芯耀
928
車用晶片缺貨潮尚未完全緩解，加上汽車技術(shù)朝向電氣化跟自駕演進的趨勢下，整車所需的晶片數(shù)量大幅上升，現(xiàn)有的晶片產(chǎn)能還未能滿足市場需求。同時車用晶片的功能與算力不斷增加，封裝技術(shù)變得更為複雜，驗證流程也因此拉長，發(fā)展自駕與電動技術(shù)過程中挑戰(zhàn)重重。車用晶片缺貨除了因疫情影響產(chǎn)能，新的汽車功能需求也是導致車用晶片供不應求的原因。車用晶片市場同時面對晶片缺貨帶來的影響，以及晶片功能與數(shù)量需求的轉(zhuǎn)變，晶片供應商需要從強化IC可靠度及與車廠直接互動兩方面應對，精準開發(fā)電動/自駕車所需晶片，彈性應對產(chǎn)業(yè)變化。
IC Insights認為，導致汽車晶片缺貨的主因是2021年開始，汽車晶片的需求突然大幅成長，而非原有的產(chǎn)能不足。相較2020 年，零組件供應商在2021年的晶片出貨量增加30%，成長幅度大于2021年全球晶片出貨量的22%成長率。且相較COVID-19疫情尚未爆發(fā)的2018年，2021年晶片供應商出貨給汽車產(chǎn)業(yè)的晶片數(shù)量成長27%。
電動車市與疫情同步發(fā)酵
電動車需求大幅成長的時間點在2019年，幾乎與疫情同步發(fā)生。資策會MIC資深產(chǎn)業(yè)分析師何心宇(圖1)分析，2019年歐洲推出嚴格的碳排規(guī)則，要求車廠增加一定比例的電動車，該規(guī)則在2021執(zhí)行，大幅助長歐洲的電動車發(fā)展。中國長期是發(fā)展電動的主力，尤其當特斯拉在中國設廠，在地化生產(chǎn)讓電動車在中國更近一步成為蔚為風潮的產(chǎn)品。隨著特斯拉的出貨量成長，車用晶片的需求也增加。電動車的晶片需求與傳統(tǒng)油車最大的差別在于使用先進製程晶片的比例，燃油車只需要5% 的先進製程晶片，電動車的先進製程晶片比例則大幅提升到50%。然而IDM廠的產(chǎn)能以傳統(tǒng)製程為主，而如果要取得晶圓代工廠的先進製程產(chǎn)能，則需要與消費電子競爭，因此汽車電氣化同步面對整體車用晶片供貨不足，以及先進製程的車用晶片供應難以快速增加的挑戰(zhàn)。
圖1 資策會MIC何心宇資深產(chǎn)業(yè)分析師
乘用車自駕多有挑戰(zhàn)
與電動車同步發(fā)展的自駕應用也面臨重重挑戰(zhàn)。何心宇認為，可以從乘用車與商用環(huán)境兩個層面觀察自駕車發(fā)展。首先，乘用車受限于技術(shù)、法規(guī)與車廠的責任歸屬，從Level2的駕駛輔助進展到Lev e l3 以上的全自駕還需要很長一段時間。原先市場預估自駕的乘用車有機會在2025年上路，但是目前人工智慧的技術(shù)還無法協(xié)助汽車系統(tǒng)針對路況，做出完善的決策。從Google Waymo長期投入自駕研發(fā)，卻尚未有顯著的成果，可得知自駕相關(guān)的人工智慧技術(shù)難度高。各國法規(guī)方面，多數(shù)國家針對自駕車只開放部分路段，或者僅頒布相關(guān)的使用倫理，例如發(fā)生事故的時候，盡可能撞車不要撞人，并未全面同意自駕的乘用車上路。第三個因素則來自車廠的顧慮，目前各國的自駕法規(guī)傾向由製造商擔負事故責任，一旦發(fā)生車禍，車廠除了事故賠償，后續(xù)的召回也需要支出龐大的成本。上述情況讓自駕長期停留在輔助駕駛的階段，達到全自駕的難度較高。
雖然乘用車的自駕難以實現(xiàn)，但是封閉區(qū)域的自駕應用，例如物流園區(qū)、機場、工業(yè)園區(qū)、礦區(qū)等環(huán)境，已經(jīng)有不少的自駕應用案例。因為封閉環(huán)境的環(huán)境因素單純，不會有行人及交通號志，因此可以透過少量及客製化的形式實現(xiàn)Level3以上的自駕。未來物流產(chǎn)業(yè)也可以採用全自駕與輔助駕駛并行的形式，例如美國的物流車需要聘請兩個駕駛，當物流業(yè)實現(xiàn)園區(qū)內(nèi)自駕，以及園區(qū)外輔助駕駛的應用，業(yè)者僅須聘請一個駕駛，并透過輔助駕駛系統(tǒng)避免超速或疲勞駕駛等危險狀況，即可大幅減少人力成本。
工研院電子與光電系統(tǒng)研究所所長張世杰(圖2)同樣認為，近期尚難看到全自駕汽車上路。Level3自駕所需的算力非常高，可能是Level2的十倍到百倍，需要採用價格高昂的高效能運算(HPC)晶片，應用成本較高。同時汽車為了提高自駕等級，也需要大量部署雷達、影像感測器與LiDAR，系統(tǒng)設計變得相當複雜。加上Level2的輔助駕駛?cè)杂胁簧龠M步空間，技術(shù)還能更精準、順暢，因此預期未來三到五年的汽車仍以Level2為主流。
圖2 工研院電子與光電系統(tǒng)研究所所長張世杰
強化晶片可靠度應對新需求
自駕與電氣化趨勢也為車用晶片驗證帶來挑戰(zhàn)，宜特科技可靠度工程處副總經(jīng)理曾劭鈞解釋，自駕電動車產(chǎn)品的應用是從單純的人力駕駛，進展到系統(tǒng)輔助駕駛的情境。目前先進駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)已經(jīng)是汽車的標配，以及未來發(fā)展的Level3就代表車用晶片的算力會大幅增加，採用高效能運算技術(shù)。由于算力及晶片數(shù)量增加，在汽車空間有限的情況下， 車用晶片需要從傳統(tǒng)封裝改為採用如SiP或2.5D等先進封裝技術(shù)。先進封裝的接腳數(shù)(Pin Count)及焊點較多整體結(jié)構(gòu)複雜，失效率因而提高。驗證實驗室中可觀察到先進封裝遭遇比傳統(tǒng)封裝晶片更多問題，包含SiP 封裝的晶片在－40~120度C的環(huán)境下容易失效，為了維持運作效能，便需要加強焊點的可靠度。
此外，電動車的駕駛使用情境與燃油車不同，整體的行駛時間會大幅增加。因為多數(shù)電動車都會配備駕駛輔助系統(tǒng)，駕駛輔助系統(tǒng)可減少駕駛的精神消耗，行駛距離增加，就需要面對車主的里程焦慮及零組件的使用壽命問題。當駕駛使用輔助系統(tǒng)后開車的距離更遠，或者共享電動車單日的行使時間也較傳統(tǒng)的燃油乘用車長，例如奧迪便認為電動車單次的使用時間會高達每天22.5小時。
電動車晶片使用時間加長，表示零組件供應商對車廠、模組廠或Tier1的保固目標改變。因此驗證階段需要改變對晶片壽命的評估方法，例如在高溫工作壽命實驗中，原本只要進行1,000小時的就能模擬該零組件3~5年的壽命，但是因為電動車的行駛時間增加，就要模擬3,000小時以上，才能完整模擬產(chǎn)品的使用壽命，模擬時間增加或者增加實驗的樣品數(shù)。
IDM廠直面車廠需求
車廠為了掌握晶片供應以及未來電動車、自駕車的技術(shù)與規(guī)格，同時提高未來面對晶片缺貨等衝擊的韌性，除了一如往常跟Tier1合作，也增加與IDM廠商及晶圓代工廠的互動。何心宇說明，一方面是Tier1廠商尚在熟悉電動車的電池、電機、電控技術(shù)，同時車廠也希望強化對于晶片規(guī)格與供應的掌握度。因此現(xiàn)階段車廠可能直接接觸晶片供應商，討論未來電動車的晶片需求。車廠會向晶圓代工廠提出非正式的供貨協(xié)議，或者要求IDM廠商與特定的晶圓廠簽訂長期合約，簽約的產(chǎn)能以IDM廠缺乏的先進製程產(chǎn)能為主，確保在電動車所需的大量先進製程晶片能夠穩(wěn)定供貨。
同時車廠直接向IDM廠提出電動車的晶片運算、規(guī)格需求。在車廠與供應商新的互動模式中，可以看到Tier1廠商的角色出現(xiàn)變化。在IDM廠商直接與車廠聯(lián)繫后，Tier1過去作為兩方溝通橋梁的角色看似被弱化，而IDM廠的話語權(quán)增加。但是IDM廠的技術(shù)以IC設計及生產(chǎn)為主，而整車的晶片都需要整合到系統(tǒng)內(nèi)，車廠才能採用相應的產(chǎn)品，所以Tier1的系統(tǒng)整合角色還是不可取代，車用晶片仍需要透過Tier1的系統(tǒng)整合來實現(xiàn)完整的車用產(chǎn)品。
車用晶片供應商恩智浦半導體(NXP)便認為，汽車製造商目前面臨眾多嚴峻挑戰(zhàn)，包括為了為后續(xù)的汽車技術(shù)演進奠定基礎，需要將連接、安全、電氣化功能整合至未來的軟體定義汽車中。因此汽車OEM廠必須在車輛中整合至少上百個處理器，并挖掘分散電子控制單元所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，以應對車用軟體迅速成長的趨勢。為了實現(xiàn)這個目標，汽車廠商需要轉(zhuǎn)向平臺化的架構(gòu)演進，確保各品牌和不同型號產(chǎn)品間的一致性，同時充分運用軟體重複使用來節(jié)省軟體開發(fā)成本。
車用晶片市場從2019年底開始，面對內(nèi)外夾攻的挑戰(zhàn)。外部衝擊來自疫情與國際局勢變化，同時車用晶片本身也面對電氣化與自駕技術(shù)帶來的挑戰(zhàn)。電動車所需的先進製程晶片數(shù)量大幅增加，因此車廠開始和IDM廠及晶圓代工廠打交道，希望確保晶片規(guī)格與產(chǎn)能符合需求。自駕的應用則需要透過高算力的晶片來實現(xiàn)，技術(shù)方必須解決先進封裝伴隨的晶片失效機率增加，市場面則還有法規(guī)與車廠態(tài)度等挑戰(zhàn)，近年尚難實現(xiàn)Level3的全自駕應用。車用晶片供應鏈面對多重的變局，產(chǎn)生更靈活的運作模式，期望提高晶片供應的彈性，為往后可能再發(fā)生的缺貨潮或者其他的風險做足準備。
