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自去年Q3起，車用芯片缺貨現象持續發酵，部分汽車制造廠商因芯片短缺開始停產。另一邊，汽車芯片廠、晶圓代工廠出于原料成本上漲、產品生產周期變長等因素，紛紛漲價。除了疫情等外力影響和供應鏈因素，缺貨另一個原因是造車規級芯片門檻很高，短時間內其他廠商無法快速通過認證，補上缺口…
2020年上半年席卷全球的新冠肺炎疫情，阻斷了多地區物流，不少OEM無法正常備貨，不得不把需求移到了下半年。在消費類終端和汽車行業全面復蘇后，各大廠商因擔心禁運等地緣政治事件影響，普遍采用了激進的備貨方案。
芯片的生產周期通常在10-20周不等，難以靈活增加產量，車載芯片的產能更是要提前12個月做規劃。2020年初在疫情影響下，很多汽車企業對車載芯片需求判斷失誤，導致芯片訂貨不足，晶圓廠也將部分原本屬于車載芯片的產能轉成了消費類芯片。
產能受到排擠影響最顯著的有12英寸廠的車用微控制器（MCU）與CMOS圖像傳感器（CIS），其中28nm、45nm與65nm節點產能最為緊缺。8英寸廠集中在車用MEMS、分立器件、電源管理IC與顯示器驅動IC，0.18um以上的節點產能也受到排擠。
自去年Q3起，車用芯片缺貨現象持續發酵，部分汽車制造廠商因芯片短缺開始停產。另一邊，汽車芯片廠、晶圓代工廠出于原料成本上漲、產品生產周期變長等因素，紛紛漲價。除了疫情等外力影響和供應鏈因素，缺貨另一個原因是造車規級芯片門檻很高，短時間內其他廠商無法快速通過認證，補上缺口。
那么，這些缺貨漲價的汽車芯片，主要集中在哪幾類上？為什么車規級的芯片，就那么難做呢？
汽車半導體器件主要包含MCU、功率半導體（IGBT、MOSFET等）、傳感器和各類模擬器件，自動駕駛汽車還會用到如ADAS輔助類芯片、CIS、AI處理器、激光雷達、毫米波雷達和MEMS等一系列產品。未來汽車架構的變革趨勢，是將離散的ECU（Electronic Control Unit，電子控制單元）及軟件功能集成在一個黑匣子中，屆時域控制器和自動駕駛計算平臺用到的芯片會更多。
半導體產品的大量采用，能夠幫助汽車實現動力與傳動、車載網絡、車身舒適性、車載信息娛樂等功能。單一車輛中的車載芯片價值持續提升，也導致全球車用芯片的需求快于整車銷量增速，造成了芯片的供需失衡。
以MLCC（多層陶瓷電容）為例，據村田預計，未來單一車輛MLCC用量有望從1000~3000顆增長到3000~6000顆；在圖像傳感器方面，據悉達到自動駕駛級別L4級時，需要圖像傳感器10個以上；再說MCU，一般燃油車平均每輛大約需要70顆，而一輛新能源汽車大約需要300多顆。
一家汽車零件制造商的負責人在接受媒體采訪時透露，2020年底爆發的汽車零部件短缺潮，就是由于車用MCU短缺，導致ESP（Electronic Stability Program，電子穩定程序系統）和ECU無法生產。這兩種器件是許多高端車型車載電腦模塊的“標配”，一旦缺貨會影響整車制造。
電子穩定程序系統的標準叫法其實是ESC（Electronic Stability Control），ESP是博世（Robert Bosch GmbH）的專利。全球ESP供應商主要有7家，分別是豐田旗下的愛信精機（Aisin Seiki），專供日產的日立（Hitachi），專供本田的日信（Nissin Kogyo），供韓系車型的萬都（Mando）。這4家基本只供應本集團的。另外三家，都是德國廠家，包括博世、大陸集團（Continental AG）和采埃孚（ZF Friedrichshafen AG）。
國內汽車廠商的ESP供貨主要來自博世和大陸集團。博世幾乎壟斷國內市場，特別自主品牌，此外在奔馳、奧迪、卡迪拉克、別克里也比較常見。大陸集團主要供應大眾、寶馬、PSA、奔馳，采埃孚主要供應美系車。
至于ECU，已經是汽車上最為常見的部件之一，依據功能的不同，最常見的有EMS（Engine Management System）發動機管理系統、TCU（Transmission Control Unit）自動變速箱控制單元、BCM（Body Control Module）車身控制模塊、BMS（Battery Management System）電池管理系統以及VCU（Vehicle Control Unit）整車控制器等幾種。
國內外比較知名的ECU供應商包括博世、大陸集團、電裝（DENSO）、聯合汽車電子（UAES）和聯創汽車電子（DIAS）等。傳統的汽車每一個功能都需要單一或者多個ECU模塊進行控制，所以ECU廣泛存在于車輛的發動機、變速箱等底層零部件之中，來實現整車信息的轉化和處理。
ESP和ECU這類特定汽車電子元件越來越依賴于芯片，大陸集團和博世集團都是通過采購芯片，再組裝成相關模塊向車企供應。這次汽車芯片短缺問題主要出現在上游企業，由于疫情大流行打擊了全球芯片產能，令大陸和博世等廠商面臨生產難題。
以前的汽車以硬件為主導，整車智能化程度很低，半導體（芯片、傳感器等等）占不到整車成本的1%。而近年隨著汽車智能化速度加快，汽車已經由硬件主導變為了硬件打基礎，軟件來賦能。如今半導體器件越來越多地出現在汽車工業應用中，智能汽車上甚至已經占到了整車成本的35%左右，并且預計到2030年將增加到50%，芯片未來將代替發動機成為汽車產業的“生死命門”。
汽車電子產業鏈由三大部分組成：上游為汽車電子元器件設計公司（Tier2，如恩智浦和英飛凌)和晶圓制造/封測等后段廠商（Tier3，如臺積電和日月光），主要負責提供汽車電子的相關核心芯片及其他分立器件；中游則是汽車電子生產和制造商(Tier1，如博世和大陸），主要進行汽車電子模塊化功能的系統集成設計、生產及銷售；下游是傳統的整車廠（OEM，如特斯拉和大眾汽車）。
我們熟知的老牌汽車半導體廠商很多，包括恩智浦(NXP)、英飛凌(Infineon)、意法半導體 (STMicroelectronics)、瑞薩（Renesas）、安森美 (On Semiconductor)、博通 （Broadcom）、德州儀器 (TI)等，其中前四位都是車用MCU大廠，但為什么仍然擋不住缺貨潮？除了上面談到的疫情外力影響和供應鏈因素，另一個原因是造車規級芯片比民用級難太多。
首先，汽車對芯片和元器件的工作溫度要求更寬，根據不同的安裝位置等有不同的需求。比如發動機艙要求-40℃-150℃；車身控制要求-40℃-125℃，遠高于民用產品對消費類芯片和元器件0℃-70℃的要求。
第二，汽車電子元件對運行性穩定要求極高。無論是在濕度、發霉、粉塵、鹽堿自然環境、EMC以及有害氣體侵蝕等環境下，還是在高低溫交變、震動風擊、高速移動等各類變化中，車規級半導體穩定性要求都高于消費類芯片。
第三，汽車對器件的抗干擾性能要求極高。包括抗ESD靜電、EFT群脈沖、RS傳導輻射、EMC、EMI等，芯片在這些干擾下既不能失控的影響工作，也不能干擾車內別的設備。
第四，一般汽車的設計壽命都在15年50萬公里左右，遠大于消費電子產品壽命要求，所以對應的汽車芯片使用壽命要更長，故障率更低。半導體是汽車廠商導致故障排名中的首要問題，因此車廠對故障率基本要求是個位數PPM（百萬分之一）量級，大部分車廠要求到PPB（十億分之一）量級，相比之下，工業級芯片的故障率要求為小于百萬分之一，而消費類芯片的故障率要求僅為小于千分之三。可以說車規級半導體對故障率要求是零容忍。
第五，長期有效的供貨周期（Longevity）。汽車廠商對芯片的需求遠不及消費電子動輒上億顆芯片的量，在更新換代上，也是一顆料號用到十年以上，不像手機芯片一年一換。所以汽車OEM和Tier1廠商，大多通過Tier2的零部件供應商完成產品供應。從整個汽車行業來看，目前除了特斯拉采取了自研芯片的方式外，大部分車企的芯片主要還是購買自國際老牌半導體廠商。
第六，極高的產品一致性要求，導致不能隨便換產線。汽車本身的組成極為復雜，一致性差的半導體元器件容易導致整車出現安全隱患，因此需要嚴格的良品率控制以及完整的產品追溯性系統管理，甚至需要實現對半導體產品封裝原材料的追溯。這也是為什么車用芯片不輕易轉換產線，以往車用半導體廠商主要以IDM或Fab-lite模式自產自銷為主，直到近些年才將部分產能外包給晶圓代工代廠，還要做產線認定。（EETC編按：“產線認定”是指為了實現“零不良率”， 汽車廠家在半導體工廠生產汽車芯片時，針對產線實行的檢查稽核。只有在半年乃至一年的時間內連續生產某種汽車芯片，并且可以穩定地生產出正常工作的產品時，汽車企業才會對芯片產線進行“認定”。 被“認定”的產線工藝由固定工序組成，原則上不可以更改生產設備、工藝條件。）
達到汽車標準需獲得可靠性標準AEC-Q系列、質量管理標準ISO/TS16949認證其中之一，此外需要通過功能安全標準ISO26262 ASILB(D)，基本只有符合上述各種硬性條件的半導體器件，才能通過車規級認證。
ISO26262安全是汽車電子元件穩定性優劣的評判依據之一，主要包括ASIL A/B/C/D四個等級，通過各等級代表其產品穩定性合格、耐用，但不代表算力、能效比高。A級普遍用于天窗等，B級普遍用于儀表盤，C級普遍用于引擎等，D級則主要用于自動駕駛和EPS（電子助力轉向）等，認證等級越高的芯片可獲得整車廠越多的青睞度。
嚴格的生產和認證要求，以及遠不及消費電子的用量，導致晶圓代工廠義無反顧地將產能分給了消費類芯片。雖然在汽車大國政府的游說下，“臺積電們”后來也承諾協調產能，但成本的提升，也讓一些車企開始把目光投向冉冉升起的國內汽車芯片廠商。
2019年，全球汽車芯片的市場規模是475億美元，折合人民幣約3080億元，預計2020年將下降至460億美元。目前歐洲汽車半導體2019年產值達到150.88億美元，占到全球汽車半導體總產值的36.79%，為全球第一。美國貢獻了全球第二大汽車芯片收入規模，達到133.87億美元，占全球32.64%。日本汽車半導體2019年產值達到106.77億美元，占比在26.03%。
2019年全球汽車芯片市場份額，60%以上的市場被前8大半導體廠商牢牢把控（資料來源：ICVTank、前瞻產業研究院）
雖然全球汽車芯片30%的市場都在中國，但我國自主汽車芯片產業規模僅占全球的4.5%，約20多億美元。根據Wind數據顯示，目前國內汽車行業中車用芯片自研率僅占10%，90%的汽車芯片都必須依賴從國外進口。其中前裝芯片95%是進口的，后裝超過80%是進口，國內芯片企業在汽車產業鏈中缺失話語權。
雖然汽車零部件需要很長的產品研發和驗證周期，想要在短期內找到合適的替代供應商并不容易，但在芯片缺貨、價格上漲以及代工產能均供不應求的背景下，一些汽車廠商或Tier 1供應商，已經開始挑選替代供應商，中國本土廠商有望迎來轉單。
傳統車企中，比亞迪和中車采用自研的方式，比亞迪自2005年便開始組建IGBT研發團隊，并且在加碼對第三代半導體材料碳化硅（SiC）的研究。而北汽、上汽、吉利等都采用與半導體廠商成立新公司的合作方式入局。
在非傳統車企中，華為是布局汽車領域比較早的，其主要通過自研和外部投資兩條腿走路。自研最早可以追溯到2009年對車載模塊的開發，而華為投資的企業山東天岳、深思考、鯤游光電、好達電子以及裕太車通等企業，也大多與汽車行業的芯片和材料有關。
此外，安世半導體的汽車功率器件，兆易創新的車規級閃存，斯達半導體的車規級IGBT，全志科技的車規級前裝SoC，杰發和芯旺微的車規級MCU，加特蘭微電子的CMOS工藝毫米波雷達芯片，韋爾股份的CMOS圖像傳感器，DJI大疆子公司覽沃科技的激光雷達傳感器，地平線的智能駕駛處理器等，也都是國產車規級半導體的代表作品。
來源：國際電子商情
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