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汽车半导体的发展趋势与策略(一)

2020年半导体零件在汽车制造成本的占比约30%,预计2030、2040年分别将达50%、70%。法新社

汽车产业因为电动车、自驾车趋势一路向半导体倾斜。2020年半导体零件在汽车制造成本的占比约30%,预计2030、2040分别将达50%、70%。虽然进展的速度和详细数目容或可议,但是汽车半导体化的趋势已然启动,而且沛然莫之能御。

汽车市场对於半导体产业是什麽概念?以下的数据以2019年的来比较,避免2020因疫情各产业营业额起伏的影响而失准。半导体本身是4,123亿美元,过去10年支持半导体成长最力的智能手机是4,046亿、PC是2,336亿、云端运算是1,362亿、电信服务是1.4万亿,而汽车产业是2.2万亿!也就是说汽车市场的潜力与半导体前几名市场的总合约略相当,是死生之地、国之大事。

但这是半导体产业的看法,汽车产业又怎麽看这件事?厂商要能掌握产品主要的增值环节,这是产业竞争的不二法门。如果半导体占汽车制造成本从30%一路成长到70%而汽车公司无所作为,沦落为装配厂也是迟早的事,所以汽车公司伸手入半导体产业似乎是势在必行。

早在5年前Tesla就有内部的芯片设计团队,原先的焦点比较注重於MCU,之後的车厂将芯片设计转到功率模块上。譬如9月4日才宣布建立芯片设计团队的现代汽车(Hyundai Motor),而中车、比亚迪更直接将晶圆厂也纳入垂直整合范围。

是什麽诱因让汽车厂垂直整合至芯片设计、晶圆厂甚至後段的封装、模块厂?除了前述汽车产业核心增值区块正在向半导体移动的原因外,还有以下几个理由。

首先是次系统设计整合的效率问题。半导体零件占比在逐步提升之中,但是在那些部分、用什麽规格的零件、如何整合成次系统是汽车厂的独门工艺,目前没有统一的规格。而半导体线路设计必须配合汽车厂的系统设计需求。垂直整合有助於快速的信息交换,满足应用需求。在这一层面的意义上,手机和云端厂商早已迈开这一步。

垂直整合至晶圆制造乃至於後段的封装、模块厂,在可靠性测试此一环节可以节省不少资源,大幅缩短产品引入周期。汽车零件由於安全与法规的要求,可靠性测试异常严苛,现在的趋势更逐渐走向实境测试,外来供应零组件的验证时间会拉得很长。垂直整合到半导体零件和模块的制造,有助於大幅改善可靠性验证流程。

由於电力驱动的趋势先行於自动驾驶,汽车厂涉足半导体会先从功率元件开始。功率元件的制造主力还是在8寸厂-虽然有些功率元件已慢慢往12寸厂迁移。如若考虑到第三代半导体,特别是碳化矽(SiC),8寸厂是不二选择。8寸厂没有太先进的制程,产品和制程的迁移较缓慢,投资金额较小,是汽车产业延伸到半导体制造的入门款。

最後一点促使垂直整合的是短期因素:疫情期间的芯片短缺。虽然只是短期因素,感觉却有如牙痛,几乎所有的产业评论和顾问都敦促汽车业该上手半导体了。

所以第一个趋势是汽车厂垂直整合芯片设计、制造乃至於封测与模块。顾客自己要做产品,这对於半导体产业听来有些不妙。

接续阅读:汽车半导体的发展趋势与策略(二)

现为DIGITIMES顾问,1988年获物理学博士学位,任教於中央大学,後转往科技产业发展。曾任茂德科技董事及副总、普天茂德科技总经理、康帝科技总经理等职位。曾於 Taiwan Semicon 任谘询委员,主持黄光论坛。2001~2002 获选为台湾半导体产业协会监事、监事长。现在於台大物理系访问研究,主要研究领域为自旋电子学相关物质及机制的基础研究。