为什么汽车半导体芯片在未来1-2年还会短缺？

罗兰贝格最近写的这篇文章《Steering through the semiconductor crisis A sustained structural disruption requires strategic responses by the automotive industry》，确实挺有意思。文中描述的和我们当前看到的情况有点相似。

罗兰贝格的观点主要有：

●预计全球半导体短缺将持续到2022年以后，汽车行业和许多其他行业的芯片危机将持续数年-2019年的汽车销量下跌使得芯片供给显得充分，但2020年上半年剧烈收缩和后期报复性反弹，清空了整体的芯片库存，预测带来的影响会延续1-2年。

●从2020年到2022年，芯片需求是按照每年17%的速度增长（这里主要指从2020年Q4开始的），而芯片供应量每年增长只有6%。

●汽车芯片的短缺最主要的原因：最大的短缺出现在老一代芯片上（分布式架构下的ECU里面的MCU、电源芯片），以及传统内燃机汽车所依赖的传统半导体。但目前新增的产能，主要是面向新一代集中式架构（Domain甚至是Zone架构）中建立起来的，从实际结果来看，新增的投资将不会给原本的短缺带来缓解。

▲图1.芯片供应情况（需求和供给的匹配）

Part 1 芯片供需的错配

从技术来看，当前大部分整车企业的分布式汽车架构依赖于ECU技术，这套系统由许许多多的微控制器（MCU）所构成，每个MCU都只有有限的计算能力，汽车行业大概占了MCU的40%的需求。

也就是说，这几年汽车行业增加的购买MCU的需求，和其他行业的需求并不同步，芯片制造企业并没有动力去扩充这些旧工艺的产能。

根据罗兰贝格的调研来看，目前在消费电子设备，同样也需要越来越多地采用较老技术（40-90nm工艺）的芯片，当然这些产能并不是用来制造MCU的，而是为了3D音频、快充和5G等，需要电源芯片、射频和音频半导体。

因此，在产能有限，不得不靠抢占资源的过程中，消费电子厂家，由于付钱爽快，压价低（具有更高的购买力和议价能力），会进一步放大汽车和工业芯片的短缺。

▲图2.不同产品的半导体制程工艺

展望未来，汽车芯片企业还发现一个最为实际的问题：汽车行业正在发生面向智能汽车的转变，过渡到新的电子架构，如Domain和Zone架构。对芯片的新增需求主要是高算力的异构计算平台取代原有的ECU。汽车芯片厂家，会非常敏锐地关注这种转移和变化，围绕自动辅助驾驶技术，信息娱乐系统和动力系统管理，OEM 会直接找芯片供应商去谈未来的合作，自然搞得清楚哪些是暂时的需求，哪些是长期的需求。

这种内卷，最主要是新造车企业，从开始就和分布式架构的设计理念保持了一定的距离，所以可以快速往集中式架构迁移（最主要是组织形态问题），由于在分布式架构的坑里时间比较短，所以相对受芯片供应影响较小，这也使得传统OEM不得不拿出额外的动力向集中式架构的过渡。

备注：目前来看2022年Q3左右，三电跨域架构就出现了，2023年年底到2024年初第一代具备中央计算平台的架构就能SOP，真的很卷。

▲图3.不同的电子电气架构

当所有人开始从「just-in-time」切换到「just-in-case」的方式去采购芯片的时候，客观上造成了订单的拥挤，也让订单的市场化调节机制失效了，这必然会造成潜在需求巨幅波动和将来的需求低迷。

我觉得整个逻辑是这样的：整个芯片产业，由于消费电子和IT技术的不断进步，使得芯片制造的产能的投资通常重点拓展前沿制造能力，从台积电和三星这样的巨头来看（还有身后的弟弟们），投资先进半导体工艺产能可以最大限度地延长资产的使用寿命，保护数十亿美元的投资，并优化降低长期制造成本。

2020-2022年先进制造工艺的年复合增长为26%，而汽车电子需要的工艺产能每年只有2%左右，这在客观上也打了汽车行业的脸-坚持自己的缓慢节奏，从而在芯片业不受待见。

▲图4.芯片整体的工艺变化

还有各种奇怪的突发事情，使半导体供应链的中断变得越来越频繁。比如各种各样的气候变化（半导体制造中心东南亚更危险热带风暴，台湾严重干旱对水密集型半成品的影响）和疫情的因素，还有政治不确定性上升等因素，这些的对半导体制造的影响越来越大。

▲图5.这个世界并不是风调雨顺的

Part 2 中国汽车的芯片替代方案

和全世界的汽车产业问题相似的，中国也新涌现出来很多很多芯片汽车，可以用千帆竞渡来形容。

很多的公司的模式，都是从单品类开始拓展，而且围绕汽车芯片的可靠性和稳定性要求，很多都是依靠40nm以上的工艺来做的，这些汽车芯片的产能是有限的。甚至更为残酷的是，中国新造车企业和合资企业更内卷，除了少数底盘、安全气囊的MCU和安全件，好多的功能正在被快速集成。

我们可以算一算下面这些数据：

●哪些ECU是短期内不可替代的？他们的数量有多少，可替代的空间有多少？

●通往Zonal架构的OEM动作有多快，幅度有多深，随着一两家快速跑起来，后面的有多快？

▲图6.小鹏的G9后续的EEA3.0 2022年Q3就开始交付了

▲图7.传统汽车企业EEA架构变化也很快

小结

所以说到底，这把所有的汽车企业都在憋着做智能汽车，憋着新架构做新的东西出来，反正再怎么跑量，芯片的供应还是存在缺口的。