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汽車半導體的發展趨勢與策略(一)

2020年半導體零件在汽車製造成本的佔比約30%,預計2030、2040年分別將達50%、70%。法新社

汽車產業因為電動車、自駕車趨勢一路向半導體傾斜。2020年半導體零件在汽車製造成本的佔比約30%,預計2030、2040分別將達50%、70%。雖然進展的速度和詳細數目容或可議,但是汽車半導體化的趨勢已然啟動,而且沛然莫之能禦。

汽車市場對於半導體產業是什麼概念?以下的數據以2019年的來比較,避免2020因疫情各產業營業額起伏的影響而失準。半導體本身是4,123億美元,過去10年支持半導體成長最力的智慧型手機是4,046億、PC是2,336億、雲端運算是1,362億、電信服務是1.4兆,而汽車產業是2.2兆!也就是說汽車市場的潛力與半導體前幾名市場的總合約略相當,是死生之地、國之大事。

但這是半導體產業的看法,汽車產業又怎麼看這件事?廠商要能掌握產品主要的增值環節,這是產業競爭的不二法門。如果半導體佔汽車製造成本從30%一路成長到70%而汽車公司無所作為,淪落為裝配廠也是遲早的事,所以汽車公司伸手入半導體產業似乎是勢在必行。

早在5年前Tesla就有內部的晶片設計團隊,原先的焦點比較注重於MCU,之後的車廠將晶片設計轉到功率模組上。譬如9月4日才宣布建立晶片設計團隊的現代汽車(Hyundai Motor),而中車、比亞迪更直接將晶圓廠也納入垂直整合範圍。

是什麼誘因讓汽車廠垂直整合至晶片設計、晶圓廠甚至後段的封裝、模組廠?除了前述汽車產業核心增值區塊正在向半導體移動的原因外,還有以下幾個理由。

首先是次系統設計整合的效率問題。半導體零件佔比在逐步提升之中,但是在那些部分、用什麼規格的零件、如何整合成次系統是汽車廠的獨門工藝,目前沒有統一的規格。而半導體線路設計必須配合汽車廠的系統設計需求。垂直整合有助於快速的訊息交換,滿足應用需求。在這一層面的意義上,手機和雲端廠商早已邁開這一步。

垂直整合至晶圓製造乃至於後段的封裝、模組廠,在可靠性測試此一環節可以節省不少資源,大幅縮短產品引入週期。汽車零件由於安全與法規的要求,可靠性測試異常嚴苛,現在的趨勢更逐漸走向實境測試,外來供應零組件的驗證時間會拉得很長。垂直整合到半導體零件和模組的製造,有助於大幅改善可靠性驗證流程。

由於電力驅動的趨勢先行於自動駕駛,汽車廠涉足半導體會先從功率元件開始。功率元件的製造主力還是在8吋廠-雖然有些功率元件已慢慢往12吋廠遷移。如若考慮到第三代半導體,特別是碳化矽(SiC),8吋廠是不二選擇。8吋廠沒有太先進的製程,產品和製程的遷移較緩慢,投資金額較小,是汽車產業延伸到半導體製造的入門款。

最後一點促使垂直整合的是短期因素:疫情期間的晶片短缺。雖然只是短期因素,感覺卻有如牙痛,幾乎所有的產業評論和顧問都敦促汽車業該上手半導體了。

所以第一個趨勢是汽車廠垂直整合晶片設計、製造乃至於封測與模組。顧客自己要做產品,這對於半導體產業聽來有些不妙。

接續閱讀:汽車半導體的發展趨勢與策略(二)

現為DIGITIMES顧問,1988年獲物理學博士學位,任教於中央大學,後轉往科技產業發展。曾任茂德科技董事及副總、普天茂德科技總經理、康帝科技總經理等職位。曾於 Taiwan Semicon 任諮詢委員,主持黃光論壇。2001~2002 獲選為台灣半導體產業協會監事、監事長。現在於台大物理系訪問研究,主要研究領域為自旋電子學相關物質及機制的基礎研究。