芯片危机启示录：一场重塑汽车商业模式的突变

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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