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一年半過去了,缺芯的叫聲依然喧囂。

各個行業都受到缺芯的影響。如iphone 13,原計劃今年四季度生產9000萬部,但因缺芯問題將減產1000萬部。造車新勢力也紛紛下調交付量預期,據業內人士說有700萬輛車因為缺芯卡在產線上。

但相比于去年,情況已有所不同。

隨著手機需求的回落和供給端產能的釋放,消費級芯片已經逐漸恢復供需平衡,而車規級芯片仍然緊缺。幾乎所有的車規級芯片都處在缺貨狀態,稀缺芯片甚至從幾塊錢漲到幾千塊。

為什么車規級芯片缺貨最嚴重?車規級芯片的供需是否發生了結構性的變化?缺芯會為國產芯片商帶來哪些機會?本文將嘗試回答上述問題。

01

為什么車規級芯片缺貨最嚴重


朱雀基金TMT產業鏈組認為,車規級芯片缺貨的主要原因是汽車整車廠對需求回升的誤判,以及疫情引起的停工停產,二者之間形成了巨大的供需差。再加上車規級芯片建廠要求比消費級芯片更加嚴格,使得車規級芯片缺貨持續時間較長。

疫情以后,汽車消費的需求經歷了一個快速下降又回升的過程。

2020年上半年,隨著疫情的加重,出行需求急劇下降。疫情帶來的失業、降薪,對未來風險的擔憂,也使得消費傾向變得更加保守。麥肯錫當時預計,2020年世界汽車銷量或將減少近3成,中國市場銷量下降15%,且短期內不會恢復。

車企紛紛下調全年的銷售預測,對上游芯片的采購量也急劇下降。4月份,汽車芯片月銷量同比下降超過30%。

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然而,需求的回升比預計的快很多。2020年下半年,中國和歐美的汽車需求都開始回暖,中國的汽車銷量幾乎回到了疫情前的同等水平。

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汽車需求的回升帶來了上游芯片的需求回暖,汽車芯片銷量從6月開始快速回升。然而,汽車廠商沒有預測到這種快速的反彈趨勢,上游的汽車芯片廠商也沒有接收到需求的反彈。這導致了所有的車規級芯片都出現缺貨現象。

其實,疫情前的2019年,半導體已進入下行周期,資本投入更為謹慎。

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2020年之后,在疫情沖擊下,眾多半導體廠停工停產,尤其是馬來西亞。馬來西亞的封測產能約占全球產能的13%。車規級MCU的封裝和測試,很大一部分在馬來西亞完成。在傳統燃油車半導體中,MCU是價值量占比最高的品類,高達為23%,是最重要的汽車半導體之一。

2021年后,馬來西亞的疫情持續惡化,多家芯片廠出現工人感染,工廠不得不停工停產。半導體的交貨周期普遍拉長,尤其是MCU,交貨周期由5-8周上升到了23-52周。這使得MCU成為汽車芯片中缺貨最嚴重的品類。

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除了MCU封測環節受阻,8英寸晶圓的緊缺也是導致車規級半導體缺貨的一大原因。車規級芯片主要用到8英寸晶圓,汽車需求的反彈,使得8英寸晶圓需求快速上升。

但無論是MCU芯片還是8英寸晶圓,供給端短時間之內都無法擴產。

02

半導體廠商為什么不擴產能?


MCU的封測產線成熟,需求穩定,廠商歷來都是按照嚴格的需求預測計劃緩慢擴產。此次疫情使得馬來西亞工廠停產,導致MCU緊缺。但疫情只是暫時的沖擊,經歷過多輪市場周期的半導體廠家不會因此而輕易擴產。

對于8英寸晶圓來說,問題則更為復雜。

半導體產線成本高,建設周期長。一般而言,一條8英寸產線需要15億美元投資,建設周期是2年。即便廠家愿意付出這個成本,擴產完成也是2年以后。

相比于建設成本和周期,更嚴重的問題是缺設備。目前還在生產中的半導體設備大部分是針對12英寸晶圓,生產8英寸晶圓的成熟制程的設備已經停產,只有二手翻新設備,且供給也很有限。在8英寸晶圓景氣度較高的時候,8英寸二手設備的價格已經與新設備相差無幾。

部分代工廠為了搶占車規級芯片的市場,不惜以貴4-5倍甚至10倍的成本,用12寸設備生產8英寸晶圓 。12英寸晶圓的成本要比8英寸高很多,這種生產方法會導致成本數倍增長。但燒錢并不能解決所有問題,比如操作設備的工程師,需要多年的行業know-how的積累,并非一朝一夕能夠培養。

此外,牛鞭效應也使得半導體廠商在擴產時非常謹慎。牛鞭效應是指供應鏈上的一種需求變異放大現象,使信息從終端客戶傳導到生產端的過程中逐級放大。  

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汽車半導體的供應鏈非常復雜。通常所說的設計、制造、封裝、測試,只是半導體的產業鏈,最終產出的是芯片。但是芯片廠并不直接對接整車廠,這中間還有芯片經銷商、各級供應商等眾多環節。

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首先是經銷商向芯片廠采購芯片,然后銷售給電子元器件商,用于生產各種零部件。電子元器件商供貨給三級供應商,即通常說的Tier 3。Tier 3 將生產的組件供給Tier 2。一級供應商即Tier 1,屬于系統集成商,向Tier 2采購模塊,進行系統集成。整車廠只需要向Tier 1 采購已集成好的模塊,進行組裝。

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需求從整車廠到Tier 1、Tier 2、Tier 3再到經銷商,最后到芯片制造商,整個傳導的過程中,可能會放大好幾倍。

除了對于汽車需求反彈的誤判,汽車供應鏈本身的復雜性,汽車的電動化和智能化,也是車規級芯片缺貨的其中一個原因。盡管并非主要原因,但從邊際變化上看,可能會在未來形成一股巨大的驅動力。

03

汽車電動化和智能化

給半導體行業帶來了怎樣的改變?


芯片按照下游應用,可分為消費級、工業級和車規級,2019年,分別占76%、12%和12%的份額。但2021年后,汽車大規模電動化和智能化,車規級芯片的占比迅速提升。

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不同于消費級芯片十幾納米甚至幾納米的制程,車規級芯片對制程線寬要求不高,一般50-130nm之間即可。但車規級芯片對質量和穩定性要求非常高。車規級芯片一旦出現故障,可能引發人身安全問題。兩類芯片不能通用。

車規級半導體主要是功率半導體、MCU、存儲器,再加上傳感器、USB等其他數量相對小的半導體。


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功率半導體是電子裝置中電能轉換與電路控制的核心,在新能源汽車中主要用于電池動力模塊。如IGBT,被稱為電力電子行業的CPU,是耐高壓、高頻的電力電子開關器件,能源變換與傳輸的核心器件,IGBT在汽車上的應用以高壓電能變換為主。

MCU俗稱單片機,屬于算力芯片,一個芯片里燒進一個控制程序,比如控制車窗玻璃的升降、雨刷的擺動等。由于MCU的算力非常低,一般只用于簡單的控制功能。自動駕駛相關的控制芯片,對算力要求高很多。智能座艙一般用SoC,自動駕駛會用到CPU、GPU、NPU、FPGA以及ASIC等。

從成本上來看,傳統燃油車中半導體只占總成本的4%,而新能源汽車中半導體占成本比重為傳統燃油車的數倍。這對于車規級半導體的需求是一個巨大的提升。

在傳統燃油車半導體中,MCU價值量占比最高,為23%、功率半導體的價值量占比為10%。純電動汽車由于增加了動力電池、電機和電控,功率半導體價值量提升至55%,,MCU的價值量占比則下降到11%。

傳統燃油汽車大概需要500-600顆芯片,智能汽車需要的芯片高達1000顆,有的甚至超過1500顆。2020年,具備L1自動駕駛功能的汽車銷量為438萬輛,按照每輛車1000顆芯片計算,需要的芯片數量為43.8億顆。

這樣的場景多年前也出現過。2014年,中國普及4G網絡,移動互聯網大發展,大量消費電子產品迅速崛起,中國半導體消費量躍居世界第一。

現在,新能源車的爆發帶來的缺芯危機,或將給中國半導體行業帶來第二次機會。


04

缺芯下的國產替代面臨怎樣的機遇?


“斷芯”和“缺芯”危機下,半導體行業快速崛起的龍頭公司,部分替代了外資半導體公司。

此外,隨著下游需求多元化,尤其是智能汽車的興起,半導體行業必須有本地化服務能力,在此背景下本土公司的優勢凸顯。

中國半導體產業鏈在不斷成熟的過程中,從上游材料設備到下游模組,再到終端品牌和各個行業,都有了解決方案,產業鏈上下游關系日益成熟。中國科研體系也越來越多將科研成果轉化為實際產業能應用的技術。

整體上,在下游需求增長以及國產替代的背景下,半導體各個領域都有長足的發展空間,具體細節上主要分為以下幾個方向:

1)設計:我國企業重點布局的領域,部分高端領域仍為進口。在行業分工細化的背景下,依托全球先進產能的支持,國內芯片設計企業快速發展。

2)制造:受限與貿易摩擦的背景,一方面,我國先進制程發展受到一定阻礙,但是仍然在艱難尋求突破;另一方面,為滿足下游快速增長的需求,成熟制程將加速發展,產能擴張有望提速。

3)封測:大陸封測廠商實力較強,全球前十中有三家大陸廠商,為了配套快速成長的上游設計、制造產能,預計封測行業在未來仍有長足空間。

4)上游裝備、材料:上游裝備技術壁壘高,材料種類繁多,目前主要依賴進口。出于供應鏈安全角度的考量,在自主可控的需求下,可以看到制造、封測產線加快對國產設備、材料的應用,預計未來相關行業本土化進程將大幅提速。
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