卖白菜的黄老板

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2021-07-05

缺芯,它其实是一种病

  1. 芯片
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进入 2021 年,新能源汽车产业的发展速度比很多人预期更快,终端零售市场的渗透率也进一步扩大,但自从去年年底,汽车行业爆出缺芯现象以来,时至今日这个现象始终贯穿汽车行业。

多家车企仍表示缺芯现象依旧还在持续。在这之中又发生了什么,带着这样的疑问,我参加了 6 月 29—30 日的中国汽车半导体大会,试图找到答案。

抢购荒

「我 X,其实现在芯片产能和需求差距没那么大,最多也就是相差 10%,主要是大家都被整怕了,都在恐慌性囤货。」在午餐时间,我与一名业内资深的研发副总裁交谈时,这是他发出的感慨。

据他介绍,其实 SOC 芯片是不太缺的,缺的主要是 MCU 芯片,现在整个行业对于 MCU 芯片的态度是哪里有芯片,车企和供应商们就去哪里扫货,导致很多芯片价格都翻了几倍,这也让缺芯现象进一步加剧。

这一说法在马一龙的推特上,也可以找到依据,他曾经在回复一位用户的留言时提到,车企们抢购芯片就好像疫情初期时,美国人杀进超市疯狂抢购卫生纸一般。

这里关于 MCU 芯片稍微介绍一下,MCU 也叫微控制器,当然俗称是单片机。与 MPU 微处理器以及 SOC 系统芯片不同的是,MCU 是把 CPU 的频率与规格做适当缩减,并将内存、计数器、USB、A/D 转换、UART、PLC、DMA 等周边接口,甚至 LCD 驱动电路都整合在单一芯片上,形成芯片级的计算机,为不同的应用场合做不同组合控制。除了汽车电子以外,还有例如手机、PC 外围、遥控器、机器手臂的控制等,都会用到 MCU 芯片。

坦率地说,MCU 芯片在半导体行业实在谈不上「高级」,但就是这么一种比较基础的芯片,为什么会出现长时间短缺的现象?

发生了什么?

当然,追溯这件事情的起源,还是由于去年的疫情影响。很多汽车供应链的客户在 2020 年二季度削减了对台积电采购的芯片订单,于是台积电也缩减了 8 英寸晶圆订单,更多地采购 12 英寸晶圆,用于专注生产「消费电子」以及「高性能芯片」的订单。

汽车订单的减少,对于台积电来这也不见得是坏事。因为根据 2020 年台积电公布的销售情况来看,汽车芯片只占了他们整体收入的 3%,其余是消费电子的 48% 以及高性能芯片的 33%,很明显需求更加旺盛的消费电子以及高性能芯片才是台积电的主要收入来源。在汽车行业出现芯片短缺苗头的时候,台积电总裁魏哲家也只是较为「场面」的提到「若能扩大芯片制造产能,将优先制造汽车芯片。」

台积电不温不火的态度,其实比较正常。因为车规级芯片会比传统的工业类和消费类的芯片更加严苛,消费类芯片只需要考虑三年的生命周期,因为在三年之后可能就换代了。但是车规级芯片则必须要维持十年以上的生产周期,还有 20 万公里的设计寿命要求,温湿度要求都跟消费类电子不一样,而且产品良率还要高。同时由于高度定制化,单品产量又低。简单来说就是,活累,钱少,要求还高。其实对于台积电这种芯片制造商来说,造车规级芯片,就意味着同样的精力、同样产能投入到了收益更低的事情上。

当然这样的情况,让德国人简直坐立难安。于是德国经济部长 Peter Altmaier 致函湾湾,呼吁他们提供车用芯片供给,并特别点名要向占据世界超过 50% 芯片制造份额的台积电传递这个讯息。

于是一番谈话之后,台积电也一改之前的态度,开始了「视金钱如粪土」的人设。当时台积电对外表示「我们将持续与汽车电子客户保持紧密合作,确保支援产能需求」。当然台积电不仅是说说而已的,其实在 2020 年第四季度,台积电的汽车芯片出货量就已经比三季度上升了 27%。

正是因为这样的背景,加上半导体行业制造周期的推算,在这之前行业内不少人普遍认为在今年 3 季度缺芯现象会有所缓解。只不过大家猜中了产能恢复的时间,却忽视了市场经济中由于竞争性与盲目性引发的芯片抢购潮。

我认为虽然汽车产业中的半导体需求量与消费类电子的体量相比,实在是「小巫见大巫」,但是因为汽车整个产业链条辐射到的其他行业众多,这意味着对拉动 GDP 作用力巨大。假如因为芯片缺乏而导致了汽车行业的发展受限,我相信没有政府愿意看到这样的现象发生。去年底台积电对于车规级芯片的先后态度足以说明这一切。

回到 MCU 芯片的供应情况来说,我认为虽然当下依旧是有缺口,但好在产能已经跟上,恢复正常供应只是时间问题。一位熟悉理想汽车供应链体系的人士提到,理想 ONE 之所以预计 9 月份月销可以达到 1 万台,就是因为受到了芯片供应的影响,导致供应链产能有限,否则他们的目标可以稍微的再激进一点。言下之意就是,预计到了第三季度末的时候,随着芯片产能趋于稳定,那么各车企之间的芯片抢夺战也不至于如此激烈,到那个时候行业内的缺芯现象会进一步缓解。

同时他还提到,由于这几年自动驾驶概念的兴起,再加上今年随着越来越多的传统车企以及科技公司转型到智能电动车的跑道来,让原先相对小众的汽车行业,开始在半导体行业除了 MCU 以外,对 SOC 芯片的需求量也在逐步增大。

这一观点与华为海思战略与业务发展部部长鲍海森的发言有类似之处,鲍海森同样认为未来汽车芯片市场中 SOC 类芯片将会有更大的市场空间。而在这其中主要有三类芯片。一是座舱类的芯片,到 2025 年预计能达到将近 29 亿美金的市场规模。二是 ADAS 芯片,2025 年预计渗透率可以接近 70%。第三类则是以 MCU 为主的传统芯片。

分久必合

当然本次大会,除了芯片半导体的话题,最让我感兴趣的话题还是多位演讲嘉宾提到的汽车域控制器架构的未来发展趋势,现在整个行业都比较认同汽车 EE 架构会从分布式架构到集中式架构进行演变。

这是因为在早期半导体技术受到制约,同时由于车规级芯片认证标准高、时间周期长等原因,导致车用芯片普遍采用成熟制程工艺,而结果就是芯片算力普遍不会太高。这会使得汽车 EE 架构必须要采用分布式,因为也没有算力更强的 SOC 芯片可以去做功能整合。

另外一方面,随着车子电子化程度越来越高以及辅助驾驶、主动安全等功能的增加,车子的 ECU 的数量呈几何倍增加,例如 2005 年的 BMW 7 系的 ECU 已经达到了 65 个,到了 2010 年,奥迪 A8 的 ECU 数量超过了 100 个。如此多的 ECU 系统交错在一起,不仅使得整车制造时,需要使用的线束数量多,额外增加了成本,还会导致整车控制逻辑也变得十分混乱。

随着造车新势力掀起的软件定义汽车浪潮,车用芯片的技术迭代加速。高算力芯片的推进,也是汽车行业未来发展趋势会从分布式逐渐过渡到区域式,最后演变成集中式架构的底层原因。

例如理想汽车算力平台& OS 副总裁许迎春提到现阶段采用的是区域式架构,接下去会往集中式架构演变,而且希望车载以太网下一代能够迭代至 2.5 G 甚至是 10 G,这样的话就有可能把摄像头的数据做一些汇聚,最终传输到 CCU 上。

另一个与 EE 架构会从分布式转变至集中式的原因就是,Zonal 域控制器。天际汽车基础硬件总监周毅认为,现在高端汽车代码量已经超过了 2 亿行,比历史上任何一个 IT 产品都要多,随着智能驾驶的发展,代码量还会迅速提升,预计到 2025 年,软件代码量要达到 6 亿行。汽车 ECU 节点也是处于快速增长状态,目前对 CAN 总线为骨干通讯网络造成很大压力,线束也非常复杂,对整车轻量化有影响,对整车可靠性也有非常大的挑战。

这是因为,现在的分布式控制器背景下,大部分的控制器功能都互相结合。一个功能的实现,就可能需要多个控制器协同工作,但往往同一个控制器对整车厂来讲可能会有多个供应商。因为这样的背景,如果整车厂需要去开发或者迭代功能,可能涉及到和多个零部件供应商的沟通协调,整个沟通成本非常高,而且效率也更低。当然除了效率低下以外,更为重要的是整车厂与供应商立场不同,对于产品的理解也不同。例如供应商希望做一个平台化的产品,能够适应更多的车型,而整车厂在当下,更加希望做有差异化的产品,以迎合市场的需求。

因此周毅也认为,目前业内比较一致的观点是未来会往中央计算平台 + Zonal 区域架构的趋势发展,也就是说整车绝大部分功能是由中央计算平台来实现的,区域负责区域下的控制。这时候支持 TSN 的以太网将会成为骨干网络,这种架构上会实现软硬件完全解耦。

而这带来的好处,就不仅限于降低沟通成本和做出差异化,更是可以让车上的设备、执行器和传感器做数据的汇聚,以及对能源做分布。最终可以通过域控制器整合控制来大幅减少车上 ECU 的数量以及线束,从而降低整车的生产制造以及物料成本。当然这一切的基础,都是基于高算力 SOC 芯片才能得以实现。

写在最后

从另外个角度来说,随着汽车 EE 架构会从分布式到集中式架构演变,越来越多的功能被集成到单个域控制器中来,这除了对于芯片的算力提出了更高的要求,也会对使得行业内提升对于专项芯片、域控制器的需求。

同时我认为随着软件在整车中的比重越来越高,每个 OEM 都想在域控制器方面抢占先机,在这方面领先的 OEM,将来留给供应商的只有应用软件开发功能。

最后我想说的是,随着车规级 5 nm 芯片时代的来临,汽车行业智能化变革正在进行时。

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