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难搞的芯片,把汽车巨头“困”在方寸之间

2021年01月28日 17:54:01
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一枚小小的芯片,让全球各大汽车巨头在刚开年就打了个趔趄,而这种“跌跌撞撞”的情况或许还将持续很长一段时间。

一枚芯片难倒众“英雄汉”

从去年12月初开始,包括大众、戴姆勒、福特日产本田丰田、通用、宝马等在内的全球多家车企因芯片短缺问题导致工厂减产,甚至停产。

据统计,在过去的一个多月中,至少10家国际车企的19座工厂因为芯片短缺减产、缩短工作时间或者停产,受影响的车型逾20款。有专家预估,如果该问题得不到有效解决,部分汽车生产商从今年2月份起,每周产量将减少10%-20%。

本次汽车行业短缺的芯片主要包括用于ESP(电子稳定控制系统)及ECU(电子控制单元)的MCU(微控制单元)。一块小小的芯片,居然就成了难倒众多车企的大问题。

造成本次缺芯问题最直接的原因是新冠肺炎疫情在全球的流行。受疫情影响,海外规模较大的晶圆厂和封装测试厂陆续停产、半导体公司停工,导致半导体元件持续短缺。此外,疫情的流行让汽车企业在去年减少了对汽车产销量的预期,故减少了对芯片的需求量,而疫情期间电子消费行业对芯片需求的增大,又让部分半导体上游企业的芯片产能从汽车转向了电子消费领域。然而,去年下半年以中国为代表的汽车市场复苏所带来的需求增加,让整车企业不得不面临供应不足而缺芯的尴尬局面。

一块芯片真有这么难搞?

小小的芯片,能让各家巨头车企手足无措,其实也反映出当今汽车厂商对于供应链的依赖程度更高,以及高端芯片的制造难度之大。

日前,德国联邦经济部长Peter Altmaier向中国台湾的芯片制造企业台湾积体电路制造股份有限公司(以下简称“台积电”)致信,希望台积电能够快速提升产能和供应。台积电是全球领先的上游芯片代工企业,牢牢掌握着芯片在晶圆制造环节的高端生产技术,这也意味着台积电的产能将直接影响像英飞凌、恩智浦等下游车载芯片生产商的产能。

供应商的产量决定了芯片的供给量,但芯片制造本身也并不是一件易事,成本控制与技术突破,是当前芯片发展最难的部分。

现在制造一个芯片,需要300至500道工序,涉及精密机床、精密化工、精密光学等几乎所有尖端技术。简单来说,芯片的生产制造要经过五个阶段。第一是把沙子提纯转化为多晶硅;第二把多晶硅提炼为单晶硅之后切成晶圆片;第三是在晶圆上制造各种器件;第四,把芯片封装起来;第五,做最后的测试。

在芯片制造领域,除了封装和测试领域相对容易之外,前三个阶段每个阶段都很难。第一阶段中多晶硅的纯度要达到99.999999999%,平时所讲的纯金也不过才是99.99%。在第二阶段的晶圆切片环节,晶圆的平整度甚至需要控制其自身重量导致的弯曲。

如果说前两个阶段就已经很难了,那第三个阶段只能说是难上加难。在晶圆上批量制造各种器件,需要叫做光刻机的设备。如果想要制造7nm或更高级别的芯片,必须要用EUV光刻机才能够保证精度,而全球范围内,仅仅有一家叫做AMSL的荷兰公司能够制造EUV光刻机。所以,制造高端芯片,就一定绕不开AMSL的光刻机,而这样一台光刻机,不但价格贵的离谱,后续的投入也相当大。如此高的成本,对于很多下游芯片供应商企业来讲很不划算。因此,更多供应商会选择像台积电这样的代工厂去制造芯片,从而控制生产成本。

不容忽视的“卡脖子”问题

目前,车载半导体芯片短缺问题的影响开始逐渐显现,据日本媒体报道,台积电、联华电子等半导体代工厂正在商讨提价15%,而且目前已经向直接客户恩智浦、瑞萨等汽车半导体厂商提出了涨价要求,而最终落到终端市场领域时,涨价幅度或许要超过30%。

相比于涨价带来的直接影响,缺芯问题给中国企业带来的潜在危机要远大于此。国家新能源汽车技术创新中心总经理原诚寅在接受媒体采访时曾称,中国汽车芯片短缺的现象将持续十年之久,但是与目前影响产量的供应问题关系不大。原诚寅表示,因新冠疫情导致的工厂中断以及错误预估需求等短期因素将会自然解决。相比之下,中国市场对于电动汽车的需求、国内技术知识的缺乏以及地缘紧张局势的持续带来的问题更严重。

目前,国内汽车芯片的进口率超过95%,像ESP、ECU、新能源三电系统以及自动驾驶系统的中高端芯片,基本被发达国家所垄断。国产汽车芯片短板,一直都是国内汽车制造的“卡脖子”环节。

随着新能源汽车、智能网联汽车、自动驾驶技术的迅猛发展,对芯片的依赖将越来越大,对芯片技术的要求也越来越高。

目前智能汽车AI系统已经在向7nm芯片普及,高通在1月26日已经发布了5nm汽车芯片,特斯拉和三星也正在联合研发用于自动驾驶层面的5nm的芯片,而作为国内领先的集成电路晶圆代工企业中芯国际,现在能够量产的最新芯片也只能达到14nm级别,与国际先进水平还有不小的差距,未来大量智能网联汽车的生产,需要更多精密芯片,如果企业不能突破技术壁垒,将在竞争中更加受制于人。

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