Vaikka jotkut autovalmistajat huomauttivat vuoden 2021 jälkipuoliskolla, että sirupulaongelma paranee vuonna 2022, alkuperäislaitevalmistajat ovat lisänneet ostojaan ja kehittäneet pelimentaliteettiaan keskenään yhdistettynä kypsän autoteollisuuden sirutuotantokapasiteetin tarjontaan. Yritykset ovat vielä tuotantokapasiteetin laajentamisvaiheessa, ja nykyisiin globaaleihin markkinoihin vaikuttaa edelleen vakavasti ytimien puute.
Samaan aikaan autoteollisuuden kiihtyvän muutoksen myötä kohti sähköistymistä ja älykkyyttä myös sirujen toimitusketju tulee kokemaan dramaattisia muutoksia.
1. MCU:n tuska ytimen puutteessa
Kun nyt tarkastellaan vuoden 2020 lopussa alkanutta ydinten pulaa, epidemia on epäilemättä pääsyy autoteollisuuden sirujen kysynnän ja tarjonnan epätasapainoon. Vaikka karkea analyysi maailmanlaajuisten MCU-sirujen (mikrokontrolleri) sovellusrakenteesta osoittaa, että vuosina 2019–2020 MCU-suoritteiden osuus autoteollisuuden elektroniikkasovelluksissa on 33 % loppupään sovellusmarkkinoista, verrattuna etätoimistoihin verkossa. Yläpään sirusuunnittelijoiden osalta sirutehtaat sekä pakkaus- ja testausyritykset ovat kärsineet vakavasti esimerkiksi epidemian laantumisesta.
Työvoimavaltaisiin teollisuudenaloihin kuuluvat sirutehtaat kärsivät vakavasta työvoimapulasta ja heikosta pääoman kiertokulusta vuonna 2020. Sen jälkeen, kun ylävirran sirusuunnittelu on muutettu autovalmistajien tarpeisiin, tuotantoa ei ole pystytty täysin aikatauluttamaan, mikä on vaikeuttanut sirujen toimittamista täydellä kapasiteetilla. Autotehtaan käsissä on tilanne, jossa ajoneuvojen tuotantokapasiteetti on riittämätön.
Viime vuoden elokuussa STMicroelectronicsin Muarin tehdas Muarissa, Malesiassa, joutui sulkemaan joitakin tehtaita uuden koronaepidemian vaikutusten vuoksi, ja sulkeminen johti suoraan siihen, että Boschin ESP/IPB-, VCU-, TCU- ja muiden järjestelmien sirujen toimitus keskeytettiin pitkään.
Lisäksi vuonna 2021 maanjäristysten ja tulipalojen kaltaiset luonnonkatastrofit estävät joitakin valmistajia lyhyellä aikavälillä tuotantoa. Viime vuoden helmikuussa maanjäristys aiheutti vakavia vahinkoja japanilaiselle Renesas Electronicsille, joka on yksi maailman suurimmista sirutoimittajista.
Autovalmistajien virheellinen arvio ajoneuvojen sisäisten sirujen kysynnästä yhdistettynä siihen, että tuotantoketjun alkupään tehtaat ovat muuttaneet ajoneuvojen sisäisten sirujen tuotantokapasiteetin kuluttajasiruiksi materiaalikustannusten takaamiseksi, on johtanut siihen, että MCU:ssa ja CIS:ssä, joilla on suurin päällekkäisyys autosirujen ja valtavirran elektroniikkatuotteiden välillä (CMOS-kuvakenno), on vakava pula.
Teknisestä näkökulmasta perinteisiä autoteollisuuden puolijohdelaitteita on ainakin 40 erilaista, ja käytettyjen polkupyörien kokonaismäärä on 500–600. Näihin kuuluvat pääasiassa MCU:t, tehopuolijohteet (IGBT, MOSFET jne.), anturit ja erilaiset analogiset laitteet. Autonomisissa ajoneuvoissa käytetään myös useita tuotteita, kuten ADAS-apupiirit, CIS, tekoälyprosessorit, lidarit, millimetriaaltotutkat ja MEMS.
Ajoneuvojen kysynnän lukumäärän mukaan tässä ydinpulakriisissä eniten kärsivät perinteiset autot, jotka tarvitsevat yli 70 MCU-sirua, ja autoteollisuuden MCU:t ovat ESP (elektroninen ajonvakautusjärjestelmä) ja ECU (ajoneuvon pääohjauspiirin pääkomponentit). Great Wallin viime vuodesta lähtien useaan otteeseen antaman Haval H6:n laskun pääsyynä esimerkkinä mainitsema H6:n vakava myynnin lasku useiden kuukausien aikana johtui siinä käytetyn Boschin ESP:n riittämättömästä tarjonnasta. Aiemmin suositut Euler Black Cat ja White Cat ilmoittivat myös tuotannon väliaikaisesta keskeyttämisestä maaliskuussa tänä vuonna johtuen esimerkiksi ESP-toimitusten leikkauksista ja sirujen hinnannoususta.
Noloa kyllä, vaikka autosirutehtaat rakentavat ja ottavat käyttöön uusia kiekkojen tuotantolinjoja vuonna 2021 ja yrittävät siirtää autosirujen prosessia vanhalle tuotantolinjalle ja tulevaisuudessa uudelle 12-tuumaiselle tuotantolinjalle tuotantokapasiteetin lisäämiseksi ja mittakaavaetujen saavuttamiseksi, puolijohdelaitteiden toimitussykli on kuitenkin usein yli puoli vuotta. Lisäksi tuotantolinjojen mukauttaminen, tuotteiden verifiointi ja tuotantokapasiteetin parantaminen vie kauan, minkä vuoksi uusi tuotantokapasiteetti on todennäköisesti tehokas vuosina 2023–2024.
On syytä mainita, että vaikka paine on kestänyt pitkään, autovalmistajat ovat edelleen optimistisia markkinoiden suhteen. Ja uusi sirujen tuotantokapasiteetti on tarkoitettu ratkaisemaan nykyisen suurimman sirujen tuotantokapasiteettikriisin tulevaisuudessa.
2. Uusi taistelukenttä sähköisen älykkyyden alaisuudessa
Autoteollisuudelle nykyisen sirukriisin ratkaisu voi kuitenkin ratkaista vain nykyisen markkinoiden kysynnän ja tarjonnan epäsymmetrian kiireellisen tarpeen. Sähkö- ja älyteollisuuden muutoksen edessä autosirujen tarjontapaine kasvaa tulevaisuudessa vain eksponentiaalisesti.
Sähköistettyjen tuotteiden ajoneuvoihin integroidun ohjauksen kysynnän kasvaessa ja FOTA-päivityksen ja automaattisen ajamisen myötä uusien energiaajoneuvojen sirujen määrä on noussut polttoaineajoneuvojen aikakauden 500–600:sta 1 000:een 1 200:aan. Myös lajien määrä on kasvanut 40:stä 150:een.
Jotkut autoteollisuuden asiantuntijat sanoivat, että tulevaisuudessa huippuluokan älykkäiden sähköajoneuvojen alalla yksittäisten ajoneuvojen sirujen määrä kasvaa moninkertaisesti yli 3 000 kappaleeseen, ja autoteollisuuden puolijohteiden osuus koko ajoneuvon materiaalikustannuksista kasvaa 4 prosentista vuonna 2019 12 prosenttiin vuonna 2025 ja voi nousta 20 prosenttiin vuoteen 2030 mennessä. Tämä ei tarkoita ainoastaan sitä, että sähköisen älykkyyden aikakaudella ajoneuvojen sirujen kysyntä kasvaa, vaan se heijastaa myös ajoneuvoissa tarvittavien sirujen teknisen vaikeuden ja kustannusten nopeaa nousua.
Toisin kuin perinteisillä laitevalmistajilla, joilla 70 % polttoaineajoneuvojen siruista on 40–45 nm:n kokoisia ja 25 % yli 45 nm:n kokoisia matalamman luokan siruja, 40–45 nm:n prosessilla valmistettujen sirujen osuus markkinoilla olevissa valtavirran ja huippuluokan sähköajoneuvoissa on laskenut 25 prosenttiin, 45 prosenttiin, kun taas yli 45 nm:n prosessilla valmistettujen sirujen osuus on vain 5 prosenttia. Teknisestä näkökulmasta katsottuna alle 40 nm:n kypsät huippuluokan prosessisirut ja edistyneemmät 10 nm:n ja 7 nm:n prosessisirut ovat epäilemättä uusia kilpailualueita autoteollisuuden uudella aikakaudella.
Hushan Capitalin vuonna 2019 julkaiseman tutkimusraportin mukaan tehopuolijohteiden osuus koko ajoneuvosta on nopeasti kasvanut polttoaineajoneuvojen aikakauden 21 prosentista 55 prosenttiin, kun taas MCU-sirujen osuus on laskenut 23 prosentista 11 prosenttiin.
Eri valmistajien julkistama kasvava sirutuotantokapasiteetti rajoittuu kuitenkin edelleen enimmäkseen perinteisiin MCU-siruihin, jotka tällä hetkellä vastaavat moottorin/alustan/korin ohjauksesta.
Älykkäissä sähköajoneuvoissa autonomisen ajon havainnoinnista ja fuusiosta vastaavat tekoälysirut, tehomuunnoksesta vastaavat tehomoduulit, kuten IGBT (insulated gate dual transistor), sekä autonomisen ajon tutkavalvontaan tarkoitetut anturisirut ovat lisänneet kysyntää huomattavasti. Tästä tulee todennäköisesti uusi kierros "ydinpuutteen" ongelmia, joita autoyhtiöt kohtaavat seuraavassa vaiheessa.
Uudessa vaiheessa autoyhtiöitä ei kuitenkaan ehkä haittaa ulkoisten tekijöiden häiritsemä tuotantokapasiteettiongelma, vaan teknisen puolen rajoittama sirun "jumissa oleva kaula".
Esimerkkinä älykkyyden tuomasta tekoälysirujen kysynnästä autonomisen ajon ohjelmistojen laskentamäärä on jo saavuttanut kaksinumeroisen TOPS-tason (biljoona operaatiota sekunnissa), ja perinteisten autojen mikro-ohjainten laskentateho tuskin vastaa autonomisten ajoneuvojen laskentavaatimuksiin. Tekoälysirut, kuten GPU:t, FPGA:t ja ASIC:t, ovat tulleet automarkkinoille.
Horizon ilmoitti viime vuoden alkupuoliskolla virallisesti julkaisevansa kolmannen sukupolven ajoneuvotasoisen tuotteensa, Journey 5 -sarjan sirut. Virallisten tietojen mukaan Journey 5 -sarjan sirujen laskentateho on 96TOPS, tehonkulutus 20W ja energiatehokkuussuhde 4,8TOPS/W. Verrattuna Teslan vuonna 2019 julkaiseman FSD-sirun (täysin autonominen ajotoiminto) 16 nm:n prosessitekniikkaan, yhden sirun, jonka laskentateho on 72TOPS, tehonkulutus 36W ja energiatehokkuussuhde 2TOPS/W, parametrit ovat parantuneet huomattavasti. Tämä saavutus on myös saanut monien autovalmistajien, kuten SAIC:n, BYD:n, Great Wall Motorin, Cheryn ja Idealin, suosion ja yhteistyön.
Älykkyyden vetämällä alan kehitys on ollut erittäin nopeaa. Teslan FSD:stä alkaen tekoälyn pääohjauspiirien kehitys on kuin Pandoran lippaan avaamista. Pian Journey 5:n jälkeen NVIDIA julkaisi nopeasti Orin-sirun, joka tulee olemaan yksisiruinen. Laskentateho on noussut 254TOPS:iin. Teknisten reservien osalta Nvidia jopa esitteli viime vuonna yleisölle Atlan SoC -sirun, jonka yksisiruinen laskentateho on jopa 1000TOPS. Tällä hetkellä NVIDIAlla on vankka monopoliasema autojen pääohjauspiirien GPU-markkinoilla ja se on säilyttänyt 70 prosentin markkinaosuutensa ympäri vuoden.
Vaikka matkapuhelinjätti Huawein tulo autoteollisuuteen on käynnistänyt kilpailun autoteollisuuden siruteollisuudessa, on hyvin tiedossa, että ulkoisten tekijöiden vaikutuksesta Huaweilla on runsaasti suunnittelukokemusta 7 nm:n prosessilla valmistettujen SoC-piirien suunnittelussa, mutta se ei voi auttaa johtavia siruvalmistajia markkinoiden edistämisessä.
Tutkimuslaitokset spekuloivat, että tekoälysirupolkupyörien arvo nousee nopeasti 100 Yhdysvaltain dollarista vuonna 2019 yli 1 000 Yhdysvaltain dollariin vuoteen 2025 mennessä; samaan aikaan kotimaisten autoteollisuuden tekoälysirujen markkinat kasvavat myös 900 miljoonasta Yhdysvaltain dollarista vuonna 2019 91 miljoonaan Yhdysvaltain dollariin vuonna 2025. Sata miljoonaa Yhdysvaltain dollaria. Markkinoiden kysynnän nopea kasvu ja korkealaatuisten sirujen teknologinen monopoli tekevät epäilemättä autovalmistajien tulevasta älykkäästä kehityksestä entistä vaikeampaa.
Samoin kuin tekoälysirumarkkinoiden kysyntä, myös IGBT:llä on tärkeänä puolijohdekomponenttina (mukaan lukien sirut, eristealustat, liittimet ja muut materiaalit) uusissa energialähteissä, joiden kustannussuhde on jopa 8–10 %, syvällinen vaikutus autoteollisuuden tulevaan kehitykseen. Vaikka kotimaiset yritykset, kuten BYD, Star Semiconductor ja Silan Microelectronics, ovat alkaneet toimittaa IGBT:itä kotimaisille autoteollisuudelle, toistaiseksi edellä mainittujen yritysten IGBT-tuotantokapasiteetti on edelleen rajoitettu yritysten koon vuoksi, mikä vaikeuttaa nopeasti kasvavien kotimaisten uusien energialähteiden markkinoiden kasvun kattamista.
Hyvä uutinen on, että piikarbidin seuraavassa vaiheessa IGBT:iden korvaamisessa kiinalaisyritykset eivät ole paljon jäljessä suunnittelussa, ja piikarbidin suunnittelu- ja tuotantokapasiteetin laajentamisen IGBT-tutkimus- ja kehitysvalmiuksien pohjalta odotetaan auttavan autoyrityksiä ja -teknologioita. Valmistajat saavat etulyöntiaseman kilpailun seuraavassa vaiheessa.
3. Yunyi Semiconductor, älykäs ydinvalmistus
Autoteollisuuden sirupulan edessä Yunyi on sitoutunut ratkaisemaan puolijohdemateriaalien toimitusongelman autoteollisuuden asiakkaille. Jos haluat lisätietoja Yunyi Semiconductor -lisävarusteista ja tehdä tiedustelun, napsauta linkkiä:https://www.yunyi-china.net/semiconductor/.
Julkaisun aika: 25.3.2022