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全球芯片荒：科技发展与垄断生产力的必然矛盾

来源：晰数塔互联网快讯时间：2021年10月27日 09:00

本文来自微信公众号“芯锂话”（ID:ddxinsanban），作者：芯锂君，36氪经授权发布。

©芯锂话·半导体组原创/出品

作者 | 林晓晨

“芯片荒”有多严重？中日美欧等四个主要汽车市场的9月销量同比下降26％。

在这场危机面前，人类显得那样弱小无力，已经有很多学者站出来表示“芯片荒”可能仍将持续很长时间，短期内我们将不得不继续忍受这样的局面。

究竟全球“芯片”为何突然之间不够用了呢？追根溯源，这完全是由于供需失衡所造成的。

供给端，欧美企业几乎垄断了整个芯片产业链，通过技术封锁、客户绑定，来压制中国芯片企业的发展。中国几乎是世界上芯片应用量最高的国家，但国产替代率却仅为个位数，其中的苦涩无需多言。

在原本的产业格局中，各链条有序发展，是并不存在“缺芯”这件事的。然而，随着全球疫情爆发，美国遭遇特大寒潮，日本瑞萨电子惨遭大火，全球“封测重镇”马来西亚疫情反弹，全球芯片产能释放遇到了极大的考验。

需求端，新能源汽车迅猛推进，一辆汽车中电子产品的比例显著增加，促使全球芯片的应用量被前所未有的放大。再加上物联网、光伏能产业的发展，进一步放大对芯片的需求。

一边是需求爆发，另一边是产能受制，“缺芯”的到来实属必然。

本质而言，缺芯是因为全球科技发展与垄断生产力之间存在无法调和的矛盾。欧美国家对于“芯片”技术的保护，是造成这场危机的根本所在。

解决“芯片危机”，需要的不是口号，而是切实的产能提升。纵观全世界，中国无疑是解决芯片生产的最优之选。

由此来看，这场“芯片荒”极有可能加速中国芯片厂商的追赶速度，有利于在中国芯片企业全球市场站稳脚跟。

/ 01 /新能源带来的改变

尽管疫情、暴雪和火灾削弱了全球芯片的产能，但“缺芯”的更核心因素依然还是因为需求端的突然释放。

2020年，全球新能源汽车渗透率仅为3.7%，但今年上半年这一数据飙升至6%，提升了2.3个百分点。具体来看，2021H1全球新能源汽车累计销量达241万辆，较去年同期增长170%。虽然这其中有去年疫情导致基数较低的因素，但新能源汽车销量的增长却是实打实的。

众所周知，新能源汽车与传统汽车的最大不同就在于动力方式，差异于燃油系统，新能源汽车用三电系统来提供动力。所谓三电系统指的是由电池、电机、电控所组成的系统。

来源：NE研究院，英飞凌季报，国元证券研究中心

三电系统带来的最大改变就是车规半导体数量显著增加。长远来看，电动化、自动化、数字化三大方向促使新能源汽车的成本结构发生了本质变化。

现阶段，新能源汽车对于芯片的需求主要是由电气化所催生。

传统汽车中，燃油发动机约占汽车总成本的30%，是占比最高的；同样的在新能源汽车中，电控系统也是成本占比最高的部分，仅电池一项达到汽车总成本的35%，电机、电控占剩余的30%成本。

电池系统控制化学能转化为电能；电机系统在接受电能后将其转化为动能，驱使汽车前行；电控系统则是电机的控制器，由逆变器和控制器两部分组成，逆变器负责将直流电转化为交流电，控制器则是通过控制变频器频率的升降来实现加速和减速的功能。

整个三电系统中，涉及到多次电能转换，就需要通过大量的功率半导体来实现。据国际咨询机构罗兰贝格测算，动力系统的改变将会让汽车中电子元器件的需求量猛增3.5倍，由640美元单辆提升至2875美元。

具体来看，虽然内燃机被更替，汽车将减少395美元的电子元器件，但电池控制和电动力总成却分别增加770美元和1860美元的电子元件成本。

纵观全局，IGBT和MOSFET等功率器件的需求量随着车辆电动化的进程而显著增加。对于电动化很低的微混汽车而言，IGBT组件的个数仅为2-3个，而随着电动化程度的加深，马达功率在120kW以上的电动车IGBT组件的个数可能达到150个。

这还仅仅是电力系统带来的车规半导体数量增长，在汽车自动化和智能化风潮下，雷达系统、传感系统、计算系统芯片的需求量都将有所提升。

在燃油车上，车规半导体应用数量很少，当时的汽车的差异主要在油耗与质量上。而随着科技的发展，汽车已然摆脱了单纯运载工具的命运，而成为移动出行大生态中的核心一环。

在这个层面上，汽车芯片需求量迅猛增长将成为必然趋势。

/ 02 /粘在身上的牛虻

在大自然界中，有一种昆虫叫做牛虻，他们以吸食家畜身上的血为生，危害家畜的健康。如今我们的新能源汽车发展火热，但实则身上却早已经粘附了很多的“牛虻”。

“碳中和”趋势之下，新能源汽车有望成为增速最快的赛道，也是我国重点发展的产业方向。

据工研院产科国际所数据，从2018年开始，中国就超越日本成为全球新能源汽车销量第一的国家。最新的2021年数据显示，中国、日本、美国、德国、英国分别是新能源汽车销量占比前五的国家。其中，中国以32.5%的市场占有率，遥遥领先于日本的17.9%和美国的16.3%。

未来五年，中国电动汽车销量预期将从2020年的约100万辆增加至2025年的420万辆，将超过美国及欧洲电动汽车销量的总和，并将长期保持20%以上的行业增速。

传统燃油车时代，发动机就一直制约着我国汽车行业的发展，在电动车抛弃发动机后，实际上中国车企已经与世界豪强站到了一个起跑线上，因此我们才会看到中国新能源车企的迅猛发展。

然而，虽然发动机的瓶颈消失了，但我们却落入了车规半导体的新困境之中。

一辆新能源汽车中，功率半导体的自主率仅为8%，储存芯片的比例也为8%，信号链芯片和传感器的自主率不足5%，控制类芯片的自主率甚至不足1%。整体来看，中国车规半导体的自主率在8%以下。

我国不仅是世界上最大的新能源汽车生产国，但同它还是最大的车规半导体进口国。

海关进出口数据显示，2019年中国集成电路进口金额达3040亿美元，超越原油成为进口依赖度最高的产品，而集成电路出口金额却仅为1100亿美元，贸易逆差达到惊人的1940亿美元。

新能源汽车中，车规半导体是受益最大的一环，而我国的车规半导体却绝大部分采购自海外。正是由于缺乏自主替代能力，因此在海外疫情发生时，我国汽车产业链才会同样遭受“缺芯”困扰。

海外半导体公司就好像牛身上的牛虻，吸食着中国新能源产业链的利润。

/ 03 /“缺芯”是中国企业追赶的良机

半导体是由美国人发明的，并始终掌控者这一领域的控制权。

上世纪80年代，尼康、佳能等一批日本企业依靠性价比，成功将美国光刻机赶出市场。在失去芯片制造端话语权后，美国通过扶持荷兰阿斯麦公司的方式打击对手，由此才有了阿斯麦EUV光刻机的绝世无双。

中国企业同样遭到了欧美国家的封杀，华为、中芯国际都并未被平等对待。在芯片发展过程中，我国企业遇到的阻碍远比想象中的更大。

坦率而言，目前我们在半导体产业中的落后是全方位的，不光是买不到光刻机，在电子特气、CMP 抛光材料、湿化学品、光刻胶、EDA软件等多个方面都存在缺口。产业链的羸弱导致国内汽车芯片企业市场地位较弱，高附加值的产品占比极低。

车规芯片虽然没有计算机芯片那样复杂，但却极为考验产品的稳定性，中国企业也同样面临着不小的困难。车规芯片工作环境较为恶劣，需要适应较大温差，同时还要克服高振动、多粉尘、油渍、多电磁干扰的问题。

一直以来，汽车供应商都有着极大遴选惯性，如果一家企业能够顺利进入到车企的供应商名单，那么通常都会源源不断的获得订单，对于车规芯片来说同样如此。

一家企业想要成为全球知名车规供应商，就需要通过AEC机构的元器件认证。虽然名义上这个认证不是强制的，但车企及供应商往往还是认可这一标准的。

AEC是美国汽车电子委员会的简称，由北美三大车企克莱斯勒、福特和通用汽车牵头设立。在基础本就很弱的情况下，中国车规芯片企业想要逆势获得认可难度极大。由此不难看出，芯片制造是很难依靠单项技术突围的，企业的强大往往依托于背后强大的产业链群。

在缺乏产业链支持的情况下，盲目的研发车规芯片对于中国企业而言并没有经济效益，因此很长一段时间中我们做的都是技术附加值并不高的基础产品。

过去，国产车规芯片的痛点有两个，一方面是产业基础薄弱，整个产业链起步都比较晚；另一方面，缺乏赚钱效应，就算做出来也没有人买，难以跻身国际汽车大厂的供应商，缺少持续迭代的机会。

疫情造成的“缺芯潮”其实给了中国芯片企业机会。由于新能源汽车使用全新的动力系统，实则缩小了全球玩家的差距，大家几乎都回到了同一起跑线。

一直以来，中国企业不缺少制造芯片的意愿，也不缺少资本的助力。但却受制于技术封锁，导致整个半导体产业链较为落后。现如今，“缺芯”已经不是短时间内能够解决的问题，在需求不断增长的情况下，势必需要新增产能来解决问题，这就给了我们发展的机会。

去年9月，由科技部、工信部牵头，70余家企事业单位共同组成的“中国汽车芯片产业创新战略联盟”正式成立，这表明发展国家对于汽车芯片发展的重视。

现阶段，“缺芯”主要是由于汽车电动化造成，而电动化只不过是新能源汽车的第一步，随着后续数字化、智能化的到来，汽车“含硅量”将进一步上升。

尤其是自动驾驶技术，从L3到L5阶段，计算量都将指数级增长，对于芯片算力的要求将是如今的上百倍。雷达芯片、传感器、储存芯片、计算芯片都极有可能出现巨大的缺口。

科技发展是全人类努力的结果，技术封锁只会制造麻烦，阻碍技术进步。“缺芯”将极有可能成为中国汽车芯片企业发展的推手，从自主替代到走向全球，或许就在不远的将来。