揭秘汽车半导体危机的真相

感知芯视界 2022-10-07 19:35
来源后视镜里de未来,谢谢


本轮汽车半导体的供应危机仍在持续,日本、欧洲、北美等市场的供需失衡,导致整车制造商的减产与停产事故频发。中国汽车市场的快速反弹,并没有从根本上消除半导体的供应危机。地缘政治日趋紧张,半导体特别是车载半导体的供应危机在加深,国产化替代的虚实有待于验证。


日前,日本投行DBJ Research发布《车载半导体短缺的主要原因和稳定采购的措施》的分析报告。从中国之外的角度,对汽车行业的半导体危机进行了解析。



编辑:感知芯视界


以下是翻译全文。

内容概要:

1. 2020年底显现的半导体短缺状况至今仍在持续。由于经济放缓加上新冠疫情影响,车载半导体的需求急剧下降。在此后的汽车生产恢复阶段,除了由于优先满足远程设备对半导体的强劲需求,灾害造成的供应限制使短缺状况进一步加剧。

2. 车载半导体长期短缺的主要原因之一是供应链混乱。尽管2021年以来半导体供给量逐渐增加,但由于缺乏供需状况信息,多重订购成为常态,导致在供应链上产生了货物积压。

3. 要解决这一问题,必须掌握必要的零部件和适当的采购量,值得考虑多家整车制造商共同拥有零部件的方案。我们认为由此实现的供应链上的合作和信息共享,将有助于稳定采购今后新需要的半导体。

报告全文:

2020年底开始出现的半导体短缺危机至今仍在持续,特别是车载半导体的采购更加困难,对整车制造商的生产和财务产生了负面影响。本文重新梳理了车载半导体短缺的来龙去脉,并在此基础上认为,目前半导体短缺的主要原因,是重复下单导致供应链上的货物挤压造成的。同时,我们还研究了相关经营者共同采取零部件信息共享等方案的可行性。

1. 车载半导体短缺的来龙去脉

导致车载半导体短缺的主要原因有三点:第一点是中美贸易摩擦。2017年美国总统特朗普上任以来,中美贸易摩擦愈演愈烈。拜登总统上任后,这种状况仍在持续,特别是2020年12月,美方对中国实施10nm(纳米,代表半导体工艺节点的单位)以下半导体制造设备出口限制,迫使终端用户重新审视其供应链。

有报道称,在管制措施出台后,中国大陆代工厂代工的28/40/65nm产品,被转移至中国台湾和美国代工生产,导致当地工厂开工率紧张。判断产能紧张程度,90%的开工率是基准线。2021年1-3月,小于45nm的尖端产品的代工厂开工率超过95%,大于45nm的代工开工率超过90%,当时预计2021年10~12月之前可以全面开工(实际由于疫情并未按照既定的时间推进,小编注)

第二点是,新冠疫情导致半导体的需求下降,迫使生产和销售向汽车以外的用途转移。由于中美对立,导致经济出现波动。自2018年开始,全球新车销量下降,车载半导体的需求也在2020年开始出现下调。2020年3月出现的新冠疫情,使已经处于下行态势的汽车及车载半导体需求进一步下降。

另一方面,新冠疫情引发的远程支持需求和居家办公、学习等的需求,使PC、智能手机、平板电脑等电子设备,以及电视、游戏等民生产品的需求量大增。受此影响,半导体制造商将车载半导体的产能,转移到电子设备和民生产品上。因此,2020年下半年,在汽车行业试图增加产量时,汽车半导体的产能出现不足难以满足汽车行业的需求。

第三点是,在彼时接连发生的一系列灾害造成了生产限制。2020年10月,旭化成电子的延冈工厂发生火灾,最初认为委托瑞萨电子和富士电机代工可以避免情况恶化,但2021年3月瑞萨电子子公司的那珂工厂也发生火灾。与此同时,恩智浦(NXP,荷兰)、三星(Samsung,韩国)和英飞凌(Infenion,德国)等半导体制造商,在美国奥斯汀的工厂,由于创纪录的寒流导致停电被迫暂时关闭。一连串的灾害变成致命伤害,使车载半导体出现了史无前例的严重短缺。

2. 车载半导体长期短缺的背景

2.1. 无法扩大产能

汽车上搭载了各类半导体产品,本文将其统称为车载半导体。基于2022年4-6月期间半导体制造商的库存水平,可以推定半导体的短缺状况整体上正在缓解。但是,短缺缓解的程度因器件而异。

许多研究机构预测,模拟器件和MCU将继续短缺。这些基于28nm以上成熟工艺的产品,在汽车和工业设备这一细分市场上需要生产多种产品,半导体制造商不愿为增加产能而进行投资(主要是利润有限,小编注)。最尖端的5/3/2nm产品,则成为未来产能与利润的重点。数据也说明,不同工艺节点的增产结构,存在着显著差异。

但即使要扩大投资,快速提升传统制程半导体的产能,也很难采购到用于150-200mm生产的晶圆设备,因为在市场上流通的制造设备越来越偏向于支持300mm晶圆。与此同时,因美国的禁运措施而无法进入尖端工艺半导体的中国制造商,加大采购150-200mm晶圆的制造设备,使得二手市场上的供应也非常紧张。

这些因素是今后也难以消除的结构性因素,我们认为不能指望大规模的投资,可以立刻提高车载半导体的产能。

2.2. 难以提前提高库存水平

针对半导体短缺的状况,通过提高库存水平寻求解决之道成为最自然的选择。在我们进行的2022年度设备投资计划调查中,受原材料成本高涨和半导体供应短缺等采购问题影响,作为重新审视的供应链内容,“海外供应商的分散和多样化”、“产品和零部件的标准化”、“确保战略库存”的回应占比在增加。然而,目前半导体短缺的状况,再次凸显了供应商提高传统半导体库存水平的难度。

原来,整车制造商和零部件供应商之间更习惯于采取准时化管理(Just in Time)的方式。这种合作的理念必须基于交易永远持续的关系才能进行。在这种情况下,每家整车制造商都有各自的垂直供应体系,并最终形成了经连会(keiretsu)模式。它的优点是订单有保证,供应商能迅速对来自整车制造商的需求作出回应。但是,由于半导体等产品周期短、制造周期长,增加库存风险变大,不符合以往的业务关系。

此外,在新冠疫情蔓延的2020年3月,半导体贸易公司方面经历了被取消确定订单,难以应对汽车供应商的紧急订购和提高库存水平要求等的状况。特别是2022年初以来,出现了半导体制造商、贸易公司要求汽车供应商保证不取消未来订单的情况,以及无法依靠经连会关系进行采购而维持下去的情况。

近年来,经连会模式也在发生一些改变,除了在零部件的通用性上取得进展外,还尝试与IT公司等新参与者共同开发尖端技术,以进行旨在自动驾驶的软件开发。

综合这些情况,我们认为,随着汽车行业的采购和开发方式的多样化,半导体行业也出现了一些经营者基于库存风险而被迫重新考虑业务关系。

3. 重复下单和供应链上的货物挤压

从2020年到2021年,半导体制造商的车载半导体销售额增长了约30%,销量基数也增加了约20%,供货量随着汽车产业需求恢复而提升。尽管如此,半导体采购困难,仍然对当下整车制造商的生产产生了负面影响。我们认为,其主要原因是重复下单导致半导体竞争失序,进而使得货品挤压在供应链上。

按照既有的运作模式,多数整车制造商并没有直接向半导体制造商或经销商采购半导体,而是通过一级汽车供应商或贸易公司进行采购。在采购市场中发生零部件争抢时,供应商会双倍或三倍订购,从而导致构成汽车零部件的各个子部件都会出现过剩和不足。即使仅缺少一个零部件,汽车零部件也无法完成,整个供应链的吞吐量会随之恶化。即使供给恢复了也会重新开始争夺,打破供需平衡。从整车制造商的角度来看,半导体持续短缺说明零部件采购存在短板,为此会进一步增加定量,而一级供应商则需要进一步与半导体企业进行博弈,以此形成恶性循环。

我们认为,由于这种信息不对称,导致超出实际需求的重复下单已经成为常态。不同于多数欧洲供应商直接从半导体制造商处采购,日系车载半导体供应链的特征是有很多半导体贸易公司在参与,其优点在于通过贸易公司可以在供应链上设置库存缓冲。但是,目前的半导体短缺反而导致了供应商之间的库存争抢。

4. 构建下一代汽车生态系统

在供应链紊乱的情况下,有几种方法可以谋求稳定采购。

例如,大型空气压缩机制造商SMC公司的方法。它已宣布在岩手县远野市的工厂附近新建一个“供应公园”,并以优先向其供应为条件吸引供应商。以部分承担区域内各公司的设备投资为方针,其优势在于减少供应商侧的投资额。即使在半导体的采购中,追溯到供应链的上游并确保生产能力而不是必要材料的库存,这一点可能有效。但是,如前所述,由于无法预计传统半导体今后的投资回报,可以想象很难通过围堵供应商来要求增加产能,无论成本由谁承担。

又如,采取灵活积累库存措施的大金工业。第一波新冠疫情发生后,中国采取了封控措施,它从采购受阻的经验出发,一直致力于建立不中断生产线的强大供应链。除半导体外,还提高了可能缺货的零部件等的库存水平,并根据每个国家基地的生产状况进行适当分配。可以说这是捕捉外部环境的变化,迅速将经营判断反映到采购战略中的案例。然而,正如前节所述,整车制造商很少自行采购半导体。在通过贸易公司和一级供应商的现行采购方式中,整车制造商很难根据供需环境的变化立即采取确保半导体库存的措施。

像汽车这样零部件数量较多的产品,即使仅缺少一件,最终产品的生产也会停滞不前。在没有大规模设备投资防止因重复下单而导致的货物积压的情况下,可以考虑以供应链上的参与者之间的信息共享为基础,由整车制造商们共同采购车载半导体。例如,整车制造商们订购的产品信息,先由各方进行汇总,然后向代工厂订购。

为了落实这些措施,需要考虑许多困难的问题。例如,确定汽车制造商的需求、半导体制造商的生产状况、不同产品种类的订货周期等。另外,还需要考虑个别设计的半导体模块产品和分立元件之间,库存保有方法相异的问题。对此,可以通过采取半成品状态库存保有的灵活方法来消除,这将使供应链中难以聚合的构建库存和采购情况变得清晰。

美国电子行业协会SEMI于2018年成立了GAAC(Global Automotive Advisory Council),以作为半导体制造商、整车制造商和汽车供应商之间的信息共享平台,讨论已经在进行中。

我们认为,通过信息共享和共同拥有零部件的合作机制,有助于采购电动汽车和自动驾驶汽车等下一代汽车所需搭载的半导体。今后的车载半导体市场将由掌管集成电子控制单元(HPC:High Performance Computer)计算功能等的ASIC、处理传感的光电元件、可承受高电压、大电流的半导体元件(功率半导体)等主导。为了促进这种新型半导体模式的普及,需要构筑稳定的采购环境,需要水平和垂直方向的供应链合作以及信息共享。

5. 总结

在本稿中,我们分析了车载半导体的持续短缺原因,主要是由信息不对称导致供需错配所致。此番采购困难表明,缺乏库存状况的信息共享机制是供应链的漏洞,这可能是半导体产品采购的瓶颈。对于生产周期特别长的半导体,共享供需相关供应链信息,有助于防止出现大幅度的供需缺口。在后续紧急状态中,需要重新考虑供应链的韧性以避免再次出现产品积压。


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