Sebbene nella seconda metà del 2021 alcune case automobilistiche abbiano sottolineato che il problema della carenza di chip sarà migliorato nel 2022, gli OEM hanno aumentato gli acquisti e adottato una mentalità competitiva tra loro, unitamente alla fornitura di una capacità produttiva di chip di livello automobilistico maturo. Le aziende sono ancora nella fase di espansione della capacità produttiva e l'attuale mercato globale è ancora seriamente influenzato dalla mancanza di core.
Allo stesso tempo, con l'accelerata trasformazione dell'industria automobilistica verso l'elettrificazione e l'intelligenza, anche la filiera industriale della fornitura di chip subirà cambiamenti radicali.
1. Il dolore dell'MCU dovuto alla mancanza di nucleo
Ora, ripensando alla carenza di core iniziata alla fine del 2020, l'epidemia è senza dubbio la causa principale dello squilibrio tra domanda e offerta di chip per il settore automobilistico. Sebbene un'analisi approssimativa della struttura applicativa dei chip MCU (microcontrollori) globali mostri che dal 2019 al 2020 la distribuzione di MCU nelle applicazioni elettroniche per il settore automobilistico occuperà il 33% del mercato delle applicazioni downstream, rispetto agli uffici online remoti. Per quanto riguarda i progettisti di chip upstream, le fonderie di chip e le aziende di packaging e testing sono state gravemente colpite da problemi come la chiusura dovuta all'epidemia.
Gli impianti di produzione di chip appartenenti a settori ad alta intensità di manodopera soffriranno di una grave carenza di manodopera e di un basso turnover di capitale nel 2020. Dopo che la progettazione dei chip a monte è stata adattata alle esigenze delle case automobilistiche, non è stata in grado di pianificare completamente la produzione, rendendo difficile la consegna dei chip a piena capacità. Nelle mani delle fabbriche automobilistiche, si verifica una situazione di insufficiente capacità produttiva di veicoli.
Nell'agosto dell'anno scorso, lo stabilimento Muar della STMicroelectronics a Muar, in Malesia, è stato costretto a chiudere alcune fabbriche a causa dell'impatto della nuova epidemia di coronavirus; la chiusura ha portato direttamente all'interruzione della fornitura di chip per i sistemi Bosch ESP/IPB, VCU, TCU e altri per un lungo periodo.
Inoltre, nel 2021, le calamità naturali concomitanti, come terremoti e incendi, impediranno ad alcuni produttori di produrre a breve termine. Nel febbraio dello scorso anno, il terremoto ha causato gravi danni alla giapponese Renesas Electronics, uno dei principali fornitori di chip al mondo.
La valutazione errata della domanda di chip per veicoli da parte delle case automobilistiche, unita al fatto che gli stabilimenti a monte hanno convertito la capacità produttiva dei chip per veicoli in chip per consumatori per garantire il costo dei materiali, ha portato a una grave carenza di MCU e CIS (sensore di immagine CMOS), che presentano la più alta sovrapposizione tra chip per autoveicoli e prodotti elettronici tradizionali.
Da un punto di vista tecnico, esistono almeno 40 tipi di dispositivi semiconduttori automobilistici tradizionali, e il numero totale di biciclette utilizzate è di 500-600, che includono principalmente MCU, semiconduttori di potenza (IGBT, MOSFET, ecc.), sensori e vari dispositivi analogici. Anche i veicoli autonomi utilizzeranno una serie di prodotti come chip ausiliari ADAS, CIS, processori AI, lidar, radar a onde millimetriche e MEMS.
In base alla domanda di veicoli, il fattore più colpito da questa crisi di carenza di componenti fondamentali è che un'auto tradizionale necessita di oltre 70 chip MCU, e i chip MCU per l'automotive sono l'ESP (Electronic Stability Program System) e la ECU (componenti principali del chip di controllo principale del veicolo). Prendendo come esempio la ragione principale del declino dell'Haval H6, citata più volte da Great Wall dallo scorso anno, Great Wall ha affermato che il grave calo delle vendite dell'H6 in molti mesi è stato dovuto alla fornitura insufficiente dell'ESP Bosch utilizzato. Anche i modelli Euler Black Cat e White Cat, precedentemente molto popolari, hanno annunciato una sospensione temporanea della produzione a marzo di quest'anno a causa di problemi come i tagli alla fornitura dell'ESP e l'aumento dei prezzi dei chip.
È imbarazzante che, sebbene le fabbriche di chip per auto stiano costruendo e attivando nuove linee di produzione di wafer nel 2021 e stiano cercando di trasferire il processo di produzione dei chip per auto alla vecchia linea di produzione e alla nuova linea di produzione da 12 pollici in futuro, al fine di aumentare la capacità produttiva e ottenere economie di scala, il ciclo di consegna delle apparecchiature a semiconduttore è spesso superiore a sei mesi. Inoltre, l'adeguamento della linea di produzione, la verifica dei prodotti e il miglioramento della capacità produttiva richiedono tempi lunghi, il che rende probabile che la nuova capacità produttiva sia operativa nel 2023-2024.
Vale la pena sottolineare che, nonostante la pressione perduri da tempo, le case automobilistiche rimangono ottimiste riguardo al mercato. E la nuova capacità produttiva di chip è destinata a risolvere l'attuale, grave crisi di capacità produttiva di chip in futuro.
2. Nuovo campo di battaglia sotto intelligenza elettrica
Tuttavia, per l'industria automobilistica, la risoluzione dell'attuale crisi dei chip potrebbe solo risolvere l'urgente necessità di fronteggiare l'attuale asimmetria tra domanda e offerta del mercato. Di fronte alla trasformazione dell'industria elettrica e dei sistemi intelligenti, la pressione sull'offerta di chip per l'automotive non potrà che aumentare esponenzialmente in futuro.
Con la crescente domanda di controllo integrato dei veicoli elettrici, e con l'aggiornamento FOTA e la guida automatica, il numero di chip per veicoli a nuova energia è passato da 500-600 nell'era dei veicoli a benzina a 1.000-1.200. Anche il numero di specie è aumentato da 40 a 150.
Alcuni esperti del settore automobilistico hanno affermato che, nel campo dei veicoli elettrici intelligenti di fascia alta, in futuro il numero di chip per singolo veicolo aumenterà notevolmente, arrivando a superare i 3.000 pezzi, e la quota di semiconduttori per autoveicoli nel costo dei materiali dell'intero veicolo aumenterà dal 4% nel 2019 al 12% nel 2025, con un potenziale aumento fino al 20% entro il 2030. Ciò non solo significa che nell'era dell'intelligenza elettrica la domanda di chip per veicoli è in aumento, ma riflette anche il rapido aumento della difficoltà tecnica e del costo dei chip necessari per i veicoli.
A differenza degli OEM tradizionali, dove il 70% dei chip per veicoli a carburante è a 40-45 nm e il 25% è costituito da chip con specifiche basse superiori a 45 nm, la percentuale di chip con processo a 40-45 nm per veicoli elettrici tradizionali e di fascia alta sul mercato è scesa al 25%. 45%, mentre la percentuale di chip con processo superiore a 45 nm è solo del 5%. Da un punto di vista tecnico, i chip maturi con processo di fascia alta inferiori a 40 nm e i chip più avanzati con processo a 10 nm e 7 nm rappresentano senza dubbio nuove aree di concorrenza nella nuova era dell'industria automobilistica.
Secondo un rapporto di indagine pubblicato da Hushan Capital nel 2019, la percentuale di semiconduttori di potenza nell'intero veicolo è aumentata rapidamente dal 21% dell'era dei veicoli a carburante al 55%, mentre i chip MCU sono scesi dal 23% all'11%.
Tuttavia, la crescente capacità produttiva di chip dichiarata da vari produttori è ancora per lo più limitata ai tradizionali chip MCU attualmente responsabili del controllo di motore/telaio/carrozzeria.
Per i veicoli elettrici intelligenti, la domanda di chip di intelligenza artificiale responsabili della percezione e della fusione dei dati nella guida autonoma è notevolmente aumentata; i moduli di potenza come gli IGBT (Insulated Gate Dual Transistor) responsabili della conversione di potenza; i chip di sensori per il monitoraggio radar della guida autonoma. Questo, molto probabilmente, rappresenterà una nuova ondata di problemi di "mancanza di core" che le case automobilistiche dovranno affrontare nella fase successiva.
Tuttavia, nella nuova fase, ciò che ostacola le case automobilistiche potrebbe non essere tanto il problema della capacità produttiva ostacolata da fattori esterni, quanto piuttosto il "collo bloccato" del chip limitato dal lato tecnico.
Prendendo ad esempio la domanda di chip di intelligenza artificiale generata dall'intelligenza artificiale, il volume di elaborazione dei software per la guida autonoma ha già raggiunto livelli a due cifre (TOPS, trilioni di operazioni al secondo), e la potenza di calcolo delle tradizionali MCU per autoveicoli difficilmente riesce a soddisfare i requisiti di elaborazione dei veicoli autonomi. Chip di intelligenza artificiale come GPU, FPGA e ASIC sono entrati nel mercato automobilistico.
Nella prima metà dello scorso anno, Horizon ha annunciato ufficialmente il lancio del suo prodotto di terza generazione per veicoli, i chip della serie Journey 5. Secondo i dati ufficiali, i chip della serie Journey 5 hanno una potenza di calcolo di 96 TOPS, un consumo energetico di 20 W e un rapporto di efficienza energetica di 4,8 TOPS/W. Rispetto alla tecnologia di processo a 16 nm del chip FSD (Fully Autonomous Driving Function) rilasciato da Tesla nel 2019, i parametri di un singolo chip con una potenza di calcolo di 72 TOPS, un consumo energetico di 36 W e un rapporto di efficienza energetica di 2 TOPS/W sono stati notevolmente migliorati. Questo risultato ha anche ottenuto il favore e la collaborazione di molte case automobilistiche, tra cui SAIC, BYD, Great Wall Motor, Chery e Ideal.
Guidata dall'intelligenza artificiale, l'involuzione del settore è stata estremamente rapida. A partire dall'FSD di Tesla, lo sviluppo di chip di controllo principale basati sull'intelligenza artificiale è stato come aprire il vaso di Pandora. Poco dopo Journey 5, NVIDIA ha rapidamente rilasciato il chip Orin, che sarà mono-chip. La potenza di calcolo è aumentata a 254 TOPS. In termini di riserve tecniche, lo scorso anno NVIDIA ha persino presentato in anteprima al pubblico un chip SoC Atlan con una potenza di calcolo singola fino a 1000 TOPS. Attualmente, NVIDIA occupa saldamente una posizione di monopolio nel mercato delle GPU per i chip di controllo principale per il settore automobilistico, mantenendo una quota di mercato del 70% tutto l'anno.
Sebbene l'ingresso del gigante della telefonia mobile Huawei nel settore automobilistico abbia scatenato ondate di concorrenza nel settore dei chip per autoveicoli, è risaputo che, a causa di fattori esterni, Huawei ha una vasta esperienza nella progettazione di SoC con processo a 7 nm, ma non può aiutare i principali produttori di chip a promuoversi sul mercato.
Gli istituti di ricerca ipotizzano che il valore delle biciclette con chip AI stia aumentando rapidamente, passando da 100 dollari nel 2019 a oltre 1.000 dollari entro il 2025; allo stesso tempo, anche il mercato interno dei chip AI per il settore automobilistico aumenterà da 900 milioni di dollari nel 2019 a 91 nel 2025. Cento milioni di dollari. La rapida crescita della domanda di mercato e il monopolio tecnologico dei chip di alta qualità renderanno senza dubbio ancora più difficile il futuro sviluppo dell'intelligenza artificiale delle case automobilistiche.
Analogamente alla domanda nel mercato dei chip per l'intelligenza artificiale, gli IGBT, in quanto importante componente semiconduttore (inclusi chip, substrati isolanti, terminali e altri materiali) nei veicoli a nuova energia, con un rapporto costo-efficacia fino all'8-10%, hanno un profondo impatto anche sullo sviluppo futuro dell'industria automobilistica. Sebbene aziende nazionali come BYD, Star Semiconductor e Silan Microelectronics abbiano iniziato a fornire IGBT alle case automobilistiche nazionali, la capacità produttiva di queste aziende è attualmente limitata dalle loro dimensioni, rendendo difficile coprire la rapida crescita del mercato nazionale delle nuove fonti energetiche.
La buona notizia è che, di fronte alla prossima fase di sostituzione degli IGBT con il SiC, le aziende cinesi non sono molto indietro in termini di layout, e si prevede che l'espansione delle capacità di progettazione e produzione del SiC, basata sulle capacità di ricerca e sviluppo degli IGBT, il prima possibile, aiuterà le case automobilistiche e le tecnologie a loro disposizione. I produttori acquisiranno un vantaggio nella prossima fase della concorrenza.
3. Yunyi Semiconductor, il cuore della produzione intelligente
Di fronte alla carenza di chip nel settore automobilistico, Yunyi si impegna a risolvere il problema di approvvigionamento di materiali semiconduttori per i clienti del settore. Per maggiori informazioni sugli accessori Yunyi Semiconductor e per richiedere informazioni, cliccate sul link:https://www.yunyi-china.net/semiconductor/.
Data di pubblicazione: 25-03-2022