2020年在全球爆發的COVID-19疫情直接衝擊汽車產業,在下半年需求逐步復甦後,卻在2021年一開始面臨車用晶片缺貨,而讓各大車廠再度面臨減產或是調整生產計劃。

為什麼車用晶片供給會不足?日前已經有許多篇報導或是評論提及,因為疫情促使汽車需求下滑,但卻讓電腦、手機、5G或是高性能運算(high performance computing)的需求擴大,這些急遽擴大的需求讓全球晶圓代工廠的訂單已經排到半年後(主要是台積電(Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, TSMC;以下稱為TSMC)產能滿載),間接擠壓車用晶片原有的供給產能,因此,在汽車需求復甦後,卻面臨車用晶片供給銜接不上的窘境。

但是,我們認為這些原因很難全面解釋造成全球車用晶片大規模的供給短缺。車用晶片缺貨荒是十分罕見的情況,這是在疫情、汽車產業特性、生產產線認證與晶圓代工產能滿載等多重因素下,才導致這項始料未及的事情發生。因此,在以下篇幅我們會仔細說明原因;了解這些原因之後,我們將繼續探討車用晶片的蓬勃發展。

疫情打亂商業循環

汽車產業是一個相對傳統的產業,有自身的發展規律,這也是多年來逐漸形成的,如同經濟循環一樣,汽車產業也有穩定的商業循環。以日本市場為例,在4月新的會計年度來臨前,每年的3月都是銷售高峰;而在亞洲市場,則是與歐美一樣,在年底前降價銷售,消化庫存,爭取更多訂單已是一種常態。

但是,突然來到的COVID-19疫情卻是打亂了原有的規律,需求瞬間凍結,促使很多車廠減產,甚至停工,當時市場普遍預期整個2020年的新車銷售數量將會相當低迷。如同預期,2020年3月新車需求明顯下滑,5月、6月與7月更是來到各家車廠新車銷售相對低點。在此同時,為了因應下游市場的需求委靡,車廠紛紛取消原先對上游零組件的訂單,並進行生產計畫的下調。

但是,需求下滑趨勢在7月後開始呈現緩和,10月後市場對於新車需求可以說是幾近完全恢復;可是多數車廠卻仍處於觀望態度,並未積極恢復生產。這是為什麼?

獨特的產業特性

新車市場是一個少量多樣的奢侈品市場。因為這樣的特性讓車廠不願意提高庫存水位,而且積極轉嫁相關零組件庫存至上游零組件廠商以及新車成品庫存至下游的經銷商。因此,車廠本身可以說是總是享有汽車產業內最低的庫存水位。

加上,汽車產業本質上並非高毛利的產業,由於臨界生產(lean production)思維所發展出來的零庫存管理模式,所省下的成本,遠遠超過斷鏈或是停產所帶來的損失。

所以,大部分車廠都以盡力減少庫存水準為目標。在未確認市場需求呈現反轉時,多持以觀望的態度,畢竟隨著需求逐漸上揚,大部分的零組件供應都可以快速到位,而且當時並沒有任何車廠認為可以如期按照2021年原有計劃生產新車,因此上游零組件與下游成品的庫存也都維持在最低水準。

可是,沒有預期到的是,低庫存的生態環境,隨著市場需求的回升,卻讓車用晶片成為廠商減產的元兇。

為什麼車用晶片的供給彈性如此低?沒有辦法立即擴大供應?

生產線認證

車用晶片屬於特殊規模,對於運作溫度、濕度、抗震與靜電等要求非常嚴苛,同時,不良率更需要低於1ppm(百萬分之一);在接近零的不良率要求下,顯示車用晶片所需要的可靠度非常高。

加上,一輛汽車的使用期限經常超過10年,甚至20年之久,因而讓車廠對於晶片會要求更長的生命週期。為了實現極高的可靠度,車廠通常都會對生產車用晶片的半導體工廠實行生產線認證。例如,當TSMC代工生產動力系統車用晶片時(例如,馬達與驅控系統),會因應需求,客製化設計數百道工序所組成的生產製程,車廠並會為這條生產線的各項製程條件與生產設備進行認證。

一般來說,在高可靠度與生產線認證(production line certification)下,車用晶片的生產廠商原則上不可以更改,一但更動,必須得花費6個月至12個月的時間進行生產線認證。在這樣的考量下,這便造就車用晶片的可選擇性少與生產廠商的更換不易等特性。

晶圓代工產能滿載

2020年第一季因疫情影響,市場需求不佳,所有晶片的庫存水位皆甚低。

但是,第二季消費與通訊產業快速復甦,相關消費與通訊晶片廠商紛紛搶訂晶圓代工產能,讓2020年下半年接單趨於滿載。汽車產業相對於其它產業復甦時間較晚,直至第三季末,當車廠開始嗅到需求上揚時,透過Bosch或Continental等車用零件廠向Infineon、NXP、Renesas、STMicroelectronics或Texas Instruments等半導體廠商追加車用晶片,再透過這些半導體廠商下部分訂單至TSMC(特別是需要採用0.28微米(µm)以下製程的車用晶片)、UMC(United Microelectronics Corporation)或GlobalFoundries等晶圓代工廠進行生產。在此同時,車用晶片最需要的8吋成熟製程,已是當時產能最缺的部分。

此外,車用晶片晶圓代工生產製程至少需要2-3個月的歷程,以及生產線認證的要求,加上後續封裝等各項工序也需要幾週不等的時間,這便造就車用晶片的供給彈性極低,進而導致這一波嚴重缺貨的情況。

舉個例子來說,在晶圓代工產能未滿載的前提下,如果事先了解到2021年1月新車銷售數量會開始成長,那麼最晚要在6個月之前投下車用晶片的訂單。可惜目前產能滿載,所以,這一波車用晶片缺貨荒,得待產能餘裕後,再至少2-3個月後才能開始生產車用晶片;因此,缺貨情形最快需要12個月後才能完全紓解。而且,上述這個時間點,是需要在生產線切換運轉順利的前提下才能達到,例如,不包括各項製程工藝條件的再度調整,或是生產線的再認證需要。

蓬勃發展的車用晶片

汽車產業供應鏈既長又複雜,目前,仍有少部分的車廠影響較小,例如,BMW、Kia與Hyundai等,關鍵的原因便是直接切入車用晶片的採購以確保穩定供應。

不過,把時間拉長來看,儘管遭逢這次難關,大部分車廠也不太可能改變原有的低庫存生產策略,因為運用這種方式所省下的成本,應該還是超過2021年停產或是減產所帶來的損失。

值得注意的是,這一波車用晶片的缺貨卻是凸顯車用半導體對於汽車產業的重要性日增。從以前的電腦再到手機,都可以說是推動半導體市場強勁發展的應用,但是,汽車會是帶動下一波成長的重要推手嗎?

我們認為是的。

除了原本的Infineon、NXP、Renesas與STMicroelectronics等持續主導多項併購外,汽車產業也由原本燃油車逐步朝向電動車與自駕車的發展趨勢,這讓汽車晶片的種類也隨之豐富。在這個過程中,新加入的廠商促使更多的併購與引導新的趨勢。

例如,2016年Samsung併購Harman,順利進入汽車半導體市場,2018年Intel透過併購Mobileye,得以進軍自駕車領域。2019年Qualcomm推出Snapdragon 820車用平台系列,2020年發表Snapdragon Ride自駕平台。

又例如,Waymo(Alphabet子公司)、Aurora Innovation、Tesla與Amazon等都積極投入自駕技術晶片的研究,這些都是非傳統的車廠,但都以獨特的技術與想像,以顛覆整個汽車市場為目標。另外,Apple的進軍汽車產業,也會賦予汽車更多的科技想像,並將引領更多科技大廠跟隨進入汽車產業,甚至改變汽車產業。

這些併購與新趨勢將引領車用晶片新的發展格局。

雖然這一波車用晶片缺貨主要是採用8吋成熟製程,但是,隨著電動車與自駕車的發展,邁向更高階的製程與微米需求是一定的趨勢,這一點絕對會推動車用半導體市場的強勁發展。由此看來,全球半導體市場會因車用晶片的市場需求而發生改變,而汽車市場也會因為車用晶片的技術提升而發生改變。

對於車廠而言,車用晶片已經不能只是視為「零組件之一」,而是汽車的「關鍵零組件」。因此,原有的低庫存生產策略,在車用晶片上應該是越來越不適用,車廠應該要開始掌握關鍵的車用晶片。