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        《電子技術應用》
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        揭秘汽車半導體危機的真相

        2022-10-09
        作者:后視鏡里的未來
        來源:是說芯語

          本輪汽車半導體供應危機仍在持續,日本、歐洲、北美等市場的供需失衡,導致整車制造商的減產與停產事故頻發。中國汽車市場的快速反彈,并沒有從根本上消除半導體的供應危機。地緣政治日趨緊張,半導體特別是車載半導體的供應危機在加深,國產化替代的虛實有待于驗證。

          日前,日本投行DBJ Research發布《車載半導體短缺的主要原因和穩定采購的措施》的分析報告。從中國之外的角度,對汽車行業的半導體危機進行了解析。

          以下是翻譯全文。

          內容概要:

          1. 2020年底顯現的半導體短缺狀況至今仍在持續。由于經濟放緩加上新冠疫情影響,車載半導體的需求急劇下降。在此后的汽車生產恢復階段,除了由于優先滿足遠程設備對半導體的強勁需求,災害造成的供應限制使短缺狀況進一步加劇。

          2. 車載半導體長期短缺的主要原因之一是供應鏈混亂。盡管2021年以來半導體供給量逐漸增加,但由于缺乏供需狀況信息,多重訂購成為常態,導致在供應鏈上產生了貨物積壓。

          3. 要解決這一問題,必須掌握必要的零部件和適當的采購量,值得考慮多家整車制造商共同擁有零部件的方案。我們認為由此實現的供應鏈上的合作和信息共享,將有助于穩定采購今后新需要的半導體。

          報告全文:

          2020年底開始出現的半導體短缺危機至今仍在持續,特別是車載半導體的采購更加困難,對整車制造商的生產和財務產生了負面影響。本文重新梳理了車載半導體短缺的來龍去脈,并在此基礎上認為,目前半導體短缺的主要原因,是重復下單導致供應鏈上的貨物擠壓造成的。同時,我們還研究了相關經營者共同采取零部件信息共享等方案的可行性。

          1. 車載半導體短缺的來龍去脈

          導致車載半導體短缺的主要原因有三點:第一點是中美貿易摩擦。2017年美國總統特朗普上任以來,中美貿易摩擦愈演愈烈。拜登總統上任后,這種狀況仍在持續,特別是2020年12月,美方對中國實施10nm(納米,代表半導體工藝節點的單位)以下半導體制造設備出口限制,迫使終端用戶重新審視其供應鏈。

          有報道稱,在管制措施出臺后,中國大陸代工廠代工的28/40/65nm產品,被轉移至中國臺灣和美國代工生產,導致當地工廠開工率緊張。判斷產能緊張程度,90%的開工率是基準線。2021年1-3月,小于45nm的尖端產品的代工廠開工率超過95%,大于45nm的代工開工率超過90%,當時預計2021年10~12月之前可以全面開工(實際由于疫情并未按照既定的時間推進,小編注)。

          第二點是,新冠疫情導致半導體的需求下降,迫使生產和銷售向汽車以外的用途轉移。由于中美對立,導致經濟出現波動。自2018年開始,全球新車銷量下降,車載半導體的需求也在2020年開始出現下調。2020年3月出現的新冠疫情,使已經處于下行態勢的汽車及車載半導體需求進一步下降。

          另一方面,新冠疫情引發的遠程支持需求和居家辦公、學習等的需求,使PC、智能手機、平板電腦等電子設備,以及電視、游戲等民生產品的需求量大增。受此影響,半導體制造商將車載半導體的產能,轉移到電子設備和民生產品上。因此,2020年下半年,在汽車行業試圖增加產量時,汽車半導體的產能出現不足難以滿足汽車行業的需求。

          第三點是,在彼時接連發生的一系列災害造成了生產限制。2020年10月,旭化成電子的延岡工廠發生火災,最初認為委托瑞薩電子和富士電機代工可以避免情況惡化,但2021年3月瑞薩電子子公司的那珂工廠也發生火災。與此同時,恩智浦(NXP,荷蘭)、三星(Samsung,韓國)和英飛凌(Infenion,德國)等半導體制造商,在美國奧斯汀的工廠,由于創紀錄的寒流導致停電被迫暫時關閉。一連串的災害變成致命傷害,使車載半導體出現了史無前例的嚴重短缺。

          2. 車載半導體長期短缺的背景

          2.1. 無法擴大產能

          汽車上搭載了各類半導體產品,本文將其統稱為車載半導體?;?022年4-6月期間半導體制造商的庫存水平,可以推定半導體的短缺狀況整體上正在緩解。但是,短缺緩解的程度因器件而異。

          許多研究機構預測,模擬器件和MCU將繼續短缺。這些基于28nm以上成熟工藝的產品,在汽車和工業設備這一細分市場上需要生產多種產品,半導體制造商不愿為增加產能而進行投資(主要是利潤有限,小編注)。最尖端的5/3/2nm產品,則成為未來產能與利潤的重點。數據也說明,不同工藝節點的增產結構,存在著顯著差異。

          但即使要擴大投資,快速提升傳統制程半導體的產能,也很難采購到用于150-200mm生產的晶圓設備,因為在市場上流通的制造設備越來越偏向于支持300mm晶圓。與此同時,因美國的禁運措施而無法進入尖端工藝半導體的中國制造商,加大采購150-200mm晶圓的制造設備,使得二手市場上的供應也非常緊張。

          這些因素是今后也難以消除的結構性因素,我們認為不能指望大規模的投資,可以立刻提高車載半導體的產能。

          2.2. 難以提前提高庫存水平

          針對半導體短缺的狀況,通過提高庫存水平尋求解決之道成為最自然的選擇。在我們進行的2022年度設備投資計劃調查中,受原材料成本高漲和半導體供應短缺等采購問題影響,作為重新審視的供應鏈內容,“海外供應商的分散和多樣化”、“產品和零部件的標準化”、“確保戰略庫存”的回應占比在增加。然而,目前半導體短缺的狀況,再次凸顯了供應商提高傳統半導體庫存水平的難度。

          原來,整車制造商和零部件供應商之間更習慣于采取準時化管理(Just in Time)的方式。這種合作的理念必須基于交易永遠持續的關系才能進行。在這種情況下,每家整車制造商都有各自的垂直供應體系,并最終形成了經連會(keiretsu)模式。它的優點是訂單有保證,供應商能迅速對來自整車制造商的需求作出回應。但是,由于半導體等產品周期短、制造周期長,增加庫存風險變大,不符合以往的業務關系。

          此外,在新冠疫情蔓延的2020年3月,半導體貿易公司方面經歷了被取消確定訂單,難以應對汽車供應商的緊急訂購和提高庫存水平要求等的狀況。特別是2022年初以來,出現了半導體制造商、貿易公司要求汽車供應商保證不取消未來訂單的情況,以及無法依靠經連會關系進行采購而維持下去的情況。

          近年來,經連會模式也在發生一些改變,除了在零部件的通用性上取得進展外,還嘗試與IT公司等新參與者共同開發尖端技術,以進行旨在自動駕駛的軟件開發。

          綜合這些情況,我們認為,隨著汽車行業的采購和開發方式的多樣化,半導體行業也出現了一些經營者基于庫存風險而被迫重新考慮業務關系。

          3. 重復下單和供應鏈上的貨物擠壓

          從2020年到2021年,半導體制造商的車載半導體銷售額增長了約30%,銷量基數也增加了約20%,供貨量隨著汽車產業需求恢復而提升。盡管如此,半導體采購困難,仍然對當下整車制造商的生產產生了負面影響。我們認為,其主要原因是重復下單導致半導體競爭失序,進而使得貨品擠壓在供應鏈上。

          按照既有的運作模式,多數整車制造商并沒有直接向半導體制造商或經銷商采購半導體,而是通過一級汽車供應商或貿易公司進行采購。在采購市場中發生零部件爭搶時,供應商會雙倍或三倍訂購,從而導致構成汽車零部件的各個子部件都會出現過剩和不足。即使僅缺少一個零部件,汽車零部件也無法完成,整個供應鏈的吞吐量會隨之惡化。即使供給恢復了也會重新開始爭奪,打破供需平衡。從整車制造商的角度來看,半導體持續短缺說明零部件采購存在短板,為此會進一步增加定量,而一級供應商則需要進一步與半導體企業進行博弈,以此形成惡性循環。

          我們認為,由于這種信息不對稱,導致超出實際需求的重復下單已經成為常態。不同于多數歐洲供應商直接從半導體制造商處采購,日系車載半導體供應鏈的特征是有很多半導體貿易公司在參與,其優點在于通過貿易公司可以在供應鏈上設置庫存緩沖。但是,目前的半導體短缺反而導致了供應商之間的庫存爭搶。

          4. 構建下一代汽車生態系統

          在供應鏈紊亂的情況下,有幾種方法可以謀求穩定采購。

          例如,大型空氣壓縮機制造商SMC公司的方法。它已宣布在巖手縣遠野市的工廠附近新建一個“供應公園”,并以優先向其供應為條件吸引供應商。以部分承擔區域內各公司的設備投資為方針,其優勢在于減少供應商側的投資額。即使在半導體的采購中,追溯到供應鏈的上游并確保生產能力而不是必要材料的庫存,這一點可能有效。但是,如前所述,由于無法預計傳統半導體今后的投資回報,可以想象很難通過圍堵供應商來要求增加產能,無論成本由誰承擔。

          又如,采取靈活積累庫存措施的大金工業。第一波新冠疫情發生后,中國采取了封控措施,它從采購受阻的經驗出發,一直致力于建立不中斷生產線的強大供應鏈。除半導體外,還提高了可能缺貨的零部件等的庫存水平,并根據每個國家基地的生產狀況進行適當分配??梢哉f這是捕捉外部環境的變化,迅速將經營判斷反映到采購戰略中的案例。然而,正如前節所述,整車制造商很少自行采購半導體。在通過貿易公司和一級供應商的現行采購方式中,整車制造商很難根據供需環境的變化立即采取確保半導體庫存的措施。

          像汽車這樣零部件數量較多的產品,即使僅缺少一件,最終產品的生產也會停滯不前。在沒有大規模設備投資防止因重復下單而導致的貨物積壓的情況下,可以考慮以供應鏈上的參與者之間的信息共享為基礎,由整車制造商們共同采購車載半導體。例如,整車制造商們訂購的產品信息,先由各方進行匯總,然后向代工廠訂購。

          為了落實這些措施,需要考慮許多困難的問題。例如,確定汽車制造商的需求、半導體制造商的生產狀況、不同產品種類的訂貨周期等。另外,還需要考慮個別設計的半導體模塊產品和分立元件之間,庫存保有方法相異的問題。對此,可以通過采取半成品狀態庫存保有的靈活方法來消除,這將使供應鏈中難以聚合的構建庫存和采購情況變得清晰。

          美國電子行業協會SEMI于2018年成立了GAAC(Global Automotive Advisory Council),以作為半導體制造商、整車制造商和汽車供應商之間的信息共享平臺,討論已經在進行中。

          我們認為,通過信息共享和共同擁有零部件的合作機制,有助于采購電動汽車和自動駕駛汽車等下一代汽車所需搭載的半導體。今后的車載半導體市場將由掌管集成電子控制單元(HPC:High Performance Computer)計算功能等的ASIC、處理傳感的光電元件、可承受高電壓、大電流的半導體元件(功率半導體)等主導。為了促進這種新型半導體模式的普及,需要構筑穩定的采購環境,需要水平和垂直方向的供應鏈合作以及信息共享。

          5. 總結

          在本稿中,我們分析了車載半導體的持續短缺原因,主要是由信息不對稱導致供需錯配所致。此番采購困難表明,缺乏庫存狀況的信息共享機制是供應鏈的漏洞,這可能是半導體產品采購的瓶頸。對于生產周期特別長的半導體,共享供需相關供應鏈信息,有助于防止出現大幅度的供需缺口。在后續緊急狀態中,需要重新考慮供應鏈的韌性以避免再次出現產品積壓。


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