Lai gan 2021. gada otrajā pusē daži automašīnu ražotāji norādīja, ka mikroshēmu trūkuma problēma 2022. gadā tiks uzlabota, oriģinālo iekārtu ražotāji (OEM) ir palielinājuši pirkumus un izveidojuši spēles mentalitāti savā starpā, kā arī ir pieejamas nobriedušas automobiļu klases mikroshēmu ražošanas jaudas. Uzņēmumi joprojām paplašina ražošanas jaudas, un pašreizējo globālo tirgu joprojām nopietni ietekmē kodolu trūkums.
Vienlaikus, paātrinoties autobūves nozares pārejai uz elektrifikāciju un intelektu, arī mikroshēmu piegādes rūpnieciskā ķēde piedzīvos dramatiskas pārmaiņas.
1. MCU sāpes kodola trūkuma dēļ
Atskatoties uz kodolu trūkumu, kas sākās 2020. gada beigās, uzliesmojums neapšaubāmi ir galvenais automobiļu mikroshēmu piedāvājuma un pieprasījuma nelīdzsvarotības cēlonis. Lai gan aptuvena globālo MCU (mikrokontrolleru) mikroshēmu lietojumprogrammu struktūras analīze liecina, ka no 2019. līdz 2020. gadam MCU izplatīšana automobiļu elektronikas lietojumprogrammās aizņems 33% no lejupējā lietojumprogrammu tirgus, salīdzinot ar attālināto tiešsaistes biroju. Runājot par augšupējiem mikroshēmu izstrādātājiem, mikroshēmu lietuves un iepakošanas un testēšanas uzņēmumus ir nopietni ietekmējuši tādi jautājumi kā epidēmijas apturēšana.
Čipu ražošanas rūpnīcas, kas pieder darbietilpīgām nozarēm, 2020. gadā cietīs no nopietna darbaspēka trūkuma un sliktas kapitāla apgrozības. Pēc tam, kad mikroshēmu dizains ir pārveidots atbilstoši automašīnu ražošanas uzņēmumu vajadzībām, tas nav spējis pilnībā plānot ražošanu, apgrūtinot mikroshēmu piegādi ar pilnu jaudu. Automobiļu rūpnīcas rokās rodas nepietiekamas transportlīdzekļu ražošanas jaudas situācija.
Pagājušā gada augustā STMicroelectronics rūpnīca Muarā, Malaizijā, bija spiesta slēgt dažas rūpnīcas jaunās koronavīrusa epidēmijas ietekmes dēļ, un šī slēgšana tieši noveda pie tā, ka Bosch ESP/IPB, VCU, TCU un citu sistēmu mikroshēmu piegāde uz ilgu laiku bija pārtraukta.
Turklāt 2021. gadā pavadošās dabas katastrofas, piemēram, zemestrīces un ugunsgrēki, arī liks dažiem ražotājiem īstermiņā nespēt ražot. Pagājušā gada februārī zemestrīce nodarīja nopietnus postījumus Japānas uzņēmumam Renesas Electronics, vienam no pasaules lielākajiem mikroshēmu piegādātājiem.
Automobiļu ražotāju nepareizais novērtējums par pieprasījumu pēc transportlīdzekļu mikroshēmām apvienojumā ar to, ka augšupējās rūpnīcas ir pārveidojušas transportlīdzekļu mikroshēmu ražošanas jaudu par patērētāju mikroshēmām, lai garantētu materiālu izmaksas, ir novedis pie tā, ka MCU un CIS ir vislielākā automobiļu mikroshēmu un galveno elektronisko produktu pārklāšanās. (CMOS attēla sensors) ir nopietns deficīts.
No tehniskā viedokļa ir vismaz 40 veidu tradicionālās automobiļu pusvadītāju ierīces, un kopējais izmantoto velosipēdu skaits ir 500–600, kas galvenokārt ietver mikrokontrollerus, jaudas pusvadītājus (IGBT, MOSFET utt.), sensorus un dažādas analogās ierīces. Autonomajos transportlīdzekļos tiks izmantota arī virkne produktu, piemēram, ADAS palīgmikroshēmas, CIS, AI procesori, lidari, milimetru viļņu radari un MEMS.
Saskaņā ar transportlīdzekļu pieprasījumu skaitu, visvairāk šajā pamata deficīta krīzē ir cietuši tie, kuriem nepieciešamas vairāk nekā 70 MCU mikroshēmas, un automobiļu MCU ir ESP (elektroniskā stabilitātes programmas sistēma) un ECU (transportlīdzekļa galvenās vadības mikroshēmas galvenās sastāvdaļas). Ņemot par piemēru galveno Haval H6 krituma iemeslu, ko Great Wall vairākkārt minējis kopš pagājušā gada, Great Wall norādīja, ka ievērojamais H6 pārdošanas apjomu kritums daudzu mēnešu laikā bija saistīts ar nepietiekamo Bosch ESP piegādi, ko tas izmantoja. Arī iepriekš populārie Euler Black Cat un White Cat šī gada martā paziņoja par pagaidu ražošanas apturēšanu tādu problēmu dēļ kā ESP piegādes samazinājums un mikroshēmu cenu pieaugums.
Diemžēl, lai gan automašīnu mikroshēmu rūpnīcas 2021. gadā būvē un atver jaunas vafeļu ražošanas līnijas un nākotnē cenšas pārnest automašīnu mikroshēmu procesu uz veco ražošanas līniju un jauno 12 collu ražošanas līniju, lai palielinātu ražošanas jaudu un iegūtu apjomradītus ietaupījumus, pusvadītāju iekārtu piegādes cikls bieži vien ir ilgāks par pusgadu. Turklāt ražošanas līnijas pielāgošana, produktu verifikācija un ražošanas jaudas uzlabošana prasa ilgu laiku, tāpēc jaunās ražošanas jaudas, visticamāk, būs efektīvas 2023.–2024. gadā.
Vērts pieminēt, ka, lai gan spiediens ir saglabājies jau ilgu laiku, automašīnu ražotāji joprojām ir optimistiski noskaņoti par tirgu. Un jaunā mikroshēmu ražošanas jauda ir lemta atrisināt pašreizējo lielāko mikroshēmu ražošanas jaudu krīzi nākotnē.
2. Jauns kaujas lauks elektriskā intelekta ietekmē
Tomēr autobūves nozarei pašreizējās mikroshēmu krīzes risinājums varētu tikai atrisināt steidzamo nepieciešamību pēc pašreizējās tirgus piedāvājuma un pieprasījuma asimetrijas. Ņemot vērā elektrisko un viedo nozaru pārveidi, automobiļu mikroshēmu piegādes spiediens nākotnē tikai eksponenciāli pieaugs.
Pieaugot pieprasījumam pēc transportlīdzekļu integrētas elektrificēto produktu vadības un FOTA modernizācijas un automātiskās braukšanas brīdī, jauno enerģijas transportlīdzekļu mikroshēmu skaits ir palielināts no 500–600 degvielas transportlīdzekļu laikmetā līdz 1000–1200. Arī sugu skaits ir palielinājies no 40 līdz 150.
Daži autobūves nozares eksperti apgalvo, ka nākotnē augstas klases viedo elektrotransportlīdzekļu jomā atsevišķu transportlīdzekļu mikroshēmu skaits vairākkārt palielināsies līdz vairāk nekā 3000 vienībām, un automobiļu pusvadītāju īpatsvars visa transportlīdzekļa materiālu izmaksās palielināsies no 4% 2019. gadā līdz 12% 2025. gadā un var pieaugt līdz 20% līdz 2030. gadam. Tas nozīmē ne tikai to, ka elektriskā intelekta laikmetā pieaug pieprasījums pēc mikroshēmām transportlīdzekļiem, bet arī atspoguļo straujo transportlīdzekļiem nepieciešamo mikroshēmu tehnisko sarežģītību un izmaksu pieaugumu.
Atšķirībā no tradicionālajiem oriģinālā aprīkojuma ražotājiem (OEM), kur 70% degvielas transportlīdzekļu mikroshēmu ir 40–45 nm un 25% ir zemas specifikācijas mikroshēmas virs 45 nm, mikroshēmu īpatsvars 40–45 nm procesā tirgū pieejamajiem plaša patēriņa un augstas klases elektriskajiem transportlīdzekļiem ir samazinājies līdz 25–45 %, savukārt mikroshēmu īpatsvars virs 45 nm procesā ir tikai 5 %. No tehniskā viedokļa nobriedušas augstas klases mikroshēmas zem 40 nm un progresīvākas 10 nm un 7 nm procesa mikroshēmas neapšaubāmi ir jaunas konkurences jomas jaunajā autobūves nozares ērā.
Saskaņā ar Hushan Capital 2019. gadā publicēto apsekojuma ziņojumu, jaudas pusvadītāju īpatsvars visā transportlīdzeklī ir strauji pieaudzis no 21% degvielas transportlīdzekļu laikmetā līdz 55%, savukārt MCU mikroshēmu īpatsvars ir samazinājies no 23% līdz 11%.
Tomēr dažādu ražotāju atklātā mikroshēmu ražošanas jaudas paplašināšanās joprojām galvenokārt aprobežojas ar tradicionālajām MCU mikroshēmām, kas pašlaik ir atbildīgas par dzinēja/šasijas/virsbūves vadību.
Elektrisko intelektuālo transportlīdzekļu jomā ievērojami pieaudzis pieprasījums pēc mākslīgā intelekta mikroshēmām, kas atbild par autonomās braukšanas uztveri un saplūšanu; jaudas moduļiem, piemēram, IGBT (izolēta vārtu divkāršā tranzistora), kas atbild par jaudas pārveidošanu; sensoru mikroshēmām autonomās braukšanas radara uzraudzībai. Visticamāk, nākamajā posmā automašīnu ražotāji saskarsies ar jaunu "kodola trūkuma" problēmu kārtu.
Tomēr jaunajā posmā automašīnu ražošanas uzņēmumus varētu kavēt nevis ārējo faktoru traucētā ražošanas jaudu problēma, bet gan mikroshēmas "iestrēdzis kakls", ko ierobežo tehniskā puse.
Ņemot par piemēru intelekta radīto pieprasījumu pēc mākslīgā intelekta mikroshēmām, autonomās braukšanas programmatūras skaitļošanas apjoms jau ir sasniedzis divciparu TOPS (triljonu darbību sekundē) līmeni, un tradicionālo automobiļu MCU skaitļošanas jauda diez vai var apmierināt autonomo transportlīdzekļu skaitļošanas prasības. Automobiļu tirgū ir ienākušas tādas mākslīgā intelekta mikroshēmas kā GPU, FPGA un ASIC.
Pagājušā gada pirmajā pusē Horizon oficiāli paziņoja par trešās paaudzes transportlīdzekļu līmeņa produkta, Journey 5 sērijas mikroshēmu, oficiālu izlaišanu. Saskaņā ar oficiālajiem datiem, Journey 5 sērijas mikroshēmu skaitļošanas jauda ir 96TOPS, enerģijas patēriņš ir 20W un energoefektivitātes koeficients ir 4,8TOPS/W. Salīdzinot ar Tesla 2019. gadā izlaistās FSD (pilnībā autonomas braukšanas funkcijas) mikroshēmas 16 nm procesa tehnoloģiju, vienas mikroshēmas ar skaitļošanas jaudu 72TOPS, enerģijas patēriņu 36W un energoefektivitātes koeficientu 2TOPS/W parametri ir ievērojami uzlaboti. Šis sasniegums ir ieguvis arī daudzu autobūves uzņēmumu, tostarp SAIC, BYD, Great Wall Motor, Chery un Ideal, labvēlību un sadarbību.
Pateicoties intelektam, nozares involūcija ir bijusi ārkārtīgi strauja. Sākot ar Tesla FSD, mākslīgā intelekta galveno vadības mikroshēmu izstrāde ir kā Pandoras lādes atvēršana. Neilgi pēc Journey 5 NVIDIA ātri izlaida Orin mikroshēmu, kas būs viena mikroshēma. Skaitļošanas jauda ir palielinājusies līdz 254TOPS. Runājot par tehniskajām rezervēm, Nvidia pagājušajā gadā pat publiski prezentēja Atlan SoC mikroshēmu ar viena mikroshēmas skaitļošanas jaudu līdz 1000TOPS. Pašlaik NVIDIA stingri ieņem monopola pozīcijas automobiļu galveno vadības mikroshēmu GPU tirgū, visu gadu saglabājot 70% tirgus daļu.
Lai gan mobilo tālruņu giganta Huawei ienākšana autobūves nozarē ir izraisījusi konkurences viļņus automobiļu mikroshēmu nozarē, ir labi zināms, ka ārējo faktoru ietekmē Huawei ir bagāta 7 nm procesa SoC dizaina pieredze, taču tas nevar palīdzēt vadošajiem mikroshēmu ražotājiem tirgus veicināšanā.
Pētniecības iestādes spekulē, ka mākslīgā intelekta mikroshēmu velosipēdu vērtība strauji pieaug no 100 ASV dolāriem 2019. gadā līdz vairāk nekā 1000 ASV dolāriem līdz 2025. gadam; vienlaikus arī vietējais automobiļu mākslīgā intelekta mikroshēmu tirgus pieaugs no 900 miljoniem ASV dolāru 2019. gadā līdz 91 miljoniem ASV dolāru 2025. gadā. Tas ir simts miljoni ASV dolāru. Straujais tirgus pieprasījuma pieaugums un augsta līmeņa mikroshēmu tehnoloģiskais monopols neapšaubāmi vēl vairāk apgrūtinās autobūves uzņēmumu turpmāko intelektisko attīstību.
Līdzīgi kā pieprasījums mākslīgā intelekta mikroshēmu tirgū, arī IGBT kā svarīgs pusvadītāju komponents (tostarp mikroshēmas, izolācijas substrāti, termināļi un citi materiāli) jaunajā enerģijas transportlīdzeklī ar izmaksu attiecību līdz pat 8–10% būtiski ietekmē autobūves nozares turpmāko attīstību. Lai gan vietējie uzņēmumi, piemēram, BYD, Star Semiconductor un Silan Microelectronics, ir sākuši piegādāt IGBT vietējiem autobūves uzņēmumiem, pagaidām iepriekš minēto uzņēmumu IGBT ražošanas jauda joprojām ir ierobežota uzņēmumu mēroga dēļ, apgrūtinot strauji augošā vietējā jauno enerģijas avotu tirgus pieprasījuma segšanu.
Labā ziņa ir tā, ka, ņemot vērā nākamo posmu, kurā SiC aizstāšanas ar IGBT tranzistoriem tiks izmantots SiC, Ķīnas uzņēmumi nav daudz atpalikuši izkārtojuma ziņā, un paredzams, ka SiC projektēšanas un ražošanas iespēju paplašināšana, pamatojoties uz IGBT pētniecības un attīstības iespējām, pēc iespējas ātrāk palīdzēs automašīnu uzņēmumiem un tehnoloģijām. Ražotāji iegūs priekšrocības nākamajā konkurences posmā.
3. Yunyi pusvadītāju galvenā viedā ražošana
Saskaroties ar mikroshēmu trūkumu autobūves nozarē, Yunyi ir apņēmies atrisināt pusvadītāju materiālu piegādes problēmu autobūves nozares klientiem. Ja vēlaties uzzināt par Yunyi Semiconductor piederumiem un veikt pieprasījumu, lūdzu, noklikšķiniet uz saites:https://www.yunyi-china.net/semiconductor/.
Publicēšanas laiks: 2022. gada 25. marts