Þó að á seinni hluta ársins 2021 hafi sum bílafyrirtæki bent á að vandamálið með örgjörvaskortinn muni batna árið 2022, þá hafa framleiðendur aukið kaup sín á milli og verið leiknir, ásamt framboði á þroskuðum örgjörvaframleiðslugetu fyrir bíla. Fyrirtæki eru enn á því stigi að auka framleiðslugetu og núverandi heimsmarkaður er enn undir miklum áhrifum af skorti á kjarna.
Á sama tíma, með hraðari umbreytingu bílaiðnaðarins í átt að rafvæðingu og greindri tækni, mun iðnaðarkeðjan fyrir örgjörvaframboð einnig gangast undir miklar breytingar.
1. Sársaukinn af MCU vegna skorts á kjarna
Þegar litið er til baka á skortinn á kjarna sem hófst í lok árs 2020, er faraldurinn án efa aðalástæða ójafnvægisins milli framboðs og eftirspurnar eftir örgjörvum í bílaiðnaði. Þó að gróf greining á notkunaruppbyggingu örgjörva (MCU) í heiminum sýni að frá 2019 til 2020 muni dreifing örgjörva í rafeindabúnaði í bílaiðnaði ná 33% af markaðnum fyrir niðurstreymisforrit, en samanborið við fjarvinnustofur á netinu. Hvað varðar örgjörvahönnuði uppstreymis, hafa örgjörvasteypustöðvar og umbúða- og prófunarfyrirtæki orðið fyrir alvarlegum áhrifum af málum eins og lokun faraldursins.
Verksmiðjur sem framleiða örgjörva í vinnuaflsfrekum iðnaði munu þjást af alvarlegum skorti á vinnuafli og lélegri veltu fjármagns árið 2020. Eftir að hönnun örgjörva hefur verið aðlöguð að þörfum bílaframleiðenda hefur ekki tekist að tímasetja framleiðsluna að fullu, sem gerir það erfitt að afhenda örgjörvana með fullum afköstum. Í höndum bílaframleiðslufyrirtækja kemur upp sú staða að framleiðslugeta ökutækja er ófullnægjandi.
Í ágúst síðastliðnum neyddist verksmiðja STMicroelectronics í Muar í Malasíu til að loka nokkrum verksmiðjum vegna áhrifa nýja krónufaraldursins og lokunin leiddi beint til þess að framboð á örgjörvum fyrir Bosch ESP/IPB, VCU, TCU og önnur kerfi stöðvuðust um langan tíma.
Þar að auki munu náttúruhamfarir, svo sem jarðskjálftar og eldar, árið 2021 valda því að sumir framleiðendur geti ekki framleitt til skamms tíma. Í febrúar síðastliðnum olli jarðskjálftinn miklu tjóni á japanska fyrirtækinu Renesas Electronics, einum stærsta örgjörvaframleiðanda heims.
Rangmat bílaframleiðenda á eftirspurn eftir örgjörvum fyrir bíla, ásamt þeirri staðreynd að verksmiðjur í uppstreymisframleiðslu hafa breytt framleiðslugetu örgjörva fyrir bíla í neytendur til að tryggja efniskostnað, hefur leitt til þess að örgjörvinn (MCU) og samskiptatæknir (CMOS myndflögur) sem hafa mesta skörun milli örgjörva fyrir bíla og almennra rafeindabúnaðar (CMOS myndflögur) eru í miklum skorti.
Tæknilega séð eru til að minnsta kosti 40 gerðir af hefðbundnum hálfleiðaratækjum í bílum og heildarfjöldi hjóla sem notuð eru er 500-600, þar á meðal aðallega örgjörvar (MCU), aflhálfleiðarar (IGBT, MOSFET, o.fl.), skynjarar og ýmis hliðræn tæki. Einnig verður notuð röð af vörum eins og ADAS hjálparflögur, CIS, gervigreindarörgjörvar, lidarar, millímetrabylgjuratsjár og MEMS fyrir sjálfkeyrandi ökutæki.
Samkvæmt eftirspurn eftir ökutækjum hefur þessi kjarnaskortskreppa mest áhrif á að hefðbundinn bíll þarfnast meira en 70 örgjörva (MCU), og örgjörvinn í bílum er ESP (Electronic Stability Program System) og ECU (aðalíhlutir aðalstýriflís ökutækis). Great Wall nefndi sem dæmi helstu ástæður fyrir lækkun Haval H6 frá síðasta ári og sagði að veruleg sala H6 í marga mánuði stafaði af ófullnægjandi framboði af Bosch ESP kerfunum sem þeir notuðu. Euler Black Cat og White Cat, sem áður voru vinsælir, tilkynntu einnig um tímabundna framleiðslustöðvun í mars á þessu ári vegna vandamála eins og skerts framboðs á ESP og hækkandi verði á örgjörvum.
Það er vandræðalegt að þótt verksmiðjur fyrir sjálfvirk örgjörva séu að byggja og virkja nýjar framleiðslulínur fyrir skífur árið 2021 og reyna að flytja ferlið við sjálfvirk örgjörva yfir á gömlu framleiðslulínuna og nýju 12 tommu framleiðslulínuna í framtíðinni, til að auka framleiðslugetu og ná stærðarhagkvæmni, þá er afhendingartími hálfleiðarabúnaðar oft meira en hálft ár. Þar að auki tekur það langan tíma að aðlaga framleiðslulínuna, sannprófa vöruna og bæta framleiðslugetu, sem gerir það líklegt að nýja framleiðslugetan verði virk á árunum 2023-2024.
Það er vert að nefna að þótt þrýstingurinn hafi varað lengi eru bílaframleiðendur enn bjartsýnir á markaðinn. Og nýja framleiðslugetan fyrir örgjörva er ætluð til að leysa stærstu kreppu í framleiðslugetu örgjörva sem nú er í gangi í framtíðinni.
2. Nýr vígvöllur undir rafgreind
Hins vegar gæti lausn núverandi örgjörvakreppu aðeins leyst brýna þörfina sem stafar af núverandi ósamhverfu framboðs og eftirspurnar á markaði. Í ljósi umbreytinga í rafmagns- og snjalliðnaði mun framboðsþrýstingur á örgjörvum í bílaiðnaði aðeins aukast veldishraða í framtíðinni.
Með vaxandi eftirspurn eftir samþættri stýringu rafknúinna vara í ökutækjum, og á þeim tíma sem FOTA uppfærsla og sjálfkeyrsla er í gangi, hefur fjöldi örgjörva fyrir nýja orkugjafa aukist úr 500-600 á tímum eldsneytisökutækja í 1.000 í 1.200. Fjöldi tegunda hefur einnig aukist úr 40 í 150.
Sumir sérfræðingar í bílaiðnaðinum sögðu að á sviði háþróaðra snjallrafknúinna ökutækja í framtíðinni muni fjöldi örgjörva fyrir einstök ökutæki aukast nokkrum sinnum í meira en 3.000 stykki og hlutfall hálfleiðara í bílum af efniskostnaði alls ökutækisins muni aukast úr 4% árið 2019 í 12% árið 2025 og gæti aukist í 20% fyrir árið 2030. Þetta þýðir ekki aðeins að á tímum rafgreindar er eftirspurn eftir örgjörvum fyrir ökutæki að aukast, heldur endurspeglar það einnig hraða aukningu á tæknilegum erfiðleikum og kostnaði við örgjörva sem krafist er fyrir ökutæki.
Ólíkt hefðbundnum framleiðendum, þar sem 70% af örgjörvum fyrir eldsneytisbíla eru 40-45nm og 25% eru flísar með lægri tækni en 45nm, hefur hlutfall flísanna í 40-45nm ferlinu fyrir almenna og hágæða rafbíla á markaðnum lækkað í 25%. 45%, en hlutfall flísanna yfir 45nm ferlinu er aðeins 5%. Frá tæknilegu sjónarmiði eru þroskaðir, hágæða ferlisflísar undir 40nm og fullkomnari 10nm og 7nm ferlisflísar án efa ný samkeppnissvæði á nýjum tímum bílaiðnaðarins.
Samkvæmt könnunarskýrslu sem Hushan Capital gaf út árið 2019 hefur hlutfall aflgjafa í heildarökutækjum aukist hratt úr 21% á tímum eldsneytisökutækja í 55%, en örgjörvaflísar hafa lækkað úr 23% í 11%.
Hins vegar er vaxandi framleiðslugeta örgjörva sem ýmsar framleiðendur hafa gefið út enn að mestu leyti takmörkuð við hefðbundnar örgjörvaflögur sem nú bera ábyrgð á stjórnun vélar/undirvagns/yfirbyggingar.
Fyrir rafknúin snjallbíla hefur eftirspurn eftir gervigreindarflísum sem bera ábyrgð á skynjun og samruna sjálfvirkrar aksturs; aflgjafaeiningum eins og IGBT (einangruðum hliðar-tvískiptum transistorum) sem bera ábyrgð á orkubreytingu; skynjaraflísum fyrir ratsjárvöktun sjálfvirkrar aksturs hefur aukist mjög. Þetta mun líklega verða ný umferð af „kjarnaleysi“ vandamálum sem bílaframleiðendur munu standa frammi fyrir á næsta stigi.
Hins vegar, á nýja stigi, er það kannski ekki vandamálið með framleiðslugetu sem truflast af utanaðkomandi þáttum sem hindrar bílaframleiðendur, heldur „fastur háls“ örgjörvans sem takmarkast af tæknilegu hliðinni.
Sem dæmi má nefna eftirspurn eftir gervigreindarflögum sem greind hefur skapað, þá hefur reikniafl hugbúnaðar fyrir sjálfkeyrandi akstur þegar náð tveggja stafa TOPS-stigi (trilljón aðgerða á sekúndu) og reikniafl hefðbundinna örgjörva í bílum getur varla fullnægt reikniaflsþörfum sjálfkeyrandi ökutækja. Gervigreindarflögur eins og GPU, FPGA og ASIC hafa komið inn á bílamarkaðinn.
Á fyrri hluta síðasta árs tilkynnti Horizon formlega að þriðja kynslóð Journey 5 örgjörvans, sem er hönnuð fyrir ökutæki, hefði verið opinberlega gefin út. Samkvæmt opinberum gögnum hafa Journey 5 örgjörvana 96TOPS reikniafl, 20W orkunotkun og 4,8TOPS/W orkunýtni. Í samanburði við 16nm vinnslutækni FSD (fully autonomy driving function) örgjörvans sem Tesla gaf út árið 2019, hafa færibreytur eins örgjörva með 72TOPS reikniafl, 36W orkunotkun og 2TOPS/W orkunýtni batnað verulega. Þessi árangur hefur einnig vakið hylli og samvinnu margra bílafyrirtækja, þar á meðal SAIC, BYD, Great Wall Motor, Chery og Ideal.
Knúið áfram af greind hefur þróun iðnaðarins verið gríðarlega hröð. Frá og með FSD Tesla er þróun aðalstýriflögna fyrir gervigreind eins og að opna Pandóru öskju. Stuttu eftir Journey 5 gaf NVIDIA út Orin örgjörvann sem verður einn örgjörvi. Reikniaflið hefur aukist í 254TOPS. Hvað varðar tæknilega birgðir, þá kynnti Nvidia jafnvel Atlan SoC örgjörva með allt að 1000TOPS reikniafl fyrir almenning á síðasta ári. Sem stendur er NVIDIA með trausta einokunarstöðu á GPU markaði fyrir aðalstýriflögur fyrir bíla og heldur 70% markaðshlutdeild allt árið um kring.
Þó að innkoma farsímarisans Huawei í bílaiðnaðinn hafi hrundið af stað mikilli samkeppni í örgjörvaiðnaðinum, er vel þekkt að Huawei hefur mikla reynslu af hönnun 7nm ferlis SoC undir áhrifum utanaðkomandi þátta, en getur ekki hjálpað fremstu örgjörvaframleiðendum að kynna sig á markaði.
Rannsóknarstofnanir gera ráð fyrir að verðmæti reiðhjóla með gervigreindarflögum sé að hækka hratt úr 100 Bandaríkjadölum árið 2019 í 1.000+ Bandaríkjadali árið 2025; á sama tíma muni innlendur markaður fyrir gervigreindarflögur í bílum einnig aukast úr 900 milljónum Bandaríkjadala árið 2019 í 91 árið 2025. Hraður vöxtur eftirspurnar á markaði og tæknileg einokun á hágæða flísum mun án efa gera framtíðarþróun bílaframleiðenda enn erfiðari.
Líkt og eftirspurnin á markaði fyrir gervigreindarflögur hefur IGBT, sem mikilvægur hálfleiðaraþáttur (þar á meðal flögur, einangrandi undirlag, tengi og önnur efni) í nýjum orkugjöfum með kostnaðarhlutfall allt að 8-10%, einnig djúpstæð áhrif á framtíðarþróun bílaiðnaðarins. Þó að innlend fyrirtæki eins og BYD, Star Semiconductor og Silan Microelectronics hafi byrjað að útvega IGBT fyrir innlend bílafyrirtæki, er framleiðslugeta IGBT fyrirtækjanna sem nefnd eru hér að ofan enn takmörkuð af stærð fyrirtækjanna, sem gerir það erfitt að mæta ört vaxandi vexti innlendra nýrra orkugjafa á markaði.
Góðu fréttirnar eru þær að í ljósi næsta stigs þar sem SiC kemur í stað IGBT-a eru kínversk fyrirtæki ekki langt á eftir í hönnuninni og búist er við að það að auka hönnunar- og framleiðslugetu SiC, byggt á rannsóknar- og þróunargetu IGBT, muni hjálpa bílafyrirtækjum og tækni. Framleiðendur fá forskot á næsta stigi samkeppninnar.
3. Yunyi Semiconductor, kjarnagreind framleiðsla
Vegna skorts á örgjörvum í bílaiðnaðinum hefur Yunyi skuldbundið sig til að leysa framboðsvandamál hálfleiðaraefna fyrir viðskiptavini í bílaiðnaðinum. Ef þú vilt vita meira um fylgihluti fyrir Yunyi Semiconductor og senda fyrirspurn, vinsamlegast smelltu á tengilinn:https://www.yunyi-china.net/semiconductor/.
Birtingartími: 25. mars 2022