芯片为什么困扰全球汽车行业?The Verge 三月中旬报道,福特计划将一些与安全无关的系统从自家生产的汽车上拆除,以便省下每辆汽车所需要装载的芯片,今年计划购车的朋友将有机会亲身体验一把没有后座温度控制的福特探险者。而福特并不是唯一一家饱受车规级芯片短缺的整车厂,像宝马在去年年底就传出部分车型因缺芯而选择不搭载触摸屏的消息。
自 2020 年开始,芯片短缺的问题在汽车制造业开始形成共识,包括大众、福特、通用、蔚来、理想在内的众多车企在 2021 年初就因为上游芯片的短缺而开始饱受停产和交付的困扰,咨询机构普遍预计,汽车业在 2021 年因芯片短缺而减产 770 到 900 万辆,AlixPartners 预估全球汽车行业在 2021 年总计损失 2100 亿美元营收。车规级芯片短缺的全球现象在今年会出现转机吗?
本期节目,主播 Diane 邀请峰瑞资本合伙人杨永成,共同思考全球汽车行业芯片危机的背后原因。我们常说的芯片到底是什么?芯片行业为什么极其复杂?芯片供需调整为什么比其他行业都难?为何偏偏是汽车缺芯最严重?汽车制造商和芯片厂商都在进行哪些博弈?这样的危机对中国芯片行业又意味着哪些挑战和机遇?
这期节目听完,你觉得今年买车是个好主意吗?
温馨提示
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本期人物
Diane,「声动活泼」联合创始人,「科技早知道」主播
杨永成,峰瑞资本合伙人,深科技领域投资人
主要话题
01:34 为什么会芯片荒?
07:40 晶圆就需要全球化协作?
12:33 芯片确实在吸引更多资源和人才加入,但 know-how 是壁垒?
19:19 汽车最缺芯是因为适配芯片利润最低?
28:29 汽车芯片扩产其实也有办法?生产端和设计端有哪些博弈?
33:35 汽车芯片荒什么时候结束?突破点在哪里?
40:20 中国在芯片的下一步是?为什么不能说摩尔定律限制芯片行业未来的发展?
延伸阅读
- 「华尔街日报」关于台积电产能警告的报道:TSMC Warns of Tight Production Capacity, Prolonged Chip Shortage
- 「福布斯」关于全球面临汽车芯片荒的报道:Chip Shortage, Covid, War Make Car Options, Safety Assists Unavailable
- 「The Verge」关注福特探索者缺芯交付的报道:Ford to ship and sell Explorer SUVs with missing chips
- 英飞凌:Infineon Technologies,半导体巨头,1999 年从西门子集团的半导体部门中独立出来,总部位于德国慕尼黑,是车规级芯片的主要玩家,友商包括意法半导体、恩智浦、瑞萨、德州仪器等。
- 晶圆:英文 Wafer,半导体晶体圆形片,是最常用的半导体材料,由普通硅砂提炼制成;全球晶圆的生产线主要以 8 英寸和 12 英寸为主,晶圆尺寸越大就意味着一块晶圆能生产的芯片越多,成本效益更高。
- 碳纳米管:Carbon Nanotube,管状的碳分子,由日本筑波 NEC 在实验室的物理学家饭岛澄男在 1991 年发现,2013 年「Nature」报道斯坦佛大学用碳纳米管开发出的电脑「Cedric」,据说比硅晶电脑更有效率。
使用音乐
Snooty Fox-Ritchie Everett
Computer Wiz-Marten Moses
幕后制作
监制:刘灿
后期:Luke
运营:Yao
封面设计:饭团
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Special Guest: 杨永成.
a. 芯片的制作过程和pizza相似,需要层层堆叠,但是芯片不是均匀堆叠,且层数很多,需要用到光刻机,光刻机是一个成像设备,形成图案,再据此镀(增材)和蚀刻,需要用到的材料包括晶圆、增材
b. 制作难度导致专业人员很少,且各厂之间不愿意分享技术
i. 行业周期迭代漫长,举例Finfet,胡教授在发明十年以后才在台积电首次实现,可复现工艺的有三星,国内foundry厂尚未实现
ii. 晶圆的精度要求高,至少要达到99.99999%,加工场景要求是一立方米只有1000个以内的微尘,刻蚀机腔体抽成真空的泵叫分子泵
iii. 镀膜材料:比如氮化镓,温度要在1500°以上,需要严格控制温度停留时间
c. 产业链极端国际化
i. 晶圆中,硅的部分日本星月、德国思创做的最好,但同样的硅还有另一种制程,即soi(硅上层形成二氧化硅绝缘膜,再加一层硅)技术是法国的soitec做得好;碳化硅,高电压大电流工艺器件是美国做的最好;氮化镓是日本住友做的最好,等等
ii. 俄乌战争对芯片的影响:乌克兰生产的氖气,占全世界需求的70%
iii. 中国的贡献:光学晶体KBBF,用于光刻机中深紫外波长的激光,做倍频,全世界只有中国能生产
2. 芯片在吸引更多人才和资源引入
a. 设计端:中国、美国、欧洲、日本的研究院体系可以培养
b. 生产端(材料生成):天生就是壁垒,没有发明者会把技术全盘托出
i. 索尼2021年供应不足,才第一次把图像传感器CIS交给台积电代工;索尼之前做IDM(自己设计,自己生产),在消费摄像头上发明了很多技术(堆栈式结构等),没有其他厂掌握技术
ii. 第三方foundry是近年的趋势,随着技术发展,knowhow壁垒变薄了,比如数字电路(CPU,GPU)工艺成熟,竞争层次在设计端而不是加工端,于是就找了第三方
iii. 但也有一些仍然做IDM,比如手机滤波器,仍然由村田自己做(材料、工艺、生产设计都是自己的),还有工艺器件、光学器件(滤波器)一半以上都是IDM
3. 芯片荒
a. 疫情期间,国际性协作较强的半导体工业会有影响,但也有观点认为疫情期间需求会比较弱,这两种观点冲突无法预判
b. 事后从需求端来看,对芯片的需求还是不小的
i. 比如笔记本电脑、手机(全球手机数量增长乏力,不代表手机芯片增长乏力,5G手机也兼容了4G、3G的功能,芯片要cover所有带宽),多个晶圆的die封装一起,比如射频FEM模组(滤波器、LNA等,芯片数量不降反增)
ii. 比如智能家居
c. 汽车行业近十年有变化,尤其在特斯拉出现后,造车新势力要把汽车变成信息平台,类似当年手机发展,新增激光雷达、摄像头等,且原有的电子产品平民化了(倒车镜自动翻转功能,需要MCU/ECU来完成)
4. 汽车行业的缺芯尤其受影响
a. 半导体工业是复杂度高、自动化高的行业,偏好大规模生产,效率比印钞机还高,foundry本质靠效率挣钱,希望单品尽可能多,晶圆尽可能大,因此CPU/GPU很快就恢复产能了
b. 汽车行业芯片具备要求高(汽车十年不出故障)
i. ECU缺:ECU种类很多,覆盖电机电控等,knowhow高、资质深,还要综合考虑软硬件,在foundry看来是一个碎片化市场
c. 模拟芯片为例:8英寸vs12英寸,12英寸成本低40%,利润高8%