寰宇车企何故普遍缺“芯”眼?

几乎所有汽车制造商都受到了芯片短缺的打击。仅在1月和2月,缺“芯”就让全球汽车行业损失了至少45万辆的产量,戴姆勒、大众汽车、 日产与本田汽车等车厂相继宣布减产。

汽车可能很容易被理解成一个纯机械的工业产品,但事实上一台汽车上的芯片数量比我们身边任何的电子产品都要多。

常见的消费级电子产品都在芯片数量已经芯片制程上做减法,如今我们能买到的个人电脑(PC)的芯片总数相比10多年前已经有了比较大的减少(南北桥芯片甚至GPU的集成化);而“寸土寸金”的移动设备(手机、平板等)更是将AP/CPU,GPU,RAM,Modem,ISP,DSP(数字信号处理),Codec全部集成在了一个小小的SOC当中。而芯片的制程也遵循摩尔定律在20年内从Intel奔腾4时代的90nm狂飙突进到AMD锐龙Zen3的7nm。晶体管数量up,处理性能up,芯片面积和数量则逐渐降低,这就是消费级电子产品的基本迭代逻辑,但汽车好像不是这样的。

一辆采用分布式 E/E 架构传统汽车上会有40-150种芯片。这些芯片按照功能可以划分为:第一类:负责算力和处理(CPU),比如自动驾驶芯片、车机处理器,或是用于发动机/底盘/车身控制的传统MCU;

第二类:负责功率转换芯片,如IGBT(能源变换与传输的核心器件)等功率器件;第三类:传感器芯片,用于各种雷达,车辆工作状况监测等。特斯拉Model 3的大脑HW3.0采用16nm制程一般来说第一类芯片的数量是最少的也是最关键的,因为它们算力强大且成本高昂,且主要承担数据处理的工作,类似于电脑、手机CPU的功能。

其中自动驾驶芯片和车机处理器属于“新产品”,它们一般采用先进的制程(28nm以下),拥有不输给手机、电脑处理器的计算能力。

跟HW3.0一比 传统ECU落后的像GBA游戏卡

但MCU芯片相比这些“小鲜肉”来说可就是“老祖宗”了。与追求算力的智能芯片不同,汽车MCU芯片的第一要务是可靠,所以一般它们采用90nm-130nm的“上古”制程。

是不是觉得这种老掉牙的玩意不可能缺货?事实上本次芯片短缺的“罪魁祸首”就是这老掉牙的MCU芯片。一是这一类芯片的供应商不多。由于关乎行车安全,所以MCU芯片的制造良品率要求苛刻到了极点——手机芯片的不良率可以接受万分之2,而汽车芯片的不良率是百万分之1!这就引出了“产线认定”的概念——汽车厂商深度参与芯片厂的生产线建设,直至符合自己的要求,然后一直用这家芯片厂这条生产线生产出来的芯片。

产线认定一般要花掉厂商半年到一年的时间,所以即使半导体工厂发生问题,产量不足,汽车厂商也不会轻易地转移到其他工厂生产。近乎于100%的良品率,出货的价格也不能太高(车企对成本非常敏感),最终促使了车载半导体产品的利润率非常的低,愿意生产的厂家也并不会很多。自然也容易受到原材料短缺、疫情等突发情况的影响。

第二个原因就是上面说的突发情况了。由于疫情的关系,2020年初大部分机构都预测当年的汽车销量会大幅下降,所以许多芯片厂商都没有开足机器,谁知道中国市场汽车销量在下半年猛然复苏,芯片产量一下子就跟不上了;再加上消费电子类芯片出货量大,利润高,工厂更愿意投产去生产消费电子类芯片,而且去年华为在制裁生效之前大量向台积电采购芯片让各大厂商都集中精力去生产12英寸晶圆,这也使得用于生产汽车芯片的8英寸晶圆遇到了原材料短缺的问题。工厂产能不足+原材料不足,这就是本次“缺芯”的核心原因。

据报道,特斯拉暂时没有出现芯片短缺的问题,而国产新势力蔚来、理想、小鹏也没爆出“缺芯”。国产新势力出货量以千为单位,所以缺芯的问题应该是不存在的。而特斯拉由于采用中心化的处理架构(Model 3和Model Y),整个EEA(电子电气架构)架构只有三大部分:CCM(中央计算模块)、BCM LH(左车身控制模块)、BCM RH(右车身控制模块),与“行驶”,“转弯”和“停止”相关的控制仅仅由HW3.0(整车控制器FSD Computer,采用ARM A72架构,16nm制程)和三个车身控制器执行(四块芯片对比传统汽车的40-150块芯片,是不是很夸张)。

所以不光光是芯片数量少的多,制程上也远远领先传统车型的MCU芯片,可以采用更加“大众化”的12英寸晶圆,自然也不容易遇到短缺的问题。不过效率至上的特斯拉会不会像大众丰田那样拥有近乎变态的良品率要求呢?我们暂时还是持保留态度吧。。

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