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刘慈欣在他的科幻小说《球状闪电》里，讲述了地球受到一种特殊攻击，导致所有硅基芯片被毁，全天下陷入瘫痪的故事。从手机电脑，到汽车飞机，绝大部门现代产物都离不开芯片，而汽车业，正在履历芯片严重欠缺的逆境。

生产一辆汽车至少需要用到上百颗芯片，而且在许多环节缺少一颗芯片，都市导致无法继续生产。近期缺芯的事态，对汽车业的袭击是立竿见影的。凭证伯恩斯坦研究公司展望，由于全球局限内汽车芯片欠缺，预计今年汽车产量将削减450万辆，相当于全球汽车产量的近5%，包罗福特、戴勒姆（飞跃）、FCA（克莱斯勒）均传出歇工和减产。

在供应端，台积电等Foundry（代工厂）早已昼夜一直地开动生产线，但仍无法解决欠缺问题。台积电已经上调了今年的资源支出预算，预计未来三年内将投入创纪录的1000亿美元，以扩大产能。英特尔最近也宣布斥资200亿美元在美国新建两家芯片工厂；三星电子设计在2030年之前投资约1160亿美元，以实现半导体生产能力的多元化。

但远水解不了近渴，针对本次最紧缺的八英寸晶圆，台积电、联电、天下先进三大代工厂均趁势上调了价钱。但从车企、Tier1（车厂一级供应商），到芯片设计公司，整个汽车产业链仍都在“跪产能”。

另一方面，汽车智能化生长飞速，智能座舱、自动驾驶以及中央网关对性能的需求发作性增进，汽车芯片也迎来了异常主要的变化期。我们十分看好此领域，于2019年2月投资了主做千兆高速车载以太网芯片的景略；在2019年4月投资了主攻智能座舱、智能驾驶、中央网关三大汽车芯片应用的芯驰科技；同期投资了主要笼罩TPMS 芯片、通用接口芯片的琻捷电子，这三家公司都对应了差其余偏向。

一些对今年形势预判并提前准备的公司，例如芯驰科技，在这一轮“缺芯”大潮中，就提前在台积电等代工厂中预订了足够产能，获得了弯道超车的时机。在这篇研报中，我们先剖析今年汽车业到底为什么会缺芯？以及，未来随着电动车普及，以及汽车电子电气架构的改变，汽车芯片和其供应链会发生哪些主要变化：

“缺芯潮”到底是缺什么？

汽车芯片为什么会欠缺？

汽车芯片产业链若何运作？

在汽车电动化和智能化变化中，汽车芯片产业链会发生哪些推翻？

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“缺芯潮”到底是缺什么？

汽车芯片主要分为8大类，比手机芯片更为繁杂，而且无论是燃油车照样电动车，都在往智能化偏向生长，以是对芯片性能需求也越来越高。

这8大类包罗：高性能盘算芯片（AI芯片/GPU）、微控制器（MCU）、存储芯片（DRAM/Flash）、 CMOS图像传感芯片、显示驱动芯片、模拟芯片（包罗无线通讯的功率放大器、音频放大器、 传感器等）、功率元器件、传感芯片（压力、流量、惯性、湿度、红外等）。

其中，MCU是本次“缺芯潮”中最紧缺的产物之一，传统汽车平均每辆需要70颗以上的MCU芯片，而智能汽车跨越300颗。

MCU是汽车的微控制单元，也可以明白为各种涣散装备的“小脑”，用以实现差异功效，例如差异MCU会分管座位调治、雨刷、空调、影音、动力等差异功效。

一些模块的缺芯还不至于导致车企停产，例如像通讯、仪表、导航摄像头等可以先把汽车生产出来，之后再加进去。但本次缺芯是有50%的底盘系统所需零部件，底盘缺一个器件，就无法继续生产。

像大部门汽车都市配备的ESP（电子稳固控制系统），是汽车自动平安系统的一部门，能起到防侧滑作用，控制它的MCU最近也极端缺货，这就会导致车企停产。

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汽车芯片为什么会欠缺？

综合各方访谈，我们总结了四大缘故原由，其中最主要的，是市场各方对疫情后需求反弹的展望失误。

首先我们需要知道一点，汽车芯片相比于手机芯片，供货周期是更长的。消费电子芯片种种规格要求没有那么高，以是有时刻某颗芯片不行时，可以很快找到替换品。

但汽车芯片要相符车规级，平安系数要求很高，好比稳固性、耐高温低温等等，认证异常难。例如最经典的AEC-Q认证，需要种种被动件、自动件测试，消费电子一样平常会做到500h循环，但汽车芯片一样平常要做到1000h才行；高温极限也需要做到150℃。过了AEC-Q认证，可靠性就基本能获得保证，但其测试周期很长，不能说换就换。

而从产能角度来看，建厂导入装备往往需要2年时间，以是车规芯片较难通过新建产能迅速提升供应量，主要照样通过现有产能的供需调配。

无论是车企照样各级供应商，都是依赖对未来半年至一年销量的准确展望，去芯片代工厂预订产能，像台积电这样的大厂，也是根据这些需求，提前半年至一年放置自身的产能。在历史上，这些展望也一直对照准确。

但新冠疫情完全打乱了节奏，大部门车企都没有准确展望到2020年下半年最先的强劲回升。拿反弹最强劲的中国市场来看，2020年上半年汽车销量一直下滑，但到7月份突然反转，反弹越来越强劲，8-12月份竟然泛起了10-20%的增进，一下子恢复到疫情前的水平。

但这时刻芯片厂的产能，却照样根据2020上半年的展望来放置，既有库存到年底已经被一网打尽，但新订单却急速增添，各家车企或是各级供应商只能“八仙过海各显神通”地去“跪产能”。

以上所说的展望失误是第一个缘故原由，也是最主要的缘故原由。第二个缘故原由则是疫情造成了社交隔离，人们足不出户使得全球消费电子销量大增，例如条记本电脑、平板电脑等，消费电子也一样对芯片需求激增，而有一些原质料是配合的。

当2020年三季度最先，汽车厂商们感受到回暖，最先想提高订单量时，晶圆代工厂28纳米以上的产能早被消费电子产物预订占满，从而对汽车芯片形成挤压。

第三个缘故原由出在汽车芯片的原质料晶圆产能上。像台积电这样的晶圆厂，把硅片制成晶圆，然后再拿到下游的封测厂切割、封装、测试。

晶圆主要分为8英寸和12英寸，这次缺芯潮的问题主要出在8英寸上。通常越先进的工艺，越需要大晶圆，也就是12英寸的，例如16纳米和28纳米的芯片，都是需要12英寸的晶圆。

但本次缺芯潮中，缺货的主要是一些颇为传统的MCU芯片，他们主要是由8英寸晶圆制成。8英寸是异常成熟的工艺，利润率并不高，最近几年，许多厂商最先青睐12英寸晶圆，一些8英寸晶圆厂陆续关停，产能自己就不太丰裕。

凭证研究机构Gartner Inc.的数据，去年的芯片制造装备开支中，有27%用于该行业最先进芯片的生产装备，这些芯片通常用于智能手机、高端小我私人电脑和数据中央。而用于生产更成熟和商品化芯片的装备仅约为11%。

未来随着汽车智能化水平越来越高，一定需要算力更大、制程更先进的工艺，但当下是过渡期，许多车企下的订单依然是传统的MCU，也就是8英寸，晶圆代工厂也不愿为此大规模投资扩充产能，造成了需求大但供应小的事态。

第四个缘故原由就是汽车智能化自己带来的芯片需求暴涨。以车载摄像头为例，L2平均需要配备3-4颗摄像头，但随着智能驾驶品级提升，L2至L3平均需要设置7-8颗摄像头；L4就要设置10-15颗；L5则有可能要15颗以上。

汽车界现在的两大趋势——智能化和电动化，都需要大量用到芯片。智能化需要算力大的智能中控芯片、算法芯片、传感器芯片；电动化增添的部门主要是电机控制器，包罗后驱、前驱、双电机，以及需要功率半导体控制锂电池，芯片需求比传统燃油车多许多。

现在传统汽车半导体平均单车价值在475美元，而智能电动车单车价值可达600美元以上。

在这场“跪产能”的混战中，一些公司由于精彩的人脉关系和展望能力，更早执行了预订更多芯片产能的设计，得以获得弯道超车的时机。

芯驰科技CEO仇雨菁就提前下了“预订更多产能”的判断。作为一家芯片设计创业公司，要想说服台积电等大型代工厂预留更多产能也不容易。首先你需要跟供应商保持一个耐久优越关系，这一点主要靠首创团队过往资历，要证实自己有量产芯片的履历，而非做一个用来演示的芯片，来赢得他们的信托。

另外就是要对市场水温的转变敏感。仇雨菁坦言，她也是在与业内各路同伙的一样平常交流中，感知到2020年下半年最先汽车芯片产能会奇缺，以是这个决议也是一个异常综合的考量。

3

汽车芯片产业链若何运作？

在剖析汽车电动化和智能化所带来的推翻之前，我们先来看看汽车芯片产业链是若何运作的。

汽车芯片产业链与消费电子类似，也是芯片设计、制造及封装测试三大环节。设计是高度手艺麋集型，制造是资源及手艺麋集型，封装测试是劳动麋集型。

在全球分工互助的靠山下，现在主要有两种营业模式，第一是传统的集成制造（IDM）模式，一家公司把上下游都做了，代表企业为三星和英特尔；另一种是垂直分工模式，分为芯片设计商（Fabless，例如高通、联发科）、芯片制造厂（Foundry，例如台积电、中芯国际）和芯片封测厂（Package&Testing）。

这次“缺芯潮”主要是卡在Foundry的制造环节。例如本次最紧缺的MCU，全球许多产能集中在台积电。同时，MCU的芯片设计商在产业链中的职位较低，大多为博世、大陆等Tier1之下的Tier2，或是汽车厂的三级供应商，名目稳固但缺乏活力，利润率偏低，厂商扩产意愿低，因而当产能主要时，产能得不到保障。

一颗芯片从设计到量产，中央的每一个环节都充满风险，仇雨菁在芯片行业事情了20多年，她总结“做芯片的人，胆子是越来越小的”。

在芯片业，无论是投资机构照样寻找互助方，一个团队的历史纪录是异常主要的，人人险些都是依赖这个来做判断，是否值得投资或互助。

由于芯片从设计、流片、量产，历程庞大，一些问题能够在流片后的样品阶段看出来，然后当你小批量出货的时刻，一些问题也能够通过测试抓出来，但仍然另有一些致命问题不会体现，直到大量出货后才会看到。以是芯片的量产，是比把芯片设计出来、流片乐成更难的事情。

据我们调研领会，某些不够好的芯片，就是在出了百万片、万万片甚至上亿片的时刻，纷歧致性泛起了。车规级芯片要求的是，在高温低温、或是电压有发抖等极端情形下，芯片的事情显示都稳固。同时，车企客户还会把芯片应用在差异场景下，包罗接入一些外部装备，这些都需要在参考设计中提前思量到。

而且，一颗成熟的芯片产物，并不是说今天生产出来就好了，随着使用的人越来越多，后续还会一直地遇到新问题，需要连续维护更新。

以是在芯片业，有履历的人才是最名贵的。对于一个“芯片人”，从业10年之内，都算新手，需要去遵照许多前人设下的规则。例如做芯片设计时的时钟同步，就必须要遵照Double Think的规则，确保从一个时钟域到另一个时钟域的同步做对。在入行初期，许多新手也不知道为什么要这么做，只知道师傅这么讲，也就得这么做。

当从业履历到了10-15年，许多坑也已经踩过了，就会逐渐明了为什么要遵照这些规则，而且也最先发现，怎么做能绕过既定规则，发生创新。“这是一个不停螺旋式上升的历程。”仇雨菁说，由于芯片的高庞大性，例如一颗芯片有几千个时钟之间的同步，在流片时代人人都难以阻止处于极端焦虑状态。

除了手艺之外，产物界说也是异常主要的。芯片设计差异于互联网软件，互联网软件从产物界说到上线，时间周期异常短，可能是几个月时间，马上就能看到产物好照样欠好。但一颗芯片从产物界说，到设计出来，再到交付给客户真正实现量产，这个周期需要两到三年。

在这么长的时间里，若何确保当初设定的产物界说，在未来三年后仍然照样先进的，稀奇是现在行业转变越来越快，有时刻客户提的诉求，并纷歧定代表了未来的真实需求。

此时，若何能够提炼出真实需求，而且这个需求是当下能实现的，也不能太超前，由于市场可能还没最先泛起，这就异常磨练芯片设计公司的产物界说能力。事实一颗车规级芯片的生命周期，需要在5年以上才及格。

做消费电子芯片和专注于车规级芯片的公司，照样会有所区别。其中一点即是体现在更好的兼容性上，由于手机芯片需要兼容的操作系统和应用场景是异常有限的，但汽车内里操作系统是异常庞大的，有实时的操作系统，另有保证功效平安的操作系统（好比仪表盘），还要支持安卓等娱乐系统，不能由于在安卓打开了一个APP，就把仪表这边拖慢。

当一些消费电子芯片公司不够成熟的产物应用在汽车上，就会泛起缺陷，差异芯片公司有各自善于的应用领域。例如专注于车规级的芯驰，可以在一致算力下，实现得更流通。芯驰在2020年对外宣布了9系列汽车芯片产物，提供针对汽车的协统一体化解决方案，包罗智能座舱、智能驾驶、中央网关三大应用。

要阻止这些问题，就需要在芯片底层，从软件到芯片的架构，做很周全的考量。这直接关系到最终做出来的芯片，是不是顺应应用场景、效率能否到达最高、最终在车上跑起来流不流通，以及外围适配的这些生态，是不是足够全，这就包罗了语音交互、舆图导航、音乐等等APP能否完整适配。从拿到芯片到最终落地，若何让适配期更流通、快速地渡过，就是像芯驰首创团队这样的“行业老兵”的优势。

4

在汽车电动化和智能化变化中，

汽车芯片产业链会发生哪些推翻？

在我们去年11月的研报中，我们详细剖析了智能电动车的底层变化——接纳新的电子电气架构，在此不再过多赘述。

总结来说，就是虽然看起来传统汽车有许多芯片，但整体算力可能还不如手机，也无法在整车层面举行信息交互或是在线升级（OTA）。而在未来智能汽车时代，会打破漫衍式的设计头脑，思量周全智能化。我们正处于整车电子电气架构三大生长阶段中的第二段：漫衍式、跨域集中、整车集中。这种电子电气架构的改变，是真正底层的革命。

在新的“域”架构及中央盘算架构下，汽车芯片最先跑上亿行代码，这就需要更大算力的芯片，例如SoC芯片。而在算力升级历程中，一场产业链变化也悄然发生，传统Tier1正在被推翻。

按中金公司剖析，MCU是芯片级芯片，一样平常只包罗CPU这一个处置器单元，即MCU=CPU 存储 接口单元；而SoC是系统级芯片，一样平常包罗多个处置器单元，SoC内部通常包罗CPU GPU DSP NPU 存储 接口单元。

对于MCU市场来说，以前一直被恩智浦、德州仪器、瑞萨半导体等汽车芯片巨头占有，其他人很少有时机入局。

在传统汽车芯片产业链中，芯片提供商是Tier2，往往由恩智浦、德州仪器、瑞萨半导体等做好芯片设计之后，让台积电等代工厂制造晶圆和芯片，再让日月光等公司做封装测试，之后形成可销售的MCU芯片产物，最终交付给Tier1做成ECU、DCU等控制器产物装配上车。

但随着高算力SoC芯片大战打响，英特尔、高通、华为等消费电子巨头纷纷入局，这也是许多初创公司的新时机。

更主要的是，整车电子电气架构的变化，也逐渐打破原来车企与Tier1的关系结构，芯片设计供应商的产业链职位上升。由于从跨域集中到整车集中，都市牵涉到差其余域，已经无法按以前那样，把某一个域拆开给到某一家Tier1。以是在新的域之间交互、数据共享的环境下，可能需要车企来牵头设计整车的电子电气架构。

一些高算力芯片的供应商，也乘此时机最先提供软硬件连系的解决方案，他们完全可以绕过Tier1直接与车企对接，从而成为“新Tier1”。

例如英伟达直接对接了一家电动车车企，在提供硬件平台的同时，也提供用于做自动驾驶算法开发的工具链软件及仿真环境等；再好比Mobileye也不甘于当Tier2，只向Tier1供应半制品组件，Mobileye也最先认真完整的解决方案客栈，包罗硬件和软件、驱动战略和控制，以及软件更新服务。他们都最先获得更高的利润率和产业链话语权。

另一方面，越来越多有研发实力的车企，也最先介入芯片设计，甚至会自己研发。背后的缘故原由是，车企一方面希望掌握焦点手艺，另一方面希望掌握高算力时代所发生的数据。

以前，车企通过Tier1的互助模式是非经常见的，好比车企的底盘、座舱、三电系统都划分由一家来实现，最后OEM整合。但以特斯拉这样的高科技车企为代表，就是典型的“什么都想掌握在自己手里”，以是一最先是跟Mobileye互助，厥后改成跟英伟达互助，现在爽性焦点的ADAS加速芯片已经使用自研产物。

固然，车企也不能能什么都自己做，Tier1依然有其价值。现在，汽车芯片产业链正处于一个新的试探阶段，到底哪些事情是Tier1做，哪些事情是车企来做？但可见的大趋势是，车企会倾向于掌握一些焦点手艺，尤其在自动驾驶方面，由于数据、算法对车企来说变得极端主要。

例如在“新Tier1”中的Mobileye，它提供的是一个“黑盒式”解决方案，利益是车企可以即拿即用，但坏处是你无法知道内里的算法是什么，也很难去做个性化改动。但未来许多车企希望有自己的算法，而且能够积累数据，在此基础上做迭代升级，否则对于使用这种“黑盒式”解决方案的车企来说，同质化太严重。

若何能做到差异化，将是车企们下一个阶段的焦点诉求。芯驰看到了这个趋势，提供的产物是一个可选菜单，好比说摄像头环视会有ABC三个选项，只提供参考设计，车企照样可以积累自身的数据或研发使用自己的算法。

这场因疫情扰乱供应链，而引起的“缺芯潮”，料将在2022上半年趋于平息，但本次缺货的许多传统MCU芯片，在远期未来会被逐渐取代。汽车的产业变化自上而下，从动力系统、智能座舱以及自动驾驶，新手艺会逐步取代噜苏的漫衍式架构。

最令人兴奋的是，在这场变化中，中国公司逐渐走在前线。到2023-2024年，一批高算力芯片公司将脱颖而出，成为行业新向导者，而车企与Tier1、芯片公司之间的互助模式，届时也将会有彻底的改变。

References:

1、 中金公司：汽车芯片，自动驾驶浪潮之巅

2、 WSJ：芯片荒问题为何云云难明？

3、 天风证券：芯片行业名目转变之际的矛盾与破局

4、 粤开行业专题：汽车芯片荒何解

5、 国信证券：八英寸晶圆代工为什么涨价？

6、 招商银行：全球汽车“芯片荒”突显汽车芯片制造主要性