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芯片危机启示录:一场重塑汽车商业模式的突变

汽车行业作为国民经济中的重要支柱产业,汽车芯片的紧迫性远高于其他消费类芯片产品。
2021-11-12 10:11 · 微信公众号:锦缎 古月

缺芯自去年年底至今成为半导体行业*的话题,投资人每次调研公司问的*个问题必然就是“紧缺状况怎么样了?”;强如苹果和英伟达也因为缺芯不得不下调出货量预期。但到了2、3季度,不仅仅是芯片、电子企业,汽车厂商因为缺芯而减产甚至停工停产的消息屡屡登上热搜。

大众的*个疑问是汽车,这玩意儿居然还要用到芯片?早些年吉利的李书福认为造汽车就是四个轮子加沙发,自然也会有相当一部分人以为汽车就是轮子+发动机+油箱,现在的新能源汽车也无非是把发动机换成了电池,那要芯片作甚。退一步说,就算汽车用到所谓的芯片,怎么还会因为小小的芯片而停产,也算是活久见。

残酷的现实情况是,早在去年下半年开始,缺芯已经开始影响到下游多个行业,包括手机、电脑、智能家电等等,而被伤害最深的就是这所谓最不搭界的汽车行业。受到全球疫情影响,汽车销量在去年一季度跌到历史低点,好不容易等到需求端复苏,结果碰上缺芯,从卖不动到没货卖,汽车行业没有最惨,只有更惨。

今年全年汽车总产量的减产已经是板上钉钉的事情。根据伯恩斯坦咨询的预计,2021年全球范围内的汽车芯片短缺将造成200万至450万辆汽车产量的损失,相当于全球汽车年产量的近5%。

在当下时点,可以说汽车最缺芯的时候已经慢慢过去,所以当前讨论汽车缺芯*不在于推荐哪些公司因为芯片公司会因此股价暴涨(这个在2季度市场已然反映),也不是要去鞭尸汽车企业有多惨。而是从“汽车缺芯”这一黑天鹅事件,看到产业背后的深层次问题和研判未来行业变化的逻辑,因此重点落在启示。

本启示录将由以下四个部分依次展开:

汽车缺芯原因的全方位解析

启示1:重塑汽车商业模式的突变

启示2:汽车结构的历史性革新

启示3:汽车芯片的国产化紧迫性

汽车缺芯原因的全方位解析

【1】有悖常识,汽车从内到外都离不开芯片

芯片往往和高科技电子产品联系到一起,要么就是笔记本的CPU,要么就是智能手机里面的芯片,要么就是智能家居里的AI芯片。大家很难会将汽车和芯片放在一起讨论,毕竟汽车主要靠的是三大件,这些以速度论英雄的钢铁之躯怎么还要芯片?

万万没想到的是,汽车不仅需要芯片,而且需要很多。

其一,汽车上面的芯片价值量并不小,一台手机的所有芯片价值也就百美元量级,但是一辆汽车的所有芯片价值高达数百美元,新能源汽车还要更多;

其二,汽车上面的芯片种类繁多,一辆10多万的家用车就需要数百颗芯片。从胎压监测、天窗、车灯到倒车影像、倒车雷达再到EPS,统统都需要芯片,就连汽车的遥控钥匙,也离不开芯片。

轮子+沙发,是上上个世纪的汽车了。

图1:汽车芯片分布示意图,资料来源:方正证券

【2】疫情成为汽车缺芯导火索

因为突如其来的疫情,人们的日常出行被迫按下暂停键,导致2020年一季度汽车的需求跌到历史低点,新车卖不动,车企无奈砍掉了芯片的订单。但是到了下半年,当疫情蔓延态势逐渐得到有效控制后,汽车行业迎来快速回暖,其恢复速度远超车企预期。短短两三个月,到了9月份,当月的汽车销量已基本恢复到2019年同期水平。

图2:全球汽车产销量(万辆),资料来源:Marklines,中信证券

本来需求恢复是车企梦寐以求的事情,然而意想不到的事情出现了,按照行业一般情况,车企要在整车出货前5到6个月向芯片供应商下单;但是上半年他们已经砍掉了大部分芯片订单,这时候再回头来下单,时间上已经严重滞后,结果就是车企的芯片订单一窝蜂的到芯片厂来了,造车了订单拥堵。

由于汽车的供应系统相当成熟,芯片的全球产能也一直比较稳定,自然芯片厂无法满足车企临时性的大量订单。按照常规逻辑,芯片厂应该临时增加产能,可惜一条芯片晶圆产线的投资动辄数十亿元投资,并且还涉及众多产业链,从规划到晶圆生产,没有个2年的时间是不可能的,远水难解近渴。

所以就出现了文章开头的一幕,车企没有芯片无奈只能减产、停产。表面上看,疫情确实打乱了车企和芯片供应商的供需节奏,导致芯片供不应求,但是揭开表象之后我们发现,疫情不过是汽车缺芯的导火索,以下的三点可能才是本次缺芯真正的“大雷”。

图3:汽车芯片供应链关系示意图,资料来源:公开资料

【3】被扭曲的汽车供应链

有个公开的行业秘密是,传统汽车整车厂面对供应商的时候,极为强势。就拿上汽集团为例,从他们的应付账款和应收账款的悬殊,我们可以脑补其供应商的日子好不好过。

在《》一文中,我们有讲到传统车企将自身80%左右的精力放在供应链上面,誓把供应链做到*,汽车行业的Tier 1零部件供应商便是这个行业独有的产物。

作为*案例的是,丰田的“0库存”管理办法被业内奉为圭臬,国内车企争相效仿。严格意义上说,“0库存”管理并不是说完全没有库存,它由订单和需求来驱动生产方式,致力于消除供应链上面库存的浪费,使存货保持在非常低的水准,其实也属于精益生产方式的范畴。说人话就是,尽可能少的向供应商订货,*是订一台就卖出一台,达到用最小的资金占用量生产最多的产品。

正是基于“0库存”管理办法,让丰田汽车在供应链上面的成本长期低于同行,成为其核心竞争力之一。车企的这种产业链分工和“0库存”的强势管理办法,确实有效提高了价格竞争力,所以各大车企屡试不爽,但是对于“高贵”的芯片行业,再次沿用这种恃强凌弱的策略是迟早会暴雷的,这场疫情就成为了导火索。

图4:历年上汽集团的应付和应收账款(亿元),资料来源:公司年报

【4】芯片荒肆虐,汽车芯片显得微不足道

从行业整体看,从2020年初开始,全球芯片的需求就在增长,主要需求大户是智能手机。随着智能手机开启5G手机替换潮,其需要的芯片数量和产能相比4G手机都成倍的增长。叠加华为退出手机市场,使得手机厂商们都对华为让出的大蛋糕虎视眈眈,提前拉货芯片成为大家的共识,比如小米2020年的存货相比2019年增加了27.9%。

与此同时,疫情期间大幅度催生了笔记本、Pad、摄像头、耳机、服务器等与线上办公、线上教学相关的电子产品需求,它们也抢占了大部分芯片产能。当车企追加芯片订单的时候,芯片工厂门口的电子产品采购人员已经排起了长队,车企再急也只能先来后到慢慢排着。

雪上加霜的是,汽车业务在整个芯片代工部分本来就是微不足道,在台积电的营收中,汽车营收占比还不到5%,而且汽车业务毛利率在30%左右,无法跟手机芯片40%-50%的毛利相提并论,在产能吃紧的情况下,谁还顾得上汽车芯片,用行话说就是,你汽车订单本来就是填产能的。

最后的结果也就是行业无一幸免,自今年一季度以来,大众、丰田、通用、福特、本田、日产等数十家车企陆续宣布,因芯片短缺而暂停部分工厂的生产计划,甚至涉及到多款热销车型。这轮汽车芯片荒持续时间之长、范围之广,令人乍舌。

图5:2018-2021台积电营收中汽车占比,资料来源:Bloomberg,信达证券

【5】灾难的8英寸

生产芯片的主流晶圆尺寸有6英寸、8英寸和12英寸三种,从下图中我们看到,汽车芯片生产以8英寸晶圆为主。而在本轮缺芯潮中,8寸晶圆相对12寸就是重灾区。也就是说,毛利率并不高汽车芯片,还需要跟其他产品抢8英寸产能。

图6:2020年全球晶圆产能中汽车占比情况,资料来源:SEMI

【6】长短料的影响

汽车芯片的种类非常多,汽车芯片广泛应用于汽车的车身、仪表及信息娱乐、底盘、智能座舱等等,按照功能可分为四类:功能芯片、功率半导体、传感器芯片、主控芯片。

图7:汽车芯片类型,资料来源:锦缎研究院

正是由于种类多,只需要缺其中的某几颗关键芯片,汽车也无法交付。在这轮汽车缺芯潮中,最紧缺的芯片主要是MCU芯片,这也是汽车上最常见的芯片,从简单的车窗控制、座椅控制到ESP、ECU都离不开它,约占到汽车芯片总量的30%,一辆车需要几十到上百颗MCU芯片不等。

衍生出来一个问题,为什么最常见的芯片却是最缺的?

究其原因,MCU芯片生产主要在海外。今年2月份暴雪袭击美国,很多在德州的半导体工厂陷入瘫痪,三星、恩智浦、英飞凌等主要的芯片供应商,被迫减产停供;还有日本福岛县的地震,也使得日本瑞萨电子临时关闭自己的部分芯片工厂。

今年上半年以来,已有数十家芯片厂发布了涨价及调价公告,调价幅度甚至超过30%,缺货还要涨价,也难怪车企哀怨连天。然而,这还没结束,囤积居奇永远在紧缺的时候不会迟到,部分芯片经销商们玩起了当年“姜你军”、“蒜你狠”的把戏。哪款芯片最短缺,他们就炒哪款芯片,硬生生的把几美元的芯片炒高到几十美元,个别芯片甚至被炒到上百美元,最后相关部门不得不出面。

总而言之,疫情、需求错配、极端天气、倒爷囤货,所有的一切都在加剧汽车芯片的短缺。

启示1:一场重塑汽车商业模式的突变

首当其冲的是,车企推崇的“0库存”的管理已经无法适应汽车的发展。对于芯片这类零部件,虽然从价值量占比而言并不高,但是过于追求供应链成本给自己带来的反倒是更大的风险隐患。

与芯片代工合作需要更加开放。此前汽车芯片代工相对封闭,碰到突发情况,无法灵活应对,未来车企如何与更多芯片供应商平等合作,成为必须直面的问题。去年10月20号,吉利旗下的亿咖通科技与Arm中国共同成立的芯擎科技,主要围绕智能座舱、自动驾驶等汽车芯片领域的研发及量产;今年2月以来,长城汽车和上汽相继宣布与地平线达成战略合作。

最后,汽车芯片需要跟着芯片行业同步升级。现在汽车芯片主要还是用的8英寸产线,但从技术角度,8英寸相对于12英寸已是“过去式”;从经济效率角度,各大晶圆厂若同为购买全新设备,新建12英寸产线比8英寸产线效率更高,同等产能下前者的投入更低,他们没有理由再新建8英寸产能。

一言以蔽之,汽车需要放弃高高在上的姿态,和芯片行业需要形成更加紧密的共繁共荣的发展格局。

图8:历年全球8寸晶圆产能(百万片/月),资料来源:SEMI

启示2:汽车结构的历史性革新

【1】汽车双E架构新趋势

所谓汽车的双E架构,指的是车内电子电气系统的布局方案。最早这个概念是由美国德尔福公司在2007年提出的,该电气架构致力于为汽车厂商提供一体化电气系统布局方案,解决汽车的电气化发展。最初的双E架构是分布式架构,每个控制器针对一个功能,假设车型升级要多加一个功能,就增加一个控制器,简单快捷。

在机械定义汽车的阶段,因为电子电气元件并不多,分布式架构用起来还是游刃有余。随着汽车智能化水平提高,面对着电子电气元件爆发式增长,分布式架构开始措手不及。今天的汽车不仅要充沛的加速度还要能眼观四路、耳听八方,能够随时实现人机互动。

那么问题来了,这么多功能要实现,自然带来ECU(电子控制单元)的数量急剧增加;车内的线束复杂度上升;电气设备维护更新变得繁杂。怎么保证这些功能在使用过程不发生“拥堵”情况,在处理复杂的指令的时候,如何同时调用不同的ECU功能,快速反应?汽车电动化浪潮使得这个问题更加棘手。

这时候汽车双E新架构-集中式架构横空出世了,其逻辑是按照电子部件的功能将整车划分为几个域(比如动力总成域,车辆安全域,智能座舱域和智能驾驶域等),再采用有更加优秀处理能力的域控制器(DCU)对每个域进行统一控制。

集中式架构的出现使得整车功能集成度得到显著提高,单个ECU的作用被统筹管理整合,复杂的数据处理和控制功能被统一安排在DCU中,这个时候ECU更多的是在执行DCU的命令。简单比喻来说,以前是单兵单线作战,各顾各的,碰到复杂任务无能为力,现在是统一指挥,并且分成步兵、骑兵等不同兵种,有组织的执行不同的命令。

展望未来,人们对汽车的智能化需求越来越多,汽车接收和分析处理的信号变得更加复杂,汽车双E架构还会向多域控制器MDC演化。得益于汽车双E架构新趋势,控制器的集成和域控制器的引入将同步影响芯片市场,DCU、ECU及其他电子设备将进一步发展。

图9:博世提出的汽车电气架构新趋势,资料来源:博世官网

在传统燃油汽车市场,汽车配置的芯片数量和类型已经比较稳定,但是在电动车上面,其芯片用量和种类都大幅度提升。一辆电动车需要的芯片大约是同级别燃油车的2倍。根据英飞凌的数据,从燃油车到电动车,单车半导体价值量将从457美元提升至834美元。

图10:电气化带来单车半导体含量会快速提升,资料来源:英飞凌

更进一步的看,汽车正在进入智能化的下半场,软件定义汽车成为未来发展趋势,智能座舱、自动驾驶的发展对芯片的需求和要求不断升级,芯片带来的单车价值量还会再次提升,小小的芯片已然成为汽车的核心部件。

图11:电子化/智能化带来单车半导体含量会快速提升,资料来源:英飞凌

【2】芯片在双E结构中扮演核心角色

现代汽车工业发展几十年,发动机、变速箱、底盘一直作为核心部件对待,芯片只是汽车上面很渺小的一部分,所以在传统汽车的产业链中,车企不会涉足芯片,甚至不会直接跟代工厂接触,直接向Tier1下单。

今天的智能汽车时代,三电系统取代传统三大件成为汽车动力核心,芯片成为汽车新大脑。同时汽车电子电气架构的变革,原来车企与Tier1的供应关系已经无法适应。结果就是越来越多有研发实力的车企,开始布局芯片,参与芯片设计、制造。特斯拉已经为全球车企树立了一个标杆。

未来的汽车芯片要求功耗更低,性能更高,带来制程的要求也更高。现在越来越多的消费电子龙头切入汽车芯片:英特尔收购Mobileye进军汽车自动驾驶芯片、高通布局智能座舱芯片、英伟达发布自动驾驶芯片、华为推出智能驾驶计算平台、百度自研昆仑芯片。

启示3:汽车芯片的国产化紧迫性

【1】中国汽车工业大而不强,汽车芯片缺失是重要因素

回顾汽车产业的过去四十多年,从以市场换技术到合资建厂再到自主品牌崛起,中国汽车工业做大的目标已经实现:我国汽车产量占全球汽车总产量的32.5%,是世界*大汽车生产国。但是汽车工业做强的梦想还没实现,芯片自给能力的缺失便是汽车工业大而不强的缩影。

图12:2020年全球汽车产量Top15地区,资料来源:Wind

虽然国内也有不少汽车芯片厂商,但主要集中于中低端器件,高端产品仍高度依赖海外大厂,总体来看,我国超过90%的汽车芯片依赖进口。从全球格局看,海外头部五家企业占据了全球50%的汽车芯片市场份额,芯片行业几乎被海外头部巨头垄断。

如今中国汽车工业换道到新能源汽车后,虽然摆脱了发动机、变速箱、底盘这三大件的落后局面,当芯片突然又成为难以绕过的又一高地。未来在智能汽车时代,芯片的重要性凸显,如果现在不去改变,那么汽车芯片长期以来依赖进口的矛盾会日益严重。

另外,汽车由于极度强调安全性,所以也基本是认证壁垒最高的门类,目前汽车芯片的车规级认证主要依据由美国汽车电子协会提出的AEC-Q认证标准,其认证周期长、费用高昂。要想在认证方面同样不再受制于人,适时建立国内车规级芯片标准体系和认证测试能力也是十分必要。

图13:2019年全球汽车芯片被海外巨头垄断,资料来源:ICVTank,前瞻网

【2】历史级别缺芯敲响加速国产化的警钟

面对全球疫情肆虐,我国众多产业迅速恢复疫前水平,尤其是新能源汽车领域,逆市同比增长10.9%。不过面对缺芯的被动局面,我们目前还真的无能为力。

必须引起重视的是,汽车行业作为国民经济中的重要支柱产业,汽车芯片的紧迫性远高于其他消费类芯片产品。2020年我国乘用车销售2017.8万辆,单论汽车类零售总额就占到社会消费品零售总额的10.1%。加上汽车工业的产业链极长,涉及铝材、钢材、塑料、橡胶、玻璃、半导体等,汽车工业的产值在工业总产值中占有相当大的比重。

经过蔓延全球的缺芯事件,各国也开始重视汽车芯片产业:2021年2月,欧盟19国公布新的芯片战略;2021年2月25日,美国总统拜登表示,他将为强化美国芯片生产的立法寻求370亿美金资金,借以大力强化美国芯片生产。

回到国内,其实我们国家一直十分重视半导体产业,自2003年开始,教育部设立集成电路设计与集成系统专业;到了2012年,又在普通高等学校本科专业目录中将其调整为特设专业,重在培养芯片相关人才;2018年华为事件直接拉开了芯片轰轰烈烈国产化的序幕。

然而芯片行业的赶超不是一朝一夕之事,尤其是汽车芯片。当前,国内的芯片企业也趁着这波缺货,开始啃汽车芯片这块硬骨头,代表上市公司有斯达半导、韦尔股份、兆易创新、北京君正、士兰微、中颖电子全志科技、紫光国微等等,他们要么已经加大汽车芯片的国产替代,要么正在加大汽车芯片的设计、认证流程。

有句话说得好,危机往往是转机,我们拭目以待。

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