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产业链优势重塑:各国破解汽车芯片短缺的举措及中国对策

职称驿站所属分类:工业设计论文发布时间:2022-09-27 08:57:37浏览:

汽车是半导体领域重要的应用场景之一,随着汽车电动化、智能化的发展,芯片已成为驱动汽车行业创新的重要力量。从当前全球竞争格局来看,欧美日居于主导地位,且在当前“芯片荒”的现实背景下更表现出不断强化自身控制力的趋势。2020年至今的汽车芯片短缺问题,是地缘政治格局变化和外部冲击下的市场供需失衡、汽车行业运营模式调整、汽车芯片行业自身独特性等偶发因素与行业规律变革等多重因素叠加和发酵的结果

   [摘 要]汽车是半导体领域重要的应用场景之一,随着汽车电动化、智能化的发展,芯片已成为驱动汽车行业创新的重要力量。从当前全球竞争格局来看,欧美日居于主导地位,且在当前“芯片荒”的现实背景下更表现出不断强化自身控制力的趋势。2020年至今的汽车芯片短缺问题,是地缘政治格局变化和外部冲击下的市场供需失衡、汽车行业运营模式调整、汽车芯片行业自身独特性等偶发因素与行业规律变革等多重因素叠加和发酵的结果。为应对芯片短缺,美国、欧洲、日本和韩国均采取了不同的策略来强化自身在制造环节的控制力,应对汽车芯片短缺已成为主要国家维系产业链安全、塑造科技和产业领先优势的一个“缩影”,这对于我国本就严峻的汽车芯片短缺问题造成新的压力,但也为我国破解芯片短缺问题提供了新的思路。建议短期内强化汽车与芯片产业的内部协同和外部循环,为汽车制造企业营造良好的发展环境和预期;长期落实集成电路产业发展的支持体系,促进集成电路产业的自主安全可控,提升产业链供应链韧性以保证经济和国家安全。

  [关键词]汽车芯片;短缺;产业链;国家干预;国产替代

  [中图分类号] F062.9;F414[文献标识码] A[文章编号] 1673-0461 (2022) 07-0064-08

企业科技与发展

  《企业科技与发展》杂志,于1985年经国家新闻出版总署批准正式创刊,CN:45-1359/T,本刊在国内外有广泛的覆盖面,题材新颖,信息量大、时效性强的特点,其中主要栏目有:商情与预测、科技与生活、新产品集锦等。

  芯片是驅动汽车行业创新的重要力量,汽车也是芯片的重要应用场景,汽车与芯片的融合不仅代表了制造业数字化转型的新趋势,也是数字技术与传统技术融合促进美好生活的典范。在全球进入百年大变局的现实背景下,汽车芯片竞争不仅反映了传统汽车产业在新技术驱动下的全球格局新变化,也凸显了新技术对传统产业的改造和影响,汽车芯片在地缘政治格局变化、疫情及灾害外部冲击、汽车行业运营模式调整、汽车芯片行业自身独特性等多重因素叠加下表现出严峻的短缺问题。应对汽车芯片短缺,不仅是主要大国维系产业链安全的一个现实范例,也成为各国应对大变局下维系传统产业竞争力、推动新兴产业和传统产业融合、形塑产业链新优势的重要策略。为此,深入剖析当前汽车芯片短缺的深层次原因,分析各国家及地区应对汽车芯片短缺所采取的措施,对于我国集成电路产业把握汽车产业创新发展机遇实现“后发赶超”和汽车行业的“跨代竞争”具有重要的现实意义。

  一、汽车芯片的全球竞争态势

  汽车是第二次工业革命中的典型产品,随着新技术革命的不断深化,更多的技术要素融入到汽车产品中,其中最为重要的是以芯片为代表的半导体技术融入到汽车的各个系统,驱动着汽车产业在新工业革命阶段的不断成长和升级。作为半导体的重要应用领域,汽车芯片按种类可分为微控制单元(MCU)、系统级芯片(SoC)、功率半导体(IGBT、MOSFET、电源管理芯片、二极管等)、存储芯片(NOR、NAND、DRAM等)、传感器(压力、温度、湿度、雷达、电流、图像等)以及互联芯片(射频器件等)等,使用范围涵盖车身、仪表/信息娱乐系统、底盘/安全、动力总成和驾驶辅助系统五大板块。传感器、微控制单元、存储设备、功率器件在各个板块均有需求,而互联芯片主要用于车身及信息系统方面。

  (一)汽车芯片的全球发展态势

  随着汽车电动化和智能化的发展,芯片在单车价值中的比重不断提升,尤其是电动汽车和无人驾驶汽车极大地提升了汽车中芯片的价值。根据Strategic Analytics数据显示,传统燃油车中,价值占比最高的半导体器件为微控制单元,占比达23%,功率半导体和传感器分别占21%和13%,而在典型的纯电动汽车中,传统机械结构的内燃机动力系统被电动机和电控系统取代,其中电控系统需要大量的逆变器,对IGBT、MOSFET等功率器件产生了大量需求,推动了功率半导体在纯电动车的价值占比大幅提升至55%,MCU和传感器价值占比分别下降至11%和7%。从单车半导体价值来看,根据Strategy Analytics数据,2019年纯电动车单车平均半导体价值达到了775美元,为燃油车的两倍有余,高档电车甚至超过1 500美元、芯片需求量超过2 000颗①,汽车行业的创新拉动了对汽车芯片的数量和高制程需求。

  从芯片的具体用途来看,汽车类和通讯类芯片在全部应用场景中占比上升,汽车已成为半导体行业快速增长的重要驱动力。根据IC Insights的数据显示(见图1),汽车芯片在集成电路领域的的市场份额从1998年的4.7%提高到2019年的8.7%,受疫情影响消费类电子需求的快速上涨,汽车芯片的市场份额在2020年回落到7.5%。但是总产值长期保持快速的增长态势,2020年达到380亿美元的规模。进入2021年,受汽车芯片短缺预期的影响,汽车芯片总体需求和产能保持高速增长,2021年一季度相较去年同期增长了23%,与全球集成电路市场的增长率相同②。另据美国半导体行业协会(SIA)2022年4月发布的报告显示,2021年汽车用半导体在全球半导体市场中的份额高达12.4%,成为仅次于计算机(31.5%)和通讯领域(30.7%)的第三大应用场景③。

  (二)汽车芯片的全球竞争格局

  欧美日巨头占据汽车半导体近95%份额,我国企业整体市占率极低。根据Gartner的数据显示,2019年,全球汽车半导体市场中欧洲、美国和日本的市场份额分别达到36.8%、32.1%和26.0%,我国只占全球市场的2.5%,远低于我国在集成电路产业5%的全球市场份额,更与我国汽车第一生产和销售大国的地位极不相称。优势企业主要集中于美国、德国、法国、荷兰、瑞士、日本、韩国、中国和以色列等。其中,英飞凌(德国)、恩智浦(荷兰)、瑞萨电子(日本)、德州仪器(美国)、意法半导体(瑞士)、博世(德国)、安森美(美国)等拥有行业内的领先者优势(见图2),2019—2020年,前五大汽车半导体企业(英飞凌、恩智浦、瑞萨电子、德州仪器、意法半导体)占据了全球近50%的市场份额。我国汽车芯片企业一方面面临设计和制造环节的技术和工艺限制,另一方面受传统汽车芯片行业在客户上的先发优势影响,尚未成长出在国际上具有显著竞争力的汽车芯片企业④,在全球汽车芯片市场占有率极低。

  二、汽车芯片短缺的现实及其原因分析

  作为芯片的重要应用场景,汽车芯片也从垂直整合模式(Integrated Design and Manufacture,IDM)向纵向分工模式(例如IP核企业、无晶圆厂的设计企业、晶圆代工企业、专业封测企业)转型过程中表现出高度全球化特征。汽车的主要供应商,例如英飞凌、意法半导体、恩智浦等,把附加值比较低的封装和测试环节布局到劳动力成本相对较低的东亚地区,将制造环节交于专业的晶圆厂代工,极细的全球分工在面临外部冲击时存在极大的不稳定性。自2020年以来,汽车芯片却出现前所未有的短缺局面,尤其是微控制单元(MCU)、系统级芯片(SoC)等极为短缺,制造环节是汽车芯片供应不足的“堵点”。从2020年底开始,福特、通用、大众、宝马、菲亚特-克莱斯勒、本田、丰田、日产、沃尔沃、现代、起亚等汽车厂商相继由于芯片供应不足出现减产、短期停产或者延迟交货,国内汽车厂商蔚来等也宣布减产,甚至部分车企推出“减芯版”产品,大量车企在非正式的渠道反映芯片价格“暴涨”和“一芯难求”。市场研究机构英国埃信华迈公司预测,2021年全球汽车产业销售额将因“缺芯”减少600亿美元。汽车芯片短缺是地缘政治格局变化和外部沖击下的市场供需失衡、汽车行业运营模式调整、汽车芯片行业自身独特性等偶发性因素与行业规律变革等多重因素叠加发酵的结果。

  (一)美国发起的“贸易战”以及新冠疫情等外部冲击从供给端影响汽车芯片供给

  美国打压中国高科技领域的“贸易战”打乱了全球芯片产业秩序,加之受全球疫情、自然灾害等外部冲击影响,汽车芯片供给在短期内出现较大波动。美国发起意在打击中国的行为破坏了全球芯片行业的生产秩序稳定预期,引发全球供应链尤其是下游企业决策的大调整。为应对美国政策对集成电路产业链冲击的不确定性,国内外各大手机制造商加大高端制程芯片备货,锁定了台积电等代工企业的长期订单,晶圆代工厂产能进入高度饱和状态。与之形成鲜明对照的是,在近年来全球整车销量下降的大趋势下,汽车厂商于2020年初纷纷调低汽车芯片订货量,在年末汽车芯片出现短缺的情况下市场中已经找不到剩余产能,汽车芯片供应尤其是高端的MCU、SoC面临前所未有的产能不足问题。芯片行业的高度全球化特征决定了任何一个环节的波动将影响全产业链的稳定性,在美国干预导致全球芯片产业秩序“混乱”的背景下,全球疫情、日本地震和火灾、德州暴风雪、中国台湾地区缺水缺电地震等局部或者全球的冲击叠加,在高端芯片供给不足的背景下引发中低端芯片的市场“恐慌”,最终传导到汽车整车制造商形成严重的供不应求问题。

  (二)消费电子的挤出效应和汽车智能化的需求增量从需求端引致市场需求抬升

  需求端消费电子市场快速增长形成对汽车芯片的挤出效应,智能汽车的快速增长形成新增需求以及汽车行业加速备货形成的短期需求扩张,各因素交汇抬升了汽车芯片的需求。电动汽车、智能驾驶等技术快速发展且应用场景不断成熟,单车的芯片需求量明显增加,引致汽车行业对芯片需求的扩张。“宅经济”“无接触经济”快速发展、5G、AI等技术应用不断成熟,消费电子设备、通讯电子设备的芯片需求猛增,且其相对较高的利润率和更高的出货量会激励芯片制造企业将更多的产能分配给消费级芯片,形成对汽车芯片供应的挤出效应。根据台积电2021年三季度数据显示,智能手机用晶圆代工占第三季度总收入的44%,而汽车用用晶圆代工占仅4%,与第二季度持平,智能手机芯片大幅度挤出汽车芯片产能。此外,在“芯片荒”情绪的市场传导下,部分车企、渠道商及电子设备企业大量囤货,或加杠杆下单谋利,短期需求扩张加剧了芯片短缺问题。

  (三)汽车行业运营模式调整尤其是安全库存模式推动了短期需求激增

  汽车行业从传统关注效率和成本的“零库存”向关注产业链韧性的“安全库存”模式转型,形成短期内全产业芯片需求的快速扩张。半个世纪以来,丰田所坚守的“零库存”模式成为汽车行业的标杆,然而,在此次新冠疫情和美国“长臂管辖”所引发的“芯片荒”问题上,丰田公司由于早在2011年就启动了保障供应链稳定的“业务连续性计划”(BCP)而免受此次芯片短缺影响,这对其他汽车企业产生了巨大的示范效应。在此背景下,全球汽车企业都在构建自身的“安全库存”模型,例如英飞凌与大众、宝马、奥迪等德系车建立同盟,三星电子和现代汽车合作发掘下一代功率半导体、图像传感器等产品。各大汽车企业加大芯片备货,并通过消费者、分销商、整车制造厂、供应商的需求信息传递,产生显著的“牛鞭效应”,对芯片的需求不断放大,形成市场对汽车芯片的强大需求预期,全产业链的库存“蓄水池”形成短期内对汽车芯片需求的急剧扩张。

  (四)缺乏通用型技术架构使得汽车企业在与晶圆制造企业合作时话语权较弱

  汽车厂商对芯片的需求高度异质化,汽车芯片通用技术架构体系尚未起来,汽车企业对晶圆企业的议价能力和影响能力有限,芯片制造商不愿意释放消费级电子芯片产能来缓解汽车芯片的短缺问题。与其他电子设备中的芯片整合在主板不同,汽车芯片在车辆中的分布高度分散,即便是MCU也是主要零部件和传感器分散在汽车的不同部位上;汽车芯片采购方包括整车厂、各级各类供应商、修理厂等,芯片的整体标准化、规模化、模块化程度不够,缺乏一些主流的技术架构替代零散琐碎的汽车芯片。随着智能驾驶、电动汽车的发展,SoC将成为汽车芯片的主流,但从分散的MCU和传感器模式向整合的SoC迁移需要较长周期。短期内汽车芯片通用技术架构体系未能建立,不利于形成汽车企业影响芯片制造企业的能力,例如台积电在2021年5月份承诺将汽车芯片“产量提升60%”,但其三季度汽车芯片占总收入的4%,较2020年的3.31%尽管有所提升,但远未达到增长60%的目标。因此,短期内寄希望于晶圆制造企业提升汽车芯片产能面临市场失灵的现实问题。此外,相对于消费级电子来看,汽车行业对芯片需求量小、品类多、技术要求高、质量标准苛刻等,导致汽车芯片对于很多芯片制造公司来说并不具备吸引力,这也让其在芯片制造公司的战略规划中显得无足轻重。

  (五)汽车芯片的安全稳定性需求决定了新进厂商难以进入采购目录并形成有效替代

  汽车芯片自身的独特性决定了新进芯片厂商的产品进入汽车制造商采购目录面临较高的风险和较长的周期,进一步拉长了汽车芯片短缺的周期。在芯片制造的工程管理上,相比消费芯片和一般工业芯片,车规级芯片在温度、湿度、气压、出错率、使用时间等方面要求更加严格,导致开发周期长、难度大、风险高。同时,由于涉及到人身安全,要求极高的安全性和可靠性。因此,对汽车制造企业尤其是领先企业来说,为保证产品质量的可靠性和稳定性,使用行业龙头企业和成熟供应商是其“理性决策”,新的和后发供应商进入汽车厂商供应体系十分困难。此外,由于汽车芯片企业和汽车制造企业形成的长期稳定的“锁定”关系,上下游在股权、业务、社会网络等方面形成相对稳定的局面,例如丰田和瑞萨、英飞凌和德系汽车企业,其他供应商进入汽车厂商供应链难度极大,这将极大地阻碍了后进汽车芯片企业的市场进入。此外,作为工业级用途的汽车芯片,与消费级芯片相比还存在一个显著差异是产品更新迭代周期相对较长,产品的可靠性要求更高,进而决定了汽车芯片生产过程中存在难以突破的默会性知识壁垒。上述因素的叠加,以新的产品、供应商和产能实现对现有供应短缺问题的“补足”面临极大的技术经济挑战。

  芯片短缺的直接结果是影响汽车的生产和销售,但由于芯片短缺所引发的各国政府和市场的行动将产生更加深远的影响。首先,短缺将抬升汽车芯片价格,这对于芯片自给率只有2.5%的我国汽车产业来说将造成更大的成本压力,进一步蚕食我国汽车制造产业的利润水平,甚至直接影响汽车产业的创新发展和赶超。其次,在汽车芯片短缺的大氛围下,大量芯片企业涌入,预期将会出现“低端芯片过剩、高端芯片产能不足”的结构性问题,进一步加剧芯片产业的周期性投资波动问题。根据企查查数据显示,仅2020年和2021年新成立的集成电路企业高达6.46万户和8.54万户,大量资本涌入芯片行业,预期未来这些新企业中部分产能释放后将会一定程度上缓解汽车芯片供应不足的问题,且可能造成低端芯片供给过剩的问题。然而,最为短缺的MCU、SoC需要先进制程工艺,高压功率器件所需的SiC、GaN晶圆被美日巨头控制,加之美国的持续打压,短期内技术完全自主难度极大,所以高端芯片领域可能存在长期供给不足的现实问题[1]。最后,各国政府对汽车芯片短缺问题都高度重视,通过强化本国汽车和芯片产业之间的协同,提高产业链本地化、区域化以提升产业链韧性,“汽车+芯片”将形成一个强大的内部产业联盟,这为正处于起步和追赶阶段的我国芯片和汽车产业来说形成了巨大的挑战,未来利用全球化机遇实现后发赶超的难度更大。然而,需要看到的是,全球范围内的芯片荒将在未来1~2年内得以解决,但中国的汽车芯片供给尤其是高端芯片供给的自主可控将远超这一判断,预计在未来的5~10年内,通过破解关键设备、材料、EDA软件、IP核、制造工艺等“短板”,才可能在芯片领域形成全产业链领先能力,以降低各国重塑产业链对我国芯片产业和汽车产业的影响。

  三、主要国家及地区缓解汽车芯片短缺重塑产业链优势的举措

  汽车产业的巨大规模及其对相关产业的强大带动效应,使得各国家及地区都十分重视汽车产业发展,在汽车芯片面临短缺危机时,各国家及地区通过形式多样的干预方式来缓解自身芯片短缺问题。美国借汽车芯片短缺之机进一步强化对芯片制造环节的全球控制力,欧洲借此强化其在汽车芯片领域的领先优势,日本则由主要车企利用下行生产模式构筑“安全库存”以打造韧性供应链,韩国则凭借其在存储半导体领域的优势与车企合作打造在系统级芯片的新优势。

  (一)美國:强化芯片制造的本地供应,并以“长臂管辖”形成对全球芯片产业的绝对控制

  美国将解决汽车芯片在内的芯片短缺问题作为强化其对集成电路产业控制力和进一步打压中国的工具。

  一是从国家层面构建本国支持芯片产业发展的政策体系。美国在2021年6月发布的《构建有韧性的供应链、振兴美国制造、促进更大范围的经济增长:行政令14017的100天评估》中提出,美国要重建芯片生产和创新能力,构建生产、制造、技能劳动者、多样化中小型供应商组成的具有长期竞争力的产业生态体系,建议通过颁布新的联邦法律、利用《国防生产法案》等方式提升美国芯片制造能力,以及国会提供至少500亿美元的基金支持国内先进芯片制造发展,该报告的发布标志着美国协同推进芯片研发和制造能力提升的战略已成为国家共识。一年后,拜登政府发布了推动供应链安全的评估报告《美国供应链行政命令:一年行动和成就》,国防部、国土安全部、商务部、能源部、农业部、交通部、卫生和公众服务部等7部门也分别发布了6个专项的供应链安全报告(国土安全部和商务部共同负责ICT领域),进一步强化了联邦政府各部门协同推进集成电路产业链供应链安全的国家体系。二是进一步提升美国的芯片制造能力以维系其芯片全产业链的安全性。美国通过游说、政治施压等多种方式,吸引台积电到美国兴建5纳米12英寸晶圆厂,总投资金额高达120亿美元;英特尔于2021年3月份宣布计划斥资200亿美元在俄亥俄州新建两家工厂,并向外部客户开放代工业务,以大幅扩大其先进芯片的制造能力,2022年初宣布未来的总投资额可能会增加至1 000亿美元,共建设8座工厂。为保证对上述相关芯片制造企业的有效吸引力,参议院于2021年6月通过了《美国创新与竞争法案》,众议院2022年2月通过了《2022年美国竞争法案》,进一步明确了《CHIPS》和《2021财年国防授权法案》对集成电路产业的政府支持,主要内容是在5年里提供527亿美元用于芯片生产、设计和研究,不只要支持美国本土的芯片制造,也要支持外国的芯片制造商都能在美国进行该领域最先进技术的研制。三是以“救世主名义”再次出手,企图掌控全球汽车制造商的芯片分配量。以应对汽车芯片短缺和维护国家安全为借口,美国商务部于2021年9月23日发出通知,要求全球半导体供应链主要企业在45天之内提供过去3年的相关信息,包括库存、产能、原材料采购、销售、客户信息等,信息征集对象涵盖整个半导体供应链,包括半导体设计和制造企业、材料和设备供应商、中间商以及终端用户,美国商务部长雷蒙多在接受媒体采访时警告,如果企业不做出回应,美方可能会动用《国防生产法》和其他工具迫使企业交出数据信息。在美国政府三番四次召开会议要求共建“资讯分享机制”的压力下,主要半导体企业(包括台积电和三星)都在截止日期(2021年11月8日)前提供了相关信息。

  (二)欧洲:发掘自身优势和整合内部力量,以此为契机提升其在全球半导体领域的竞争力

  欧洲在汽车芯片领域独具优势,拥有意法半导体、博世、英飞凌等领军企业,也有Soitec、Danfoss和Semikron等创新领导者,本应是汽车芯片保障最安全的地区。但是,在集成电路产业全球大分工的背景下,领军企业产品的9成以上都在欧洲之外制造。为应对汽车芯片短缺,欧洲通过强化政策支持和构建产业联盟来提升其在汽车芯片为主导的集成电路产业优势。一是强化立法支持芯片从研究到制造以及全球合作。2022年2月8日,欧盟委员会推出《欧洲芯片法案》提案,计划拨款110亿欧元的公共资金用于半导体的研究、设计和制造,目标是到2030年拉动总计430亿欧元的公共和私人投资,旨在提高欧洲的半导体产能,建立先进芯片制造“生态系统”,确保欧洲芯片供应安全,具体包括3个维度:首先是欧洲半导体研究战略,联合比利时微电子研究中心(IMEC)、法国原子能委员会电子与信息技术实验室(CEA-Leti)和德国弗劳恩霍夫协会等机构,将欧洲的芯片研究推向一个新的水平;其次是一项提升欧洲产能的集体计划,将支持芯片供应链监测,以及提高在设计、制造、封测、设备及材料的弹性,支持欧洲“大型芯片代工厂”的发展,这些芯片工厂将能够大批量生产最先进的(接近2nm及以下)芯片;最后是构建国际合作与伙伴关系的框架以推动供应链多样化,进而减少对单一国家或地区的过度依赖,发挥欧洲半导体联盟的作用持续地筹集资金等。二是推动区域内国家和企业间合作以协同解决汽车芯片短缺问题。2020年底,法国、德国以及其他11个欧洲国家宣布签署一项“欧洲电子芯片和半导体产业联盟计划”,以打破美国对芯片领域的主导,并计划建立安全电子技术的通用标准,目标是“建立先进的欧洲芯片设计和生产能力”。为进一步落实国家合作,2021年6月,欧盟正考虑建立一个囊括意法半导体、恩智浦、英飞凌和阿斯麦等企业在内的芯片联盟。企业层面,2021年11月9日,博世宣布将联合欧洲7个国家的34家公司及大学、研究机构等,在欧洲打造一条覆盖从晶圆到电力电子设备的完整SiC供应链,这一项目被称做“变形金刚(Transform)”,这将成为欧洲在汽车芯片领域重塑领导地位的重要事件,对于保障欧洲汽车芯片供应链安全也具有极强的现实意义。此外,2021年6月份博世位于德国德累斯顿的12英寸晶圆厂正式建成,主要生产用于电动汽车和自动驾驶汽车的芯片,这是博世130多年历史上最大的一笔投资,初始投资约10亿欧元。此外,欧盟同时在积极寻求拥有先进技术工艺的台积电、三星以及英特尔来欧洲建厂,并且拟为此推出高达数10亿欧元的补贴。

  (三)日本:提升本土制造能力推动供应链本地化,以前瞻性布局提升产业链韧性

  近期日本本土汽车企业的芯片短缺主要诱因是瑞萨工厂火灾导致的芯片停产问题,但是,与欧美韩汽车芯片短缺问题不同,日本的汽车芯片总体短缺程度较低,这是近年来日本强化供应链本地化的直接结果。然而,由于日本汽车产业的全球化布局,汽车芯片短缺也对日本海外汽车企业运营产生了影响。为此,日本采取了以强化本地芯片供应能力为主的方式来应对汽车芯片短缺问题[2]。一是重建国内生产体系,保障本土产业安全。2021年6月,日本出台《经济财政运营与改革基本方针2021》,要对半导体等战略物资集中投资,重建国内生产体系[3]。日本电子情报技术产业协会(JEITA)半导体部会2021年报告《实现国际竞争力提升的半导体战略》指出,世界的半导体生产应该從依赖具有地缘政治风险的中国台湾,向由中国台湾、美国和日本构成的三极平衡格局发展。为此,日本政府也积极支持本土芯片制造企业的投资,2021年10月份宣布,计划为台积电和索尼公司拟于日本西部熊本市设立的、造价约达8 000亿日元(合70亿美元)的新工厂提供一半的资金。该工厂将于2023年或2024年开始运营,并主要生产用于摄像头传感器的芯片以及用于汽车及其他产品的芯片。二是以企业为主体构建“安全库存”以应对产业链外部冲击。2011年福岛地震后,丰田推出名为“业务连续性计划(business continuity plan,BCP)”的供应链管理新举措[4],其中囊括可能会受到影响的1 200多种零件和材料,并拟定了500项未来需要予以高度安全关注的优先项目清单,其中包括日本主要芯片供应商瑞萨电子制造的半导体,该计划要求供应商储备价值2~6个月的芯片,这也导致此次芯片短缺中丰田汽车成为受影响最小的汽车企业。此外,丰田通过零部件供应商电装公司获取芯片制造商瑞萨电子5%的股份,以形成对上游汽车芯片的有效影响。

  (四)韩国:政府推动汽车和芯片企业合作,并借此机会实现韩国在系统级芯片的突破

  韩国是全球集成电路产业的领先国家,三星和SK海力士在存储领域具有无可比拟的优势,但是,由于其在系统半导体(主要是逻辑芯片)的表现不佳,在汽车芯片领域的全球市占率仅为2.3%。此次芯片短缺对现代、大宇等汽车企业造成了较大影响,为此,韩国发挥政府在产业发展的指导作用,推动汽车企业和芯片企业协作,既有解决汽车芯片短缺的短期目标考量,更重要的是寄希望于推动韩国在集成电路产业链的进一步拓展和延伸,尤其是实现其在系统级芯片上的突破。2021年5月13日,韩国产业通商资源部和三星电子、现代汽车在三星电子平泽工厂与韩国汽车研究院、韩国电子技术研究院签署了关于加强汽车芯片需求方和供货方合作的协议,合作发掘下一代功率半导体、图像传感器、信息娱乐应用处理器以及无人驾驶汽车应用处理器、AI加速器等产品。与此同时,为进一步提升韩国在半导体领域的全产业链优势,韩国政府2021年5月13日发布了“K半导体战略”,以“K芯片带”布局打造专注于制造、材料、设备、封装和设计企业入驻,包括三星电子和SK海力士在内的国内半导体公司已承诺在未来10年内投资超过510万亿韩元,政府承诺将为集成电路产业提供税收抵免(对研发投资税前扣除比例高达50%)、融资、监管改革和基础设施扩建等方面的支持⑤。另外,政府计划于2022年构建汽车芯片全周期自立支援体系,政府和企业今年将共同制定长期汽车芯片技术开发路线图,加强系统半导体供需方之间、中小企业和大企业之间的合作,建立稳固的半导体供应链。

  四、破解汽车芯片短缺保障产业链安全的政策建议

  汽车芯片短缺问题表面上是外部冲击所引发的供需失衡、行业运营模式调整以及汽车行业自身规律所导致的,但从深层次来看,其映射了我国在整个集成电路产业的竞争力和话语权不足问题。因此,在采取措施帮助汽车企业解决短期芯片短缺问题的同时,要着眼于长期落实集成电路产业发展的支持体系,真正提升中国在集成电路产业的全球话语权,形成具备领先优势和制约竞争对手的核心竞争力。具体有如下几点建议:

  (一)强化供需协调和产业间协同,在解决供需失衡问题的同时关注芯片的结构性供应问题

  早在2020年9月,为应对汽车芯片短缺和芯片供应能力不足的问题,由70余家单位组成的“中国汽车芯片产业创新战略联盟”就已成立,目前已开展了通过保险机制建立起上游芯片供应与下游汽车厂商合作的探索,联盟对短期内缓解汽车芯片供需信息共享与市场对接具有重要的现实意义。建议进一步发挥联盟功能,强化国内汽车芯片供应商的型号、规格、库存等信息共享,引导汽车企业合理备货,对接制造企业集体采购增加产能供给,防范芯片短缺造成的市场恐慌和无序竞争,对严重扰乱市场秩序的“投机”行为予以打击。与此同时,要关注高端芯片供给,优化窗口指导防范低端芯片过剩。在行业审批权限下放的背景下优化窗口指导,对新建集成电路项目予以风险评估,并依据风险等级确定税收、土地等相关优惠政策,防范汽车芯片的结构性过剩;除了对先进制程、先进工艺的通用型芯片给予支持外,还需要对MCU和SoC等专用芯片的设计和制造企业予以额外支持。进一步发挥集成电路协会等企业间组织的作用,依托专业研究机构,形成对各类制程、各类型号的可视化呈现,为集成电路企业调整生产决策提供依据。

  (二)充分发挥国家力量,形成对产业发展的连续性支持

  尽管集成电路产业得到国家的高度重视,但相关力量的协同整合力度有待进一步加强,推动关键设备和技术攻关的支持连续性不足,这对于在摩尔定律下快速变化的集成电路行业来说十分不利。建议尽快落地集成电路产业发展的新专项计划,集中在晶圆制造环节以及围绕制造的设备和材料方式实施“补短板”专项工程,真正破解在汽车用MCU、SoC上的制造能力短板。可依托中央企业打造现代产业链链长和原创技术策源地等机遇,统筹产业联盟、集成电路协会、各类科研院所的信息资源,以产业链链长企业牵引上下游各类设备、材料、软件、设计、制造、封测企业分享信息和提出需求,推动产业内的“揭榜挂帅”,以市场牵引产业链各个环节和领域的集中突破和迭代升级。建议进一步加大集成电路产业共性技术研发力度,在已组建的国家集成电路创新中心、国家智能传感器创新中心和国家集成电路特色工艺及封装测试创新中心3大共性技术创新平台的基础上,建立平台间信息有效互动的长效机制,加大对基础共性技术研发的支持力度,优化评价方式,形成原创技术、底层技术、前沿技术的领先优势。最重要的是,要强化对集成电路产业支持的战略定力,以持续性投入推动持续性创新,真正实现自主可控[5],避免外部环境变化对原创技术、关键材料、关键环节、重要工艺等自立自强战略的影响。

  (三)科学把握行业特征,以差异化政策支持产业发展

  在高度关注集成电路产业国产替代和实现科技自律自强的同时,要高度重视汽车芯片这一细分领域的优先突破。一是利用汽车芯片制程相對较低和迭代周期较长的特点,发挥我国在制造业的优势,从全产业链和全要素的角度加快布局,补齐我国在设备、材料、软件等方面的基础短板,也为未来在更高制程上的突破和提升创造条件。尤其是要进一步强化我国在汽车芯片制造环节的力量,引导汽车产业建立“安全库存”模型,确保在极端压力条件下的安全和备份能力。二是把握汽车芯片新兴细分领域的发展机遇,例如激光雷达、第三代半导体、射频芯片等,这些领域的国外巨头市场占有率相对较低且成长快速,加快培育和推进相关细分领域的快速成长和积累,有利于形成差异化优势。三是进一步深化半导体领域的对内对外开放[6],强化半导体领域内的互动和交流,鼓励行业内企业与国内外同行的交流,鼓励汽车企业和芯片企业协同发展,强化行业内企业知识的共享,迅速积累行业内的学习经验,提升芯片制造良率和可靠性。四是优化产业支持政策,可考虑以整车企业为牵引,通过共建共享、保险制度、优先采购制度等,鼓励其在特定领域和场景中优先采用国产汽车芯片,以需求拉动国产汽车芯片企业的创新和迭代发展。

  (四)发挥大企业优势,培育和打造汽车芯片领域的龙头企业

  汽车芯片的种类更加多元和复杂,不仅需要具有创新精神的企业在细分领域不断突破,更需要发挥大企业尤其是龙头企业在资金、技术、人才、市场等方面的优势,培育和打造具有全球竞争力的汽车芯片企业。一是发挥国有企业尤其是机械制造、电子信息、军工企业等国有企业实力雄厚、容错能力强的优势,鼓励其后向一体化延伸至汽车芯片产业中,也可利用当前国资国企改革的机会充当风险投资者和战略性投资者的角色[7]。例如进一步提升中车在IGBT的技术和全球竞争地位。此外,还可考虑在资本运营过程中以一定比例的资本支持基础研究(作为对集成电路大基金二期的补充)[8],保证对汽车芯片基础研究的长效支持。二是发挥汽车和芯片行业内领军企业的专业优势和用户优势,加大对产业链上下游企业的支持和整合,协同推进对关键核心技术的共同研发与突破,形成产业发展的合力。三是发挥好产业联盟、技术联盟的优势,以龙头企业为牵引,加大汽车芯片共性技术研发,为技术创新和产业发展提供底层和公共技术供给。四是把握汽车电动化和智能化发展机遇,创新通用型汽车芯片架构。利用我国智能汽车、电动汽车快速发展带来的海量应用场景和技术变革机会,推动汽车设计与芯片设计的协同,设计形成多系列、多规格、适用未来多种场景的通用型的MCU和SoC芯片。鼓励芯片制造企业加大在MCU和SoC方面的投入,形成与三星聚焦存储芯片制造、台积电聚焦逻辑芯片制造类似的在汽车芯片制造方面的细分优势。

  (五)注重生態圈建设,促进产业内外的良性循环

  汽车行业上下游的高粘性以及对基础元器件高可靠性的要求,决定了汽车芯片后发厂商进入市场存在“高门槛”困境。为此,要关注汽车芯片企业的市场进入问题,发挥行业内的协同作用,为上游芯片设计、制造企业提供充裕的市场空间,为各类原材料生产、设备制造企业提供有效的应用场景,不仅有助于产业的突破,更有助于产业的长期可持续发展。一是要发挥政府、行业团体或者龙头企业的引导作用,构建产业上下游和横向企业之间的社会协同网络。二是要利用好“首台套”“首版次”等相关优惠政策机会,不仅要给予创新突破企业以支持,同时要给予用户以支持,例如确实落实新产品保险机制,降低用户使用国产替代设备、材料所造成的机会成本和风险损失补偿[9]。三是注重发挥资本市场优势[10],发挥政府引导基金和民间资本在前沿技术、初创企业的融资功能,同时鼓励行业整合、跨国并购等,形成资本对实体经济和关键领域突破的有效支持。

  [注 释]

  ① 数据来源:转引自盖世汽车研究院,汽车半导体产业报告(2020版),2021-11-24,P5。

  ② 数据来源:IC Insights,Automotive IC Marketshare Slips in 2020 After Steady Gains Since 1998,https://www.icinsights.com/news/bulletins/Automotive-IC-Marketshare-Slips-In-2020-After-Steady-Gains-Since-1998/, 2021-06-09。

  ③ 数据来源:Semiconductor Industry Association,2022 Factbook,2022-04-21,P11。

  ④ 近年来,我国在汽车芯片也涌现出大量创新企业。例如,MCU领域的中颖电子、兆易创新、东软载波、杰发科技等,它们基于ARM和RISC-V架构开发的产品已取得了较好的成绩;逻辑芯片领域的华为、地平线、黑芝麻、平头哥等,设计出一系列芯片,在制程上已媲美行业领先企业;功率半导体方面,涌现出以士兰微、安世半导体、比亚迪半导体、斯达半导体、宏微科技等后发企业;存储芯片领域,兆易创新与合肥长鑫2019年推出GD25全系列SPINORFLASH,是目前少有的全国产化车规存储器解决方案。但是,从整体竞争力来看,相关企业与国际领先汽车芯片企业还存在较大的差距。(资料来源:作者根据公开数据整理。)

  ⑤ 数据来源:Remarks by President Moon Jae-in at Presentation of K-semiconductor Strategy,https://english1.president.go.kr/Brie-fingspeeches/Speeches/983,2021-05-13。

  [参考文献]

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  [4]MARUYA H. Public forum progress and future of business continuity management in Japan-based on the lessons learnt after the Great East Japan Earthquake[J]. Journal of disaster research, 2016, 11(3): 496-503.

  [5]刘建丽,李先军.当前促进中国集成电路产业技术突围的路径分析[J].财经智库,2019,4(4):42-57,142.

  [6]文嫮.基于全球性互动的地方产业网络发展研究——以上海浦东IC地方产业网络为例[J].当代经济管理,2006(4):77-82.

  [7]侯晓红,田蕊,周浩.政府科技补贴对企业技术创新投入的影响——基于市场需求和融资约束视角[J].当代经济管理,2018,40(6):21-28.

  [8]张果果,郑世林.国家产业投资基金与企业创新[J].财经研究,2021,47(6):76-91.

  [9]李先军,刘建丽,闫梅.中国集成电路设备的全球竞争力、赶超困境与政策建议[J/OL].产业经济评论:1-16.[2022-05-06].https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?dbcode=CAPJ&dbname=CAPJLAST&filename=XDCH202204 21002&unipla tform=NZKPT&v=t1OX6fC7jtsk2FJeg37i6qFVTFYjOli9KDAxRXwrX W4_NynlTHlX61dXCi5F3Xjn.

  [10]徐明.政府引导基金是否发挥了引导作用——基于投资事件和微观企业匹配数据的检验[J].经济管理,2021,43(8):23-40.

《产业链优势重塑:各国破解汽车芯片短缺的举措及中国对策》

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