载半导体生产的技术人员透露,汽车厂家岂止是要求一百万分之一,而是要求“不良率为零”!哪怕一个小小的车载半导体发生作业不良,就可能引起交通事故、导致人员死亡。因此,必须保证“零不良率”!无论是生产100万个产品、还是生产1,000万个产品,都要保证100%良率!因此,不存在“不良率ppm”这一定义。必须要“零不良率”。
于是乎,为了做到这“苛刻”的要去,汽车厂不得的做产线认定,就是深度参与芯片厂的生产线建设,直至符合自己的要求,然后一直用这家芯片厂这条生产线生产出来的芯片,不会瞎换。
比如2011年日本大地震,受到丰田汽车“产线认定”的瑞萨那珂工厂因大地震而受灾,大批生产设备遭到破坏、洁净室的墙壁上也出现了裂痕,直接导致瑞萨的那珂工厂无法再为丰田生产ECU,且丰田无法生产油电混合汽车“普锐斯(PRIUS)”。
最终,丰田和电装为了支援瑞萨那珂工厂的复原,派送了约2,500名员工。当时,丰田的ECU在瑞萨那珂工厂的8英寸产线上由0.18um工艺生产。除了那珂工厂,瑞萨的西条工厂、滋贺工厂、川尻工厂、新加坡工厂等都有0.18um的8英寸产线,都可以代替那珂工厂生产。
然而,瑞萨和丰田都不打算由其他工厂代替生产,坚持复原受灾的那珂工厂。听说其理由是“产线认定”。即,如果在那珂工厂以外的其他工厂为丰田生产ECU,需要再次进行“产线认定”,又要花费半年-—一年的时间。因此,他们认为修复那珂工厂受灾的产线比新的“产线认定”花费的时间更短。
如此一来,每当要生产信赖性极高的车载半导体时,汽车厂家就规定必须花费半年—一年的时间进行“产线认定”。此外,即使半导体工厂发生问题,也不会轻易地转移到其他半导体工厂生产。
正因为上述原因,汽车芯片从去年下半年开始就“突然”缺货了,一时半会还不好解决。