Aunque en la segunda mitad de 2021, algunas compañías automotrices señalaron que el problema de escasez de chips en 2022 mejorará, pero los OEM han aumentado las compras y una mentalidad de juego entre sí, junto con el suministro de capacidad de producción de chips de grado automotriz maduro. Las empresas aún se encuentran en la etapa de expansión de la capacidad de producción y el mercado global actual todavía se ve seriamente afectado por la falta de núcleos.
Al mismo tiempo, con la transformación acelerada de la industria automotriz hacia la electrificación y la inteligencia, la cadena industrial de suministro de chips también experimentará cambios dramáticos.
1. El dolor del MCU por la falta de núcleo
Al analizar la escasez de núcleos que comenzó a finales de 2020, el brote es sin duda la principal causa del desequilibrio entre la oferta y la demanda de chips automotrices. Si bien un análisis aproximado de la estructura de aplicaciones de los chips MCU (microcontroladores) globales muestra que, entre 2019 y 2020, la distribución de MCU en aplicaciones de electrónica automotriz ocupará el 33 % del mercado de aplicaciones posteriores, en comparación con las oficinas en línea remotas, los diseñadores de chips upstream, las fundiciones de chips y las empresas de empaquetado y prueba se han visto gravemente afectadas por problemas como el cierre de la epidemia.
Las plantas de fabricación de chips pertenecientes a industrias con uso intensivo de mano de obra sufrirán una grave escasez de mano de obra y una baja rotación de capital en 2020. Tras la transformación del diseño de chips en las etapas iniciales de producción para satisfacer las necesidades de las empresas automotrices, no se ha podido planificar la producción completa, lo que dificulta la entrega de chips a plena capacidad. En el caso de las fábricas automotrices, se observa una situación de insuficiente capacidad de producción de vehículos.
En agosto del año pasado, la planta Muar de STMicroelectronics en Muar, Malasia, se vio obligada a cerrar algunas fábricas debido al impacto de la nueva epidemia de la corona, y el cierre condujo directamente a que el suministro de chips para Bosch ESP/IPB, VCU, TCU y otros sistemas estuvieran en un estado de interrupción de suministro durante mucho tiempo.
Además, en 2021, los desastres naturales que lo acompañaron, como terremotos e incendios, también provocaron que algunos fabricantes no pudieran producir a corto plazo. En febrero del año pasado, el terremoto causó graves daños a la empresa japonesa Renesas Electronics, uno de los principales proveedores de chips del mundo.
El error de cálculo de la demanda de chips para vehículos por parte de las empresas automotrices, junto con el hecho de que las fábricas ascendentes han convertido la capacidad de producción de chips para vehículos en chips de consumo para garantizar el costo de los materiales, ha dado como resultado que los MCU y CIS, que tienen la mayor superposición entre los chips automotrices y los productos electrónicos convencionales, (sensor de imagen CMOS), sufran una grave escasez.
Desde un punto de vista técnico, existen al menos 40 tipos de dispositivos semiconductores automotrices tradicionales, y el número total de bicicletas utilizadas es de 500 a 600. Estos incluyen principalmente MCU, semiconductores de potencia (IGBT, MOSFET, etc.), sensores y diversos dispositivos analógicos. Los vehículos autónomos también utilizarán una serie de productos como chips auxiliares ADAS, CIS, procesadores de IA, lidars, radares de ondas milimétricas y MEMS.
Según la cantidad de demanda de vehículos, el más afectado en esta crisis de escasez de núcleos es que un automóvil tradicional necesita más de 70 chips MCU, y el MCU automotriz es ESP (Sistema de Programa Electrónico de Estabilidad) y ECU (componentes principales del chip de control principal del vehículo). Tomando como ejemplo la principal razón para el declive del Haval H6 dada por Great Wall muchas veces desde el año pasado, Great Wall dijo que la grave caída de ventas del H6 en muchos meses se debió al suministro insuficiente del ESP de Bosch que usaba. Los anteriormente populares Euler Black Cat y White Cat también anunciaron una suspensión temporal de la producción en marzo de este año debido a problemas como los cortes de suministro de ESP y los aumentos de precio del chip.
Lamentablemente, si bien las fábricas de chips para automóviles están construyendo y habilitando nuevas líneas de producción de obleas en 2021, e intentando transferir el proceso de fabricación de chips para automóviles a la antigua línea de producción y a la nueva línea de 12 pulgadas en el futuro para aumentar la capacidad de producción y obtener economías de escala, el ciclo de entrega de equipos semiconductores suele superar los seis meses. Además, el ajuste de la línea de producción, la verificación del producto y la mejora de la capacidad de producción requieren un tiempo prolongado, por lo que es probable que la nueva capacidad de producción entre en vigor en 2023-2024.
Cabe mencionar que, aunque la presión ha persistido durante mucho tiempo, las empresas automotrices se mantienen optimistas sobre el mercado. Y la nueva capacidad de producción de chips está destinada a resolver la mayor crisis actual de capacidad de producción de chips en el futuro.
2. Nuevo campo de batalla bajo la inteligencia eléctrica
Sin embargo, para la industria automotriz, la resolución de la actual crisis de chips podría solo resolver la urgente necesidad de la asimetría actual entre la oferta y la demanda del mercado. Ante la transformación de las industrias eléctrica e inteligente, la presión de la oferta de chips automotrices aumentará exponencialmente en el futuro.
Con la creciente demanda de control integrado de vehículos electrificados, y en el contexto de la actualización de FOTA y la conducción autónoma, el número de chips para vehículos de nueva energía ha aumentado de 500 a 600 en la era de los vehículos de combustible a entre 1000 y 1200. El número de tipos también ha aumentado de 40 a 150.
Algunos expertos de la industria automotriz afirmaron que, en el campo de los vehículos eléctricos inteligentes de alta gama, en el futuro, la cantidad de chips para un solo vehículo aumentará varias veces hasta superar las 3000 piezas, y la proporción de semiconductores automotrices en el costo material de todo el vehículo aumentará del 4% en 2019 al 12% en 2025, pudiendo aumentar hasta el 20% en 2030. Esto no solo significa que, en la era de la inteligencia eléctrica, la demanda de chips para vehículos está aumentando, sino que también refleja el rápido aumento de la dificultad técnica y el costo de los chips necesarios para los vehículos.
A diferencia de los fabricantes de equipos originales (OEM) tradicionales, donde el 70% de los chips para vehículos de combustible son de 40-45 nm y el 25% son chips de baja especificación por encima de 45 nm, la proporción de chips en el proceso de 40-45 nm para vehículos eléctricos convencionales y de alta gama en el mercado se ha reducido al 25%, mientras que la proporción de chips por encima de 45 nm es de tan solo el 5%. Desde un punto de vista técnico, los chips de proceso de alta gama maduros por debajo de 40 nm y los chips de proceso más avanzados de 10 nm y 7 nm representan sin duda nuevas áreas de competencia en la nueva era de la industria automotriz.
Según un informe de encuesta publicado por Hushan Capital en 2019, la proporción de semiconductores de potencia en todo el vehículo ha aumentado rápidamente del 21% en la era de los vehículos de combustible al 55%, mientras que los chips MCU han caído del 23% al 11%.
Sin embargo, la creciente capacidad de producción de chips revelada por varios fabricantes todavía está limitada en su mayor parte a los chips MCU tradicionales actualmente responsables del control del motor, el chasis y la carrocería.
En el caso de los vehículos eléctricos inteligentes, la demanda de chips de IA responsables de la percepción y la fusión de la conducción autónoma; módulos de potencia como los IGBT (transistores duales de puerta aislada) responsables de la conversión de energía; y chips sensores para la monitorización por radar de la conducción autónoma ha aumentado considerablemente. Es muy probable que esto se convierta en una nueva ronda de problemas de "falta de núcleo" que las empresas automotrices enfrentarán en la próxima etapa.
Sin embargo, en la nueva etapa, lo que frena a las empresas automovilísticas puede no ser el problema de la capacidad de producción interferida por factores externos, sino el "cuello atascado" del chip restringido por el lado técnico.
Si tomamos como ejemplo la demanda de chips de IA generada por la inteligencia artificial, el volumen de procesamiento del software de conducción autónoma ya ha alcanzado el nivel de dos dígitos TOPS (billones de operaciones por segundo), y la potencia de procesamiento de los MCU automotrices tradicionales apenas alcanza los requisitos de computación de los vehículos autónomos. Chips de IA como GPU, FPGA y ASIC han entrado en el mercado automotriz.
En la primera mitad del año pasado, Horizon anunció oficialmente el lanzamiento de su producto de tercera generación para vehículos, los chips de la serie Journey 5. Según datos oficiales, los chips de la serie Journey 5 tienen una potencia de cálculo de 96 TOPS, un consumo de energía de 20 W y una relación de eficiencia energética de 4,8 TOPS/W. En comparación con la tecnología de proceso de 16 nm del chip FSD (función de conducción totalmente autónoma) lanzado por Tesla en 2019, los parámetros de un solo chip con una potencia de cálculo de 72 TOPS, un consumo de energía de 36 W y una relación de eficiencia energética de 2 TOPS/W se han mejorado enormemente. Este logro también ha ganado el favor y la cooperación de muchas empresas automotrices, incluidas SAIC, BYD, Great Wall Motor, Chery e Ideal.
Impulsada por la inteligencia artificial, la evolución de la industria ha sido extremadamente rápida. A partir del FSD de Tesla, el desarrollo de chips de control principal de IA es como abrir la caja de Pandora. Poco después de Journey 5, NVIDIA lanzó rápidamente el chip Orin, que será de un solo chip. La potencia de cálculo ha aumentado a 254 TOPS. En cuanto a las reservas técnicas, Nvidia incluso presentó al público el año pasado un chip SoC Atlan con una potencia de cálculo única de hasta 1000 TOPS. Actualmente, NVIDIA ocupa una posición de monopolio en el mercado de GPU para chips de control principal de automoción, manteniendo una cuota de mercado del 70 % durante todo el año.
Aunque la entrada del gigante de la telefonía móvil Huawei en la industria automotriz ha desencadenado olas de competencia en la industria de chips automotrices, es bien sabido que bajo la interferencia de factores externos, Huawei tiene una rica experiencia de diseño en un SoC de proceso de 7 nm, pero no puede ayudar a los principales fabricantes de chips. promoción del mercado.
Las instituciones de investigación especulan que el valor de las bicicletas con chips de IA está aumentando rápidamente, pasando de 100 dólares estadounidenses en 2019 a más de 1000 dólares estadounidenses en 2025. Al mismo tiempo, el mercado nacional de chips de IA para automóviles también aumentará de 900 millones de dólares estadounidenses en 2019 a 91 millones en 2025. El rápido crecimiento de la demanda del mercado y el monopolio tecnológico de chips de alta calidad sin duda dificultarán aún más el futuro desarrollo inteligente de las empresas automotrices.
Similar a la demanda en el mercado de chips de IA, los IGBT, como un importante componente semiconductor (incluyendo chips, sustratos aislantes, terminales y otros materiales) en los vehículos de nueva energía, con una relación de coste de hasta el 8-10%, también tienen un profundo impacto en el desarrollo futuro de la industria automotriz. Si bien empresas nacionales como BYD, Star Semiconductor y Silan Microelectronics han comenzado a suministrar IGBT a fabricantes nacionales de automóviles, por el momento, su capacidad de producción aún está limitada por su tamaño, lo que dificulta cubrir el rápido crecimiento del mercado nacional de nuevas energías.
La buena noticia es que, de cara a la próxima etapa de sustitución de los IGBT por SiC, las empresas chinas se encuentran a la vanguardia en este campo, y se espera que la expansión de las capacidades de diseño y producción de SiC, basada en la I+D de IGBT, lo antes posible, beneficie a las empresas y tecnologías automotrices. Los fabricantes obtienen una ventaja competitiva en la siguiente etapa.
3. Yunyi Semiconductor, fabricación inteligente central
Ante la escasez de chips en la industria automotriz, Yunyi se compromete a resolver el problema del suministro de materiales semiconductores para los clientes de la industria automotriz. Si desea obtener más información sobre los accesorios de Yunyi Semiconductor y realizar una consulta, haga clic en el enlace:https://www.yunyi-china.net/semiconductor/.
Hora de publicación: 25 de marzo de 2022