新冠疫情引爆「芯片荒」，連帶影響車用芯片「斷炊」，交付周期一延再延。海納國(guó)際集團(tuán)數(shù)據(jù)顯示，全球芯片下單到送交時(shí)間已達(dá)26.2周，突顯短缺問題，其中又以汽車芯片最為嚴(yán)重，如2月份MCU等待交期達(dá)35.7周。不少汽車業(yè)者因芯片短缺被迫持續(xù)減產(chǎn)，如日本豐田（Toyota）宣布下修Q2全球產(chǎn)量逾10%，Q2合計(jì)全球產(chǎn)量約240萬臺(tái)，與之前預(yù)估的280萬臺(tái)相比，減少40萬臺(tái)。
雖然2020年開始，英飛凌、恩智浦、意法半導(dǎo)體、德州儀器與瑞薩電子等IDM大廠擴(kuò)大車用電子32位微控制器（MCU）與電源管理IC產(chǎn)能，仍無法滿足汽車大廠需求。另一方面，臺(tái)積電、聯(lián)電、力積電等車用芯片供應(yīng)鏈自2021年起積極擴(kuò)廠，由于設(shè)備建置與認(rèn)證需要至少約一年的時(shí)間，產(chǎn)能最快2023年開出。因此，2022年車用芯片雖然不若2021年吃緊，供需恢復(fù)正常最快也要等到2023年。
2021年車用芯片斷炊為哪樁？
車用芯片2021年爆出缺貨潮，主要可歸納4個(gè)原因：供貨商囤貨、誤判需求量、芯片需求量大，以及疫情影響。市場(chǎng)觀察，芯片出貨量足夠，主要是市場(chǎng)端囤貨，尤其中國(guó)大陸供應(yīng)鏈囤貨明顯，導(dǎo)致供需失衡，在市場(chǎng)質(zhì)疑「臺(tái)積電不出貨」的情況下，臺(tái)積電董座劉德音曾點(diǎn)出「供應(yīng)鏈囤芯片」現(xiàn)象。中國(guó)大陸官方雖然嚴(yán)打芯片囤貨，但2021年Q3芯片缺貨仍相當(dāng)嚴(yán)重，以至于汽車供應(yīng)鏈需要透過各種管道調(diào)貨，也導(dǎo)致芯片市場(chǎng)價(jià)格混亂，甚至高達(dá)30倍價(jià)差。
2020年車用芯片需求量誤判可能也是芯片供需失衡的原因之一。工研院產(chǎn)科國(guó)際所研究經(jīng)理江柏風(fēng)指出，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體生產(chǎn)類別每季都有不同的配重，Q2-Q3以3C產(chǎn)品為主，因應(yīng)年底圣誕節(jié)需求；Q4-Q1以工業(yè)用與車用需求為主。2020年Q4國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體車用芯片需求量是減少的，所生產(chǎn)量減少，而通訊、計(jì)算機(jī)芯片需求大，因此產(chǎn)能轉(zhuǎn)而挹注于此。當(dāng)2021年Q1市場(chǎng)發(fā)現(xiàn)車用芯片需求并未如預(yù)期般減少時(shí)，已經(jīng)無法回頭開新產(chǎn)能，因此出現(xiàn)2021年車用芯片嚴(yán)重不足的情況。
此外，近兩年新冠疫情造成居家工作、在線學(xué)習(xí)人數(shù)大增，市場(chǎng)對(duì)PC、手機(jī)等連網(wǎng)產(chǎn)品需求量大增，車用芯片在供應(yīng)鏈的排序上遠(yuǎn)落后于手機(jī)、筆電等產(chǎn)品，產(chǎn)能排擠下，車用芯片持續(xù)短缺。
解決斷片危機(jī)：調(diào)整管理模式+積極擴(kuò)廠
工研院電光系統(tǒng)所副所長(zhǎng)駱韋仲指出，若與2021年供需失衡相比，車用芯片供應(yīng)鏈已經(jīng)找到新的管理模式，如調(diào)整配備規(guī)格，因此出貨壓力趨緩，比方過去可能缺少無接觸系統(tǒng)就無法出貨，現(xiàn)在雖然配備較為基本，但調(diào)整后仍可在半年內(nèi)出貨，等待期縮短，但如果希望取得全配車款仍要等待一年。
這段期間，許多車廠改變存貨方式以減少庫存，維持備用存貨，以免供應(yīng)鏈斷炊。調(diào)研機(jī)構(gòu)Gartner指出，由于半導(dǎo)體短缺及供應(yīng)鏈瓶頸，加上電氣化與自駕車等趨勢(shì)推波助瀾，2025年前十大汽車制造商可能高達(dá)50%將開始設(shè)計(jì)自己的汽車芯片，如此才能完全控制產(chǎn)品路線及供應(yīng)鏈穩(wěn)定度。
由于全球指標(biāo)車廠力求2035年達(dá)到100%零碳排，新供應(yīng)鏈持續(xù)擴(kuò)展，商機(jī)無限。市調(diào)機(jī)構(gòu)MarkLines數(shù)據(jù)顯示，電動(dòng)車將占所有公路運(yùn)輸活動(dòng)的80%以上；MarketWatch則預(yù)估，2027年全球影像顯示芯片市場(chǎng)規(guī)模約達(dá)57億美元，車用電子產(chǎn)值可望爆炸性成長(zhǎng)。
另一方面，L2自駕車系統(tǒng)逐漸成為市場(chǎng)標(biāo)配車款，代表一臺(tái)車需要約120-150 顆芯片才能達(dá)到運(yùn)作效能，更先進(jìn)的L4自駕車系統(tǒng)至少需要200顆以上的芯片才能達(dá)到運(yùn)作效能，這樣的芯片需求量與成長(zhǎng)趨勢(shì)更激勵(lì)生產(chǎn)端加速研發(fā)與投產(chǎn)。
工研院電光系統(tǒng)所副所長(zhǎng)駱韋仲認(rèn)為，L2成為基本車款，代表未來芯片需求量大，汽車電子化或電氣化需要很多傳感器，搭配感測(cè)融合技術(shù)與邊緣運(yùn)算，需要更多MCU，芯片需求更高，加上AI功能等新一代車款的各種新需求，目前的狀況是，新技術(shù)新需求不斷，但問題卡在芯片不足。
車用芯片供應(yīng)鏈概況
力積電董事長(zhǎng)黃崇仁2021年底指出，電動(dòng)車是全球邁向節(jié)能減碳及凈零排放的主要工具，推升車用電子芯片需求，對(duì)車用芯片是大利多，但是如果將減碳、電源管理、AI、5G、自動(dòng)化、自動(dòng)駕駛（L4）、電動(dòng)車等需求納入考慮，車用芯片仍供不應(yīng)求，未來首先要面對(duì)的就是電源管理芯片的大缺貨，但是臺(tái)積、聯(lián)電、世界先進(jìn)、力積電等晶圓廠能否在2023年開出產(chǎn)能，仍有待觀察。
工研院產(chǎn)科國(guó)際所研究經(jīng)理江柏風(fēng)進(jìn)一步指出，不是市場(chǎng)有需求，生產(chǎn)端就一定有擴(kuò)產(chǎn)動(dòng)作，土地好找，廠房好擴(kuò)，但擴(kuò)廠需要設(shè)備到位，生產(chǎn)端也要確定未來訂單無虞才可能投資擴(kuò)廠作業(yè)，目前5大IDM廠多半有增加生產(chǎn)線或擴(kuò)廠的動(dòng)作，但不是全都用在生產(chǎn)車用芯片，市場(chǎng)存在很多不確定因素，最終需求量也無法確定。
對(duì)聯(lián)電、臺(tái)積電等芯片廠來說，比較大的困難是，汽車芯片最少要1年甚至2年的驗(yàn)證時(shí)間，與手機(jī)芯片相比，至少是3-4倍的時(shí)間差，二者的產(chǎn)量相差約10倍之多，投產(chǎn)3C或車用芯片的回收與產(chǎn)值短時(shí)間內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)，但車用芯片則否，即便這些重量級(jí)供應(yīng)鏈積極擴(kuò)廠，最快也要2023年才可能出現(xiàn)實(shí)質(zhì)效益。
雖然有不確定因素干擾，臺(tái)積電及聯(lián)電等供應(yīng)鏈仍積極蓋廠擴(kuò)產(chǎn)。臺(tái)積電自2020年上半年起即動(dòng)態(tài)調(diào)整晶圓產(chǎn)能，2021年車用半導(dǎo)體重要組件微控制器（MCU）代工產(chǎn)量提升近60%。臺(tái)積電總裁魏哲家表示，高性能計(jì)算機(jī)、車用需求超乎預(yù)期，2021年1-6月臺(tái)積電重新調(diào)配產(chǎn)線，擴(kuò)大車用芯片產(chǎn)量，較2020年同期增加30%。
臺(tái)積電今年持續(xù)擴(kuò)建先進(jìn)制程與成熟制程，包含國(guó)內(nèi)的臺(tái)南Fab 18廠3奈米、高雄7奈米、竹科Fab 20廠2奈米等產(chǎn)線，以及美國(guó)亞利桑那州5奈米、日本熊本22/28奈米、大陸南京28奈米等海外產(chǎn)線。
聯(lián)電2月24日宣布在新加坡Fab12i廠區(qū)擴(kuò)建一座全新先進(jìn)晶圓廠計(jì)劃，主要生產(chǎn)制程為22及28奈米，預(yù)計(jì)2024年底開始量產(chǎn)。新廠生產(chǎn)特殊制程技術(shù)，如嵌入式非揮發(fā)性內(nèi)存、嵌入式高壓解決方案、RFSOI及混合信號(hào)CMOS等，鎖定智能型手機(jī)、智能家庭設(shè)備和電動(dòng)車等應(yīng)用。
聯(lián)電與智原今年初共同宣布強(qiáng)攻車用領(lǐng)域，聯(lián)電55奈米嵌入式閃存（eFlash）制程的內(nèi)存產(chǎn)生器已取得ISO 26262車用安全最高等級(jí)（ASIL-D Ready）認(rèn)證，未來可望取得電動(dòng)車、自駕車、先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）等車用ASIC委托設(shè)計(jì)及量產(chǎn)訂單。
此外，3月底市場(chǎng)傳出聯(lián)電可能赴美國(guó)底特律興建12吋晶圓廠，以22/28奈米成熟制程為主，專攻車用芯片。不論消息是否屬實(shí)，聯(lián)電布局車用芯片已久，車用制程涵蓋0.5微米到22奈米，可應(yīng)用領(lǐng)域包含ADAS、智能座艙、車身控制及信息娛樂。
力積電擁有2座鋁制程8吋廠及3座12吋廠，12吋月產(chǎn)能約10萬片、8吋約9萬片，產(chǎn)品包含內(nèi)存、客制化邏輯與分離式組件，產(chǎn)能利用率100%。力積電苗栗銅鑼新廠預(yù)計(jì)2022年完成，下半年可望開始裝機(jī)，2023上半年試產(chǎn)，2024年量產(chǎn)。
IC設(shè)計(jì)廠義隆也積極布局車用芯片市場(chǎng)，以車用顯示驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)、Mini LED顯示模塊等產(chǎn)品線切入供應(yīng)鏈。此外，臺(tái)灣擁有完整的封測(cè)供應(yīng)鏈可支持車用芯片，如日月光、超豐、京元電、同欣電、精材等，有助提供相對(duì)應(yīng)的服務(wù)。
車用芯片發(fā)展新趨勢(shì)
汽車及電動(dòng)車不可或缺的車用芯片包含CMOS影像感測(cè)組件、電源管理芯片IC/PMIC、微處理器（MCU）、射頻組件、微機(jī)電（MEMS）、功率分離式組件等，車用芯片以8吋廠為主，部分使用到12吋廠成熟制程，車用半導(dǎo)體短缺最嚴(yán)重的是12吋廠在28、45與65奈米制程產(chǎn)線，缺貨壓力最大的是電源管理IC/PMIC、微處理器/MCU及CMOS傳感器/CIS。
在主要供應(yīng)鏈擴(kuò)廠、增加生產(chǎn)線等積極作為下，2023年可望解除芯片斷炊危機(jī)，新世代電動(dòng)車及相關(guān)新技術(shù)也可望向前邁進(jìn)。工研院產(chǎn)科國(guó)際所研究經(jīng)理江柏風(fēng)認(rèn)為，可留意未來化合物半導(dǎo)體在新一代電動(dòng)車電力供應(yīng)方面的發(fā)展動(dòng)向。隨著5G、電動(dòng)車發(fā)展日益快速，高能效、低能耗的第三代版導(dǎo)體碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）成為市場(chǎng)關(guān)注焦點(diǎn)，目前仍由科銳（Cree）、意法半導(dǎo)體（ST）、英飛凌（Infineon）及羅姆（ROHM）等IDM廠主導(dǎo)。第三代半導(dǎo)體以6吋為主，國(guó)內(nèi)代工業(yè)者也積極投入研發(fā)，如臺(tái)積、聯(lián)電等業(yè)者，鴻海斥資新臺(tái)幣25.2億元取得旺宏6吋晶圓廠，目的也在生產(chǎn)第三代半導(dǎo)體碳化硅（SiC）功率組件。
產(chǎn)業(yè)界也開始注意氧化鎵（Ga2O3）和鉆石等新一代材料。Ga2O3基板制作比SiC與GaN更容易，可能承受更高電壓，未來可望應(yīng)用在超高功率組件領(lǐng)域，如電動(dòng)車、電力系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)渦輪等范圍。
研究機(jī)構(gòu)指出，電動(dòng)車、車用電子產(chǎn)業(yè)快速成長(zhǎng)，推估臺(tái)灣2025年相關(guān)產(chǎn)值達(dá)新臺(tái)幣6000億元的規(guī)模，因此不少芯片設(shè)計(jì)廠鎖定車用市場(chǎng)積極布局。芯片產(chǎn)業(yè)在2021年銷售額達(dá)5530億美元，預(yù)計(jì)2022年仍有近10%的成長(zhǎng)幅度。
工研院電光系統(tǒng)所副所長(zhǎng)駱韋仲認(rèn)為安全，汽車需求與產(chǎn)品持續(xù)推陳出新，隨著新一代電動(dòng)車加速發(fā)展，帶動(dòng)如智慧駕駛艙、面板、導(dǎo)引模式等智能化新體驗(yàn)，結(jié)合AI的先進(jìn)運(yùn)算芯片將逐步走向主流制程。未來汽車具有智能移動(dòng)與聯(lián)機(jī)功能，汽車內(nèi)建AI為必然趨勢(shì)，差別在于運(yùn)算力高低，不同微處理有不同智慧需求與聯(lián)機(jī)需求，相對(duì)應(yīng)的芯片也會(huì)越來越重要。
由于綠能與零碳排等全球趨勢(shì)不變，未來的電動(dòng)車勢(shì)必具有能源管理及儲(chǔ)能功能，這些都與芯片控制有關(guān)，除了運(yùn)算、聯(lián)機(jī)、儲(chǔ)能、能源管理等智慧化需求，未來電動(dòng)車更像是一部智慧手機(jī)，不只硬件需要不同芯片，服務(wù)及娛樂等周邊軟件也需要對(duì)應(yīng)的芯片鏈接，這些都會(huì)帶動(dòng)新需求，同時(shí)帶動(dòng)未來車用芯片的發(fā)展。
不過，2022年國(guó)際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)（SEMI）指出，大陸、美國(guó)及日本都增加半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)補(bǔ)助，預(yù)估2022年底前，全球?qū)⑿略?9座晶圓廠，設(shè)備投資金額將達(dá)1000億美元，2項(xiàng)數(shù)據(jù)同創(chuàng)歷史新高。
另一方面，晶圓代工大廠聯(lián)電在2022年初的法說會(huì)上首次表達(dá)，2023年可能供給過剩，在2021-2022年全球晶圓廠擴(kuò)廠及產(chǎn)能提升下，有沒有可能產(chǎn)生「一窩蜂」現(xiàn)象，有待觀察。
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