2021年後半には、一部の自動車会社は2022年にはチップ不足問題は改善されると指摘しているものの、OEM各社は購入量を増やし、互いに駆け引きを繰り広げており、成熟した自動車グレードのチップ生産能力の供給と相まって、企業は依然として生産能力を拡大する段階にあり、現在の世界市場は依然としてコア不足の影響を深刻に受けています。
同時に、自動車産業の電動化とインテリジェント化に向けた変革が加速するにつれ、チップ供給の産業チェーンも劇的な変化を遂げるでしょう。
1. コアの欠如によるMCUの苦悩
2020年末に始まったコア不足を振り返ると、今回の流行が車載チップの需給不均衡の主な原因であることは間違いありません。世界のMCU（マイクロコントローラー）チップのアプリケーション構造を大まかに分析すると、2019年から2020年にかけて、車載エレクトロニクスアプリケーションにおけるMCUの配分が下流アプリケーション市場の33%を占めると予測されていますが、リモートオンラインオフィスと比較して、上流のチップ設計者に関しては、チップファウンドリやパッケージングおよびテスト企業は、流行による事業停止などの問題によって深刻な影響を受けています。
労働集約型産業に属するチップ製造工場は、2020年に深刻な人手不足と資本回転率の低下に見舞われるでしょう。上流のチップ設計が自動車メーカーのニーズに転換された後、生産スケジュールが十分に組めず、チップをフル稼働で供給することが困難になっています。自動車工場においては、車両の生産能力が不足する状況が顕在化しています。
昨年8月、マレーシア・ムアルにあるSTマイクロエレクトロニクスのムアル工場は、新型コロナウイルスの流行の影響で一部の工場の閉鎖を余儀なくされ、その閉鎖はボッシュのESP/IPB、VCU、TCUなどのシステム向けチップの供給が長期間にわたって途絶える事態に直接つながりました。
さらに、2021年には、地震や火災といった自然災害が相次ぎ、一部のメーカーは短期的に生産不能に陥るでしょう。昨年2月には、世界有数の半導体サプライヤーである日本のルネサスエレクトロニクスが地震で甚大な被害を受けました。
自動車会社による車載チップの需要の誤算と、上流工場が材料費を保証するために車載チップの生産能力を民生用チップに転換したことにより、車載チップと主流電子製品との重複が最も大きいMCUとCIS（CMOSイメージセンサー）が深刻な不足に陥っています。
技術的な観点から見ると、従来の車載用半導体デバイスは少なくとも40種類あり、搭載台数は500～600台に上ります。主にMCU、パワー半導体（IGBT、MOSFETなど）、センサー、各種アナログデバイスなどです。自動運転車にも、ADAS補助チップ、CIS、AIプロセッサ、ライダー、ミリ波レーダー、MEMSといった一連の製品が採用されます。
車両の需要数から判断すると、今回のコア不足危機で最も影響を受けているのは、従来の自動車1台に70個以上のMCUチップが必要であり、車載MCUにはESP（横滑り防止装置）とECU（車両の主制御チップの主要部品）が含まれる。昨年来、長城汽車が何度も挙げた哈弗H6の販売低迷の主因を例に挙げ、長城汽車はH6の販売が数ヶ月にわたって大幅に落ち込んだのは、搭載するボッシュ製ESPの供給不足が原因だと述べた。以前人気だったオイラーのブラックキャットとホワイトキャットも、ESPの供給削減やチップ価格の高騰などの問題により、今年3月に一時生産停止を発表した。
残念なことに、車載チップ工場は2021年に新たなウェーハ生産ラインを建設・稼動させ、将来的には車載チップの工程を旧生産ラインと新12インチ生産ラインに移管し、生産能力の増強と規模の経済性獲得を目指しているものの、半導体装置の納入サイクルは半年以上かかる場合が多い。さらに、生産ラインの調整、製品検証、生産能力の向上には長い時間がかかるため、新たな生産能力の実用化は2023～2024年になる可能性が高い。
長きにわたり圧力が続いているにもかかわらず、自動車メーカーは依然として市場に対して楽観的な見方をしていることにも注目すべきです。そして、新たなチップ生産能力は、将来的に現在最大のチップ生産能力危機を解決することになるでしょう。
2. 電気知能による新たな戦場
しかし、自動車業界にとって、現在のチップ危機の解決は、市場の需給非対称性という喫緊の課題を解決するに過ぎないかもしれない。電動化とインテリジェント化の産業変革を前に、車載用チップの供給圧力は今後、指数関数的に高まるばかりだ。
電動化製品の車両統合制御の需要の高まり、そしてFOTA（自動車安全基準）のアップグレードや自動運転の進展に伴い、新エネルギー車に搭載されるチップの数は、燃料車時代の500～600個から1,000～1,200個へと増加し、種類も40種類から150種類に増加しました。
自動車業界の一部専門家は、今後、ハイエンドのスマート電気自動車分野では、車両1台あたりのチップ数がこれまでの数倍の3,000個以上に増加し、車両全体の材料コストに占める車載半導体の割合は2019年の4％から2025年には12％に増加し、2030年には20％にまで増加する可能性があると述べている。これは、電動化の時代にあって、車載用チップの需要が高まっていることを意味するだけでなく、車両に求められるチップの技術的難易度とコストが急上昇していることを反映している。
従来のOEMが燃料車向けチップの70%を40～45nm、25%を45nm以上の低スペックチップとしているのとは異なり、市場に出回っている主流およびハイエンド電気自動車向け40～45nmプロセスのチップの割合は25%にまで低下しています。45%であるのに対し、45nmプロセス以上のチップの割合はわずか5%です。技術的な観点から見ると、40nm未満の成熟したハイエンドプロセスチップ、そしてより先進的な10nmおよび7nmプロセスチップは、間違いなく自動車産業の新時代における新たな競争領域です。
虎山資本が2019年に発表した調査レポートによると、自動車全体に占めるパワー半導体の割合は、燃料自動車時代の21％から55％に急速に増加し、一方でMCUチップは23％から11％に低下した。
しかし、各メーカーが公開しているチップ生産能力の拡大は、依然として主に、エンジン/シャーシ/ボディ制御を担う従来のMCUチップに限られています。
電気自動車（EV）においては、自動運転の認知・融合を担うAIチップ、電力変換を担うIGBT（絶縁ゲート型デュアルトランジスタ）などのパワーモジュール、自動運転レーダー監視用センサーチップの需要が大幅に増加しています。これらは、自動車メーカーが次の段階で直面する新たな「コア不足」問題となる可能性が高いでしょう。
しかし、新たな段階では、自動車企業を阻んでいるのは、外部要因によって妨げられる生産能力の問題ではなく、技術面によって制限されるチップの「行き詰まり」なのかもしれない。
インテリジェンスがもたらすAIチップの需要を例に挙げると、自動運転ソフトウェアの演算量はすでに2桁のTOPS（1秒あたり兆演算）レベルに達しており、従来の車載MCUの演算能力では自動運転車の演算要件を満たすことはほぼ不可能です。GPU、FPGA、ASICなどのAIチップが自動車市場に参入しています。
昨年上半期、Horizonは第3世代の車載グレード製品であるJourney 5シリーズチップの正式リリースを正式に発表しました。公式データによると、Journey 5シリーズチップの演算能力は96TOPS、消費電力は20W、エネルギー効率は4.8TOPS/Wです。テスラが2019年に発表したFSD（完全自動運転機能）チップの16nmプロセス技術と比較すると、演算能力72TOPS、消費電力36W、エネルギー効率2TOPS/Wの単一チップのパラメータは大幅に向上しています。この成果は、SAIC、BYD、長城汽車、奇瑞、理想など、多くの自動車メーカーの支持と協力も獲得しました。
インテリジェンスを原動力に、業界の変革は極めて急速です。テスラのFSDに始まり、AIメインコントロールチップの開発はパンドラの箱を開けるような勢いです。NVIDIAはJourney 5の直後、シングルチップとなるOrinチップをいち早くリリースしました。演算能力は254TOPSに向上しました。技術力の面では、NVIDIAは昨年、シングルチップで最大1000TOPSの演算能力を持つAtlan SoCチップを一般向けにプレビューしました。現在、NVIDIAは自動車用メインコントロールチップのGPU市場で確固たる独占的地位を占め、年間を通じて70%の市場シェアを維持しています。
携帯電話大手のHuaweiの自動車産業への参入は自動車用チップ業界で競争の波を引き起こしましたが、外部要因の干渉により、Huaweiは7nmプロセスSoCの豊富な設計経験を持っているにもかかわらず、トップチップメーカーの市場促進に協力できなかったことはよく知られています。
研究機関は、AIチップ搭載自転車の価値が2019年の100米ドルから2025年には1,000米ドル以上に急上昇すると予測しています。同時に、国内自動車向けAIチップ市場も2019年の9億ドルから2025年には91億ドルに拡大すると予想されています。市場需要の急速な伸びと高水準チップの技術独占は、自動車メーカーの今後のスマート化開発をさらに困難にすることは間違いありません。
AIチップ市場の需要と同様に、IGBTは新エネルギー車における重要な半導体部品（チップ、絶縁基板、端子などの材料を含む）であり、そのコスト率は最大8～10％に達し、自動車産業の今後の発展に深刻な影響を与えています。BYD、Star Semiconductor、Silan Microelectronicsなどの国内企業が国内自動車メーカーにIGBTの供給を開始していますが、現時点では、上記企業のIGBT生産能力は依然として企業規模に制限されており、急速に成長する国内の新エネルギー市場の成長をカバーすることは困難です。
朗報としては、IGBTをSiCに置き換えるという次の段階において、中国企業はその展開で大きく後れを取っておらず、IGBTの研究開発能力を基盤としたSiCの設計・生産能力を早期に拡大することで、自動車メーカーや技術革新に大きく貢献することが期待されます。メーカーは、次の段階の競争において優位に立つことができます。
3. 雲益半導体、コアインテリジェント製造
自動車業界における半導体チップ不足に直面しているYunyiは、自動車業界のお客様の半導体材料供給問題の解決に尽力しています。Yunyi Semiconductorのアクセサリについてご質問やご不明な点がございましたら、以下のリンクをクリックしてください。https://www.yunyi-china.net/semiconductor/.
投稿日時: 2022年3月25日