博世再建晶圆工厂,汽车行业为何需要专属芯片供应?

博世再建晶圆工厂,汽车行业为何需要专属芯片供应?,第1张

最近一段时间,博世在半导体领域动作频频。3月8日,博世德累斯顿晶圆厂宣布其首批硅晶圆从全自动化生产线下线。根据介绍,这批晶圆生产历时六周,共经历了约250道全自动化生产工序,从晶圆到最终的半导体芯片成品,整个生产流程还将经历约700道工序,耗时10周以上。德累斯顿晶圆厂投入运营后,将主攻车用芯片制造。

3月9日,博世再次宣布隶属于博世集团的罗伯特·博世创业投资公司已完成对基本半导体的投资。基本半导体是国内的碳化硅功率器件提供商之一。碳化硅是第三代半导体的代表材料,采用碳化硅的功率半导体以更具优势的性能正逐步取代硅基半导体,广泛应用在新能源 汽车 、充电桩等领域。基本半导体所获融资将重点用于推进车规级碳化硅产品的研发、制造及规模化应用,其产品可以帮助博世实现本地供应。

3月12日,博世与全球领先的特殊工艺半导体制造商GlobalFoundries合作共同为自动驾驶 汽车 研发雷达芯片。据了解,GlobalFoundries位于德国德累斯顿的Fab 1工厂将为博世生产高频雷达芯片,双方合作的芯片预计将于2021年下半年开始交付。

一系列动作可以看出,博世在车用芯片领域通过合作、投资、自建工厂三种不同的方式进行着自己的布局。作为全球最大的 汽车 零部件供应商,博世在半导体领域的投入已超过50年。早在1968年,博世管理层就决定建立属于自己的工厂进行半导体生产,并于1970年2月开始了集成电路的生产。随后,用于发动机控制的压力传感器、用于安全气囊系统的加速度传感器以及用于车身电子稳定系统ESP的角速度传感器,博世均实现自主研发和生产。2005年,博世成立子公司Bosch Sensortec,进入消费电子领域。

或许是由于博世在 汽车 领域的成绩过于闪耀,博世在半导体领域的地位一直被很多人所忽视。根据StrategyAnalytics的数据,2019年博世在全球 汽车 传感器市场位居首位,占据14.1%的市场份额,在功率半导体市场里排名第三,市场份额占比9.1%。

如今,博世德累斯顿晶圆厂即将在6月正式投入运营,新晶圆厂生产的是直径为300毫米的晶圆,罗伊特林根工厂生产的是150毫米和200毫米晶圆。据博世的介绍,德累斯顿晶圆厂单个晶圆可产生31,000片芯片。与传统的150和200毫米晶圆相比,300毫米晶圆技术将使博世进一步提升规模效益并巩固其在半导体生产领域的竞争优势。新晶圆厂的产能将为博世满足日益增长的半导体产品需求提供极大的助力。

博世德累斯顿晶圆厂从2018年6月开始施工建设,历时三年才进入投产阶段,总投资超10亿欧元(约77亿元人民币),是博世100多年 历史 上总额最大的单项投资。博世为何不计投入也要扩大芯片产能,为 汽车 行业建立专属芯片工厂?

近几个月不断发生的事情或许可以给出答案。从最初的芯片短缺导致整车企业停产,到后来的日本地震进一步加剧芯片短缺,再到美国暴雪停电导致芯片停产,引起大范围恐慌,芯片成为了今年以来车圈最大的“芯”问题。

相比于芯片短缺带来的实际影响,国内 汽车 企业在心理上收到的冲击则更加剧烈。有了通讯领域被断供的前车之鉴,国内车企对芯片问题格外敏感,因此本届两会期间,如何让车用芯片自主可控成为了 汽车 大佬们建言献策最集中的领域之一。

事实上,对芯片感到担忧的 汽车 企业并不只集中在中国。从最早大众爆出因缺芯停产后,通用、福特、本田、丰田等国际车企均受到了芯片供应的影响,并缩减了产量。缺芯俨然已经不是某一家车企、某一个国家所面临的问题,而是全球 汽车 行业共同的瓶颈。

“ 汽车 产业必须建立自己的芯片产业供应链”一时成为了行业的呼声。众多主机厂纷纷宣布要研发自己的自动驾驶芯片,但无一例外地采用了无晶圆厂的运作模式,这种运营模式下,芯片的生产和制造环节依然要依赖半导体芯片生产加工厂商。

采用代工的模式实则无法从根本上解决 汽车 行业缺芯的卡脖子难题。当前的主流半导体生产加工企业均以消费电子客户为主,在技术应用和产线规划上均偏向消费电子芯片。以世界上最大的芯片制造企业台积电为例,2020年 汽车 芯片仅占台积电销售量的3%,远落后于智能手机芯片的48%和高性能计算芯片的33%。

究其原因,消费电子所使用的的芯片与 汽车 上所使用的的芯片有很大的区别。消费电子的芯片在开发阶段追求唯快不破,目前7nm制程的芯片已经大范围应用,5nm制程的芯片也逐步应用到了iPhone等旗舰机型上。而 汽车 本身空间较大,而且大部分芯片使用在底盘、安全、车灯控制等低算力领域,因此不用过于追求先进的制程工艺。也正因此, 汽车 芯片的毛利率要更低,对于产能有限的代工厂来说,当然更愿意生产更先进、利润更高消费电子芯片。

更重要的是,大部分传统 汽车 芯片的技术水平虽然不高,但对质量的要求却极高。 汽车 作为交通工具的特殊性,使得其对 汽车 芯片可靠性、安全性、长效性的要求极其严苛。据了解,消费电子芯片的不良率要求只需满足200ppm(万分之二),而 汽车 芯片的要求是1ppm(百万分之一),而车企对芯片供应商的不良率要求其实更低,因为对 汽车 而言,任何不良都有可能导致严重的交通事故。在使用寿命要求上,消费电子芯片要求的使用寿命为10年, 汽车 芯片长达20年。

此外,手机芯片的发展基本遵循摩尔定律,每年一更新,一款芯片能满足两三年内的软件系统性能需求即可。但是 汽车 的开发周期比较长,一款新车型从开发到上市验证至少要经过两年以上的时间,使用周期更是长达十年以上,这也对 汽车 芯片设计的前瞻性提出了很高的要求。

显然为 汽车 企业制造芯片是一件费力不讨好的事情。一旦芯片供应出现紧缺,跟消费电子芯片混线生产的 汽车 芯片在产能和质量上都将出现不可避免的风险。对于要求如此严苛的 汽车 芯片而言,要在关键时刻临时更换供应商几乎不可能实现。

即使在手机行业,类似的悲剧也时有发生。刚刚发布的高通骁龙888旗舰芯片本该选择制程工艺和产能更占优势的台积电代工,但由于种种原因最后偏偏找上了三星。结果芯片发热问题严重,随后高通赶紧推出台积电代工的骁龙 870 作为救火队员,才勉强稳住了局面。手机行业出现类似问题尚能弥补,但这却是 汽车 行业无法容忍的事情。

对于 汽车 行业,芯片是采购周期最长的关键部件,往往需要提前半年甚至一年下发订单,如此长的供货周期迫使 汽车 企业必须承受巨大的不确定性。而对于博世这样的一级供应商来说,更是无时不刻不面临着芯片供应的问题,自建晶圆工厂既是出于对供应安全的考量,也是对产品功能安全最有力的保障。唯有如此,才能将主动权牢牢掌握在自己手中。

在电气化和智能化的推动下, 汽车 成为了半导体向前发展的新领域。 汽车 半导体作为一个新兴领域,也被众多企业所垂涎,因而,在近几年中发生在 汽车 半导体行业的并购越来越频繁,甚至还出现了几宗超百亿美元的超级收购。这些并购当中,不仅涉及了传统的 汽车 半导体厂商,还包括了一些计算芯片领域的巨头企业。在众多厂商纷纷开始布局 汽车 半导体的局势之下,是否也意味着 汽车 半导体领域的竞争进入到了加速阶段?

汽车 半导体领域的头把交椅发生变化

众所周知,2015年当中发生了很多并购案,其中,NXP收购飞思卡尔是当年半导体领域中的一大重大变化,而这也促使 汽车 半导体领域发生了变化。

根据市场研究机构IHS Technology在2014年发布的数据显示,在没有发生该笔并购之前,2013年全球 汽车 半导体供应商排名中,前十名供应商的名次与2012年完全相同,当时位居榜首的是瑞萨,紧随其后的是英飞凌和意法半导体。

(2013年全球 汽车 半导体供应商排名)

由于NXP收购飞思卡尔后,这两者的合并销售额得到了大幅度的提高,从而,NXP于2015年跃居 汽车 芯片市场龙头宝座。瑞萨则下滑到了第三的位置,有报告指出,瑞萨 科技 的下滑是由于受到美元对日圆汇率眨值而持续受挫。

在NXP蝉联 汽车 半导体榜首数年之后,伴随着英飞凌收购赛普拉斯的方案的敲定,这种格局再次发生了变化——在 汽车 半导体方面,英飞凌将以13.4%的市场份额超越其竞争对手恩智浦,成为最大的 汽车 半导体供应商。而在 汽车 微控制器领域,英飞凌也将跻身前三。

我们都是知道,无论是飞思卡尔还是赛普拉斯,他们在 汽车 半导体领域中的地位都不算低,但他们却都走向了被收购的结局。而收购他们的也都同样是在 汽车 半导体领域中享有盛名的企业,这种发生在细分领域巨头之间的并购,是否也意味着这个细分领域市场将要爆发?

在哪些方面展开竞速

根据 汽车 市场情况来看,在低碳经济的理念指引下,全球 汽车 产业正朝着能源多元化、智能化、绿色化三大方向不断催生出新的变革。在此驱动下, 汽车 半导体在 汽车 当中将扮演着越来越重要的角色。

根据德勤分析给出的数据来看,半导体成本(即电子系统零部件的成本)已经从2013年的每车312美元增加到了如今约400美元。 汽车 半导体供应商正获益于微控制单元、传感器、存储器等各类半导体设备需求的大幅上涨。到2022年,半导体成本预计将达到每车近600美元。

每量车所带来的600美元成本则来自于多种 汽车 半导体器件,包括MCU、功率半导体(IGBT、MOSFET等)、传感器及其他。这也是各大 汽车 半导体企业所抢夺的市场。就车用微控制器而言,它在传统燃油车和新能源 汽车 中均能发挥用处,而在NXP和英飞凌完成收购后,他们在车用微控制器方面的实力都有所提升。这也为他们追逐当下 汽车 市场利润提供了支持。

此外,新能源也是 汽车 发展过程中不可忽略的大方向。由传统内燃 汽车 向新能源 汽车 的转变意味着 汽车 要像电气化、电子化方向发展,而电气电子模块中最核心的就是半导体芯片。

根据中商产业研究院的报道显示,电气化和智能化为 汽车 半导体带来的影响主要包括以下三个方面:首先是摄像头雷达等感知层器件的搭载量上升,推动了CIS、激光器、MEMS等半导体器件的市场;其次,自动驾驶从L2向L4升级,带动了用于决策的 ASIC、GPU等计算芯片的用量增加;第三,动力传动系统从燃油引擎向混合动力及纯电动的升级大幅推高功率半导体用量的增加。

以上三个方面为 汽车 半导体领域带来了新的发展契机,也同样带来了新的竞争者。新的竞争者主要出现在车载计算芯片的应用上,计算领域芯片巨头英伟达、英特尔等,纷纷开始投入到自动驾驶领域,其中英特尔更是斥资153亿美元收购视觉ADAS主导厂商Mobileye,以布局 汽车 领域的发展。

除此之外,车载雷达也是 汽车 半导体企业在近些年来着力发展的市场之一,尤其是在车用毫米波市场上,多家企业已经推出了相关产品并展开了竞速,尤其是在77GHz毫米波雷达上竞速已经铺开了,参与其中的半导体企业包括NXP、英飞凌、TI等。

同时,在 汽车 感知层方面中所涉及的CIS领域也有了新的玩家参与。众所周知,安森美是 汽车 CIS领域的龙头,其市场占有率超过50%。而伴随着三星宣布其CIS发展后,它就成为了 汽车 CMOS图像传感器领域中的搅局者,ISOCELL Auto就是三星为强化其CMOS图像传感器在 汽车 领域的应用所推出的品牌。

第三代半导体器件的发展也推动着 汽车 半导体产业向前发展,尤其是在车用功率器件领域,第三代半导体将发挥着巨大的作用。对此,也有很多 汽车 半导体厂商在该领域中进行拓展。英飞凌、罗姆等企业在碳化硅领域中拥有着不错的成绩,同时,意法半导体在今年以来,也增加了其在氮化镓领域的布局,它从合作和收购两方面入手(意法半导体在今年3月收购了氮化镓创新企业Exagan的多数股权),力图未来在 汽车 电子方面取得成绩。

此外,车联网的大趋势也为 汽车 半导体提供了发展的动力,但就市场形势来看,车联网还处于发展阶段,其技术发展路线并没有统一。目前,车联网 V2X通信技术有 DSRC与LTE-V两大路线。NXP主推 DSRC 技术,高通则主推 LTEV 和 5G 标准。

从这些企业在 汽车 半导体领域中的布局,我们不难看出, 汽车 半导体市场的竞争正在加速。

主要营收市场发生变化

汽车 半导体需要依靠 汽车 来发挥它的作用,而 汽车 却不像消费类产品,大部分终端用户不会在短期进行更换,因此, 汽车 市场的需求量可能会极大地影响 汽车 半导体的发展。

根据Strategy Analytics的《2016年 汽车 半导体厂商市场份额》显示,在该年中, 汽车 半导体厂商的主要收益来源国首次由日本变为中国,这也意味着全球 汽车 电子产业结构转换。同时,根据前瞻研究院的报告显示,中国 汽车 产销量已经连续十年蝉联全球第一,属于全球 汽车 产销大国。

中国不仅是目前全球大的 汽车 市场,也是全球 汽车 制造中心之一。据德勤预计,轻型 汽车 产量在全球范围内的占比将达到近29%,而这些趋势均使亚太地区倍受半导体厂商的青睐。

对于传统 汽车 半导体巨头来说,他们比较熟悉车规的标准,凭借其多年的经验,他们在 汽车 半导体市场中占有着有利的位置。此外,对于类似英伟达和英特尔等通过利用计算芯片打入 汽车 市场的半导体企业来说,由于这类芯片也是 汽车 的新应用,因此,产品性能或许才是重要的。而凭借他们在半导体产业中多年的积累,他们则在技术实力上占据着优势(他们还可以通过积累的资本,以收购的方式来提升他们的实力)。

国产 汽车 芯片新势力

面对国际 汽车 半导体厂商的强劲实力,本土 汽车 半导体企业的发展之路并不平坦,他们不仅要面临着技术和法律壁垒,还要接受国内 汽车 电子产业上下游互动机制尚不完善的挑战。在这种情况下,我国本土仍有一些 汽车 半导体企业在该领域中默默耕耘,试图打破这种困局。这其中不仅包含本土半导体厂商向 汽车 领域进行拓展,还有一些Tire 1企业参与到了 汽车 半导体的研发中来。

就本土半导体企业而言,近期,我们发现有很多企业开始倾向 汽车 领域的发展,且他们所针对的应用也十分多样化,涉及了车控类芯片、CIS、车联网、毫米波雷达等多种领域。

具体来看,四图维新旗下的杰发 科技 就是在这期间成长起来的专注于 汽车 半导体等领域的企业,其车控类 汽车 电子芯片的表现尤为亮眼;大唐恩智浦则致力于于新能源 汽车 及传统 汽车 的电源管理和驱动,在 汽车 半导体领域大展拳脚;AI独角兽企业地平线也开展了 汽车 相关的业务,其地平线征程二代芯片已被一些整车厂商所采用;在车用毫米波雷达领域,也出现了一些初创企业致力于此,包括加特兰、隼眼 科技 、安智杰等企业;同时,还有一些半导体企业增加了 汽车 领域的投资,包括华为投资了车载以太网芯片研发商裕太车通。

此外,国内Tire 1也顺着 汽车 智能化和电气化的发展方向,开始与半导体厂商进行合作,或者自行研发相关的半导体器件。这当中包括,吉利集团控股的亿咖通 科技 与Arm中国合资建立了湖北芯擎 科技 ,规划建设车规级芯片及通讯模组的研发、测试及生产基地。此外,在车用IGBT方面取得了一定成绩的比亚迪也于今年宣布,其半导体业务已完成了拆分,并正式更名为比亚迪半导体有限公司。据悉,引入战略投资者完成后,该公司还将继续深耕于车用IGBT领域。

结语

汽车 半导体已经成为了半导体产业当中最具发展前景的领域之一。同时在电气化和智能化趋势的推动下,传统车厂也开始寻求能够助力其向这个方向发展的半导体供应链,这为半导体产业带来了新的发展机会,由此,也引起了半导体企业在 汽车 领域展开竞速。

同时,伴随着近些年来人工智能等技术的提升,与 汽车 相关的AI芯片也开始渗入到 汽车 中来,因此,也催生了一些专注于计算芯片和感知层芯片的企业能够有机会参与到 汽车 半导体芯片的竞争中来。

汽车 半导体的竞争不仅引起了半导体巨头的注意,在新应用中还吸引了一些初创企业参与其中。因此,我们也看到并购、收购股权这样的事发生在 汽车 半导体领域中。而这都加剧了 汽车 半导体行业的竞争。

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