على الرغم من أن بعض شركات السيارات أشارت في النصف الثاني من عام 2021 إلى أن مشكلة نقص الرقائق في عام 2022 ستتحسن، إلا أن الشركات المصنعة للمعدات الأصلية زادت من مشترياتها وعقلية اللعبة مع بعضها البعض، إلى جانب توفير قدرة إنتاج رقائق السيارات الناضجة. لا تزال الشركات في مرحلة توسيع القدرة الإنتاجية، ولا يزال السوق العالمي الحالي متأثرًا بشكل خطير بنقص النوى.
وفي الوقت نفسه، مع التحول المتسارع لصناعة السيارات نحو الكهرباء والذكاء، فإن السلسلة الصناعية لتوريد الرقائق سوف تخضع أيضًا لتغييرات جذرية.
1. ألم MCU في ظل عدم وجود النواة
بالنظر إلى نقص الأنوية الذي بدأ في نهاية عام 2020، يُعزى تفشي المرض بلا شك إلى اختلال التوازن بين العرض والطلب على رقائق السيارات. على الرغم من أن التحليل التقريبي لهيكل تطبيقات رقائق وحدات التحكم الدقيقة (MCU) العالمية يُظهر أنه من عام 2019 إلى عام 2020، سيشغل توزيع وحدات التحكم الدقيقة في تطبيقات إلكترونيات السيارات 33% من سوق التطبيقات النهائية، إلا أنه بالمقارنة مع العمل عن بُعد عبر الإنترنت، تأثرت مصانع الرقائق وشركات التعبئة والتغليف والاختبار بشدة بقضايا مثل إغلاق الوباء.
ستعاني مصانع تصنيع الرقائق في الصناعات كثيفة العمالة من نقص حاد في القوى العاملة وضعف في دوران رأس المال في عام ٢٠٢٠. بعد أن أصبح تصميم الرقائق الأساسي مُلبيًا لاحتياجات شركات السيارات، لم تتمكن من جدولة الإنتاج بالكامل، مما يُصعّب تسليم الرقائق بكامل طاقتها الإنتاجية. ونتيجةً لذلك، تواجه مصانع السيارات نقصًا في الطاقة الإنتاجية للسيارات.
في أغسطس من العام الماضي، اضطر مصنع Muar التابع لشركة STMicroelectronics في Muar بماليزيا إلى إغلاق بعض المصانع بسبب تأثير وباء التاج الجديد، وأدى الإغلاق بشكل مباشر إلى انقطاع إمدادات الرقائق لأنظمة Bosch ESP/IPB وVCU وTCU وغيرها من الأنظمة لفترة طويلة.
علاوةً على ذلك، ستؤدي الكوارث الطبيعية المصاحبة، كالزلازل والحرائق، في عام ٢٠٢١ إلى عجز بعض المصنّعين عن الإنتاج على المدى القصير. ففي فبراير من العام الماضي، ألحق الزلزال أضرارًا جسيمة بشركة رينيساس إلكترونيكس اليابانية، إحدى أكبر موردي الرقائق في العالم.
إن سوء تقدير الطلب على الرقائق داخل المركبات من قبل شركات السيارات، إلى جانب حقيقة أن المصانع السابقة قد حولت الطاقة الإنتاجية للرقائق داخل المركبات إلى رقائق استهلاكية من أجل ضمان تكلفة المواد، قد أدى إلى نقص خطير في وحدات التحكم الدقيقة (MCU) ووحدات استشعار الصور (CIS)، والتي لديها أعلى تداخل بين رقائق السيارات والمنتجات الإلكترونية السائدة.
من الناحية الفنية، يوجد ما لا يقل عن 40 نوعًا من أجهزة أشباه الموصلات التقليدية للسيارات، ويتراوح إجمالي عدد الدراجات المستخدمة بين 500 و600 دراجة، وتشمل بشكل رئيسي وحدات التحكم الدقيقة (MCU)، وأشباه موصلات الطاقة (IGBT، MOSFET، إلخ)، وأجهزة الاستشعار، ومختلف الأجهزة التناظرية. كما ستُستخدم في المركبات ذاتية القيادة سلسلة من المنتجات، مثل الرقائق المساعدة ADAS، وأنظمة CIS، ومعالجات الذكاء الاصطناعي، وأجهزة الليدار، ورادارات الموجات المليمترية، والأنظمة الكهروميكانيكية الصغرى (MEMS).
وفقًا لعدد طلبات المركبات، فإن أكثر ما تأثر بأزمة النقص الأساسية هذه هو احتياج السيارة التقليدية لأكثر من 70 شريحة وحدة تحكم دقيقة (MCU)، ووحدة التحكم الدقيقة في السيارات هي نظام الثبات الإلكتروني (ESP) والمكونات الرئيسية لشريحة التحكم الرئيسية في السيارة (ECU). وبالنظر إلى السبب الرئيسي لانخفاض مبيعات هافال H6، والذي ذكرته شركة جريت وول مرارًا منذ العام الماضي، فقد أوضحت أن الانخفاض الحاد في مبيعات H6 خلال أشهر عديدة يعود إلى نقص إمدادات نظام الثبات الإلكتروني (ESP) من بوش الذي تستخدمه. كما أعلنت شركتا أويلر بلاك كات ووايت كات، اللتان كانتا شائعتين سابقًا، عن تعليق مؤقت للإنتاج في مارس من هذا العام بسبب مشاكل مثل نقص إمدادات نظام الثبات الإلكتروني (ESP) وارتفاع أسعار الرقائق.
من المحرج أنه على الرغم من أن مصانع رقائق السيارات تبني وتُفعّل خطوط إنتاج رقائق جديدة في عام ٢٠٢١، وتسعى لنقل عملية تصنيع رقائق السيارات إلى خط الإنتاج القديم وخط الإنتاج الجديد بقياس ١٢ بوصة مستقبلًا، بهدف زيادة الطاقة الإنتاجية وتحقيق وفورات الحجم، إلا أن دورة تسليم معدات أشباه الموصلات غالبًا ما تتجاوز نصف عام. بالإضافة إلى ذلك، يستغرق تعديل خط الإنتاج والتحقق من المنتج وتحسين الطاقة الإنتاجية وقتًا طويلاً، مما يجعل الطاقة الإنتاجية الجديدة على الأرجح فعّالة في عامي ٢٠٢٣ و٢٠٢٤.
تجدر الإشارة إلى أنه على الرغم من استمرار الضغط لفترة طويلة، لا تزال شركات السيارات متفائلة بشأن السوق. ومن المتوقع أن تُسهم الطاقة الإنتاجية الجديدة للرقائق في حل أكبر أزمة طاقة إنتاجية حالية في المستقبل.
2. ساحة معركة جديدة تحت الاستخبارات الكهربائية
مع ذلك، بالنسبة لصناعة السيارات، قد لا يُسهم حل أزمة الرقائق الحالية إلا في سد الحاجة المُلِحّة لعدم التوازن الحالي بين العرض والطلب في السوق. في ظل التحول الذي تشهده الصناعات الكهربائية والذكية، سيزداد ضغط العرض على رقائق السيارات بشكل كبير في المستقبل.
مع تزايد الطلب على أنظمة التحكم المتكاملة في المركبات الكهربائية، ومع تحديث نظام FOTA والقيادة الذاتية، ارتفع عدد شرائح مركبات الطاقة الجديدة من 500-600 شريحة في عصر مركبات الوقود إلى ما بين 1000 و1200 شريحة. كما ارتفع عدد الأنواع من 40 إلى 150 نوعًا.
قال بعض الخبراء في صناعة السيارات أنه في مجال المركبات الكهربائية الذكية المتطورة في المستقبل، سيزداد عدد شرائح المركبة الواحدة عدة مرات إلى أكثر من 3000 قطعة، وسترتفع نسبة أشباه الموصلات للسيارات في التكلفة المادية للمركبة بأكملها من 4٪ في عام 2019 إلى 12٪ في عام 2025. ٪، وقد تزيد إلى 20٪ بحلول عام 2030. هذا لا يعني فقط أنه في عصر الذكاء الكهربائي، يتزايد الطلب على شرائح المركبات، ولكنه يعكس أيضًا الارتفاع السريع في الصعوبة التقنية وتكلفة الرقائق المطلوبة للمركبات.
بخلاف شركات تصنيع المعدات الأصلية التقليدية، حيث 70% من رقائق المركبات العاملة بالوقود مصنوعة بتقنية 40-45 نانومتر، و25% منها رقائق منخفضة المواصفات فوق 45 نانومتر، انخفضت نسبة رقائق 40-45 نانومتر المستخدمة في المركبات الكهربائية الشائعة والفاخرة في السوق إلى 25%، بينما لا تتجاوز نسبة رقائق 45 نانومتر 5%. من الناحية الفنية، تُعدّ رقائق المعالجة المتطورة عالية الجودة، التي تقل عن 40 نانومتر، ورقائق المعالجة الأكثر تطورًا بتقنية 10 و7 نانومتر، بلا شك مجالات منافسة جديدة في عصر صناعة السيارات الجديد.
وبحسب تقرير مسح أصدرته شركة هوشان كابيتال في عام 2019، ارتفعت نسبة أشباه الموصلات الكهربائية في السيارة بأكملها بسرعة من 21% في عصر المركبات التي تعمل بالوقود إلى 55%، في حين انخفضت شرائح MCU من 23% إلى 11%.
ومع ذلك، فإن القدرة المتزايدة لإنتاج الرقائق التي كشف عنها العديد من المصنعين لا تزال تقتصر في الغالب على رقائق MCU التقليدية المسؤولة حاليًا عن التحكم في المحرك/الشاسيه/الجسم.
في المركبات الكهربائية الذكية، ازداد الطلب بشكل كبير على رقائق الذكاء الاصطناعي المسؤولة عن إدراك القيادة الذاتية ودمجها؛ ووحدات الطاقة مثل ترانزستور IGBT (ترانزستور ثنائي البوابة المعزولة) المسؤول عن تحويل الطاقة؛ ورقائق الاستشعار لمراقبة رادار القيادة الذاتية. ومن المرجح أن تُصبح هذه جولة جديدة من مشاكل "نقص العناصر الأساسية" التي ستواجهها شركات السيارات في المرحلة القادمة.
لكن في المرحلة الجديدة، ربما لا يكون ما يعيق شركات السيارات هو مشكلة القدرة الإنتاجية التي تتدخل فيها عوامل خارجية، بل "العنق العالق" للرقاقة بسبب القيود التقنية.
على سبيل المثال، مع الطلب المتزايد على رقائق الذكاء الاصطناعي، وصل حجم عمليات الحوسبة في برامج القيادة الذاتية إلى تريليون عملية في الثانية (TOPS)، ولا تكاد قوة الحوسبة في وحدات التحكم الدقيقة (MCUs) التقليدية في السيارات تلبي متطلبات الحوسبة في المركبات ذاتية القيادة. وقد دخلت رقائق الذكاء الاصطناعي، مثل وحدات معالجة الرسومات (GPUs) ووحدات FPGA وASICs، سوق السيارات.
في النصف الأول من العام الماضي، أعلنت شركة هورايزون رسميًا عن إطلاق الجيل الثالث من رقائق سلسلة Journey 5، وهي منتج مخصص للسيارات. ووفقًا للبيانات الرسمية، تتمتع رقائق سلسلة Journey 5 بقوة حوسبة تبلغ 96TOPS، واستهلاك طاقة يبلغ 20 واط، ونسبة كفاءة طاقة تبلغ 4.8TOPS/W. وبالمقارنة مع تقنية المعالجة 16 نانومتر لشريحة FSD (وظيفة القيادة الذاتية بالكامل) التي أصدرتها شركة تسلا في عام 2019، فقد تم تحسين معلمات شريحة واحدة بقوة حوسبة تبلغ 72TOPS، واستهلاك طاقة يبلغ 36 واط، ونسبة كفاءة طاقة تبلغ 2TOPS/W بشكل كبير. وقد نال هذا الإنجاز أيضًا استحسان وتعاون العديد من شركات السيارات، بما في ذلك SAIC وBYD وGreat Wall Motor وChery وIdeal.
بفضل الذكاء الاصطناعي، شهد قطاع صناعة المعالجات تطورًا سريعًا للغاية. بدءًا من معالج تيسلا FSD، يُعد تطوير شرائح التحكم الرئيسية بالذكاء الاصطناعي بمثابة فتح صندوق باندورا. بعد فترة وجيزة من إطلاق Journey 5، أصدرت NVIDIA شريحة Orin أحادية الشريحة بسرعة. وقد زادت قوة الحوسبة إلى 254TOPS. وفيما يتعلق بالاحتياطيات التقنية، عرضت NVIDIA شريحة Atlan SoC بقوة حوسبة واحدة تصل إلى 1000TOPS للجمهور العام الماضي. حاليًا، تحتل NVIDIA مكانة احتكارية راسخة في سوق وحدات معالجة الرسومات لشرائح التحكم الرئيسية للسيارات، حيث تحافظ على حصة سوقية تبلغ 70% على مدار العام.
على الرغم من أن دخول شركة الهواتف المحمولة العملاقة هواوي في صناعة السيارات قد أثار موجات من المنافسة في صناعة شرائح السيارات، فمن المعروف أنه في ظل تدخل العوامل الخارجية، تتمتع هواوي بخبرة تصميم غنية في عملية 7 نانومتر SoC، لكنها لا تستطيع مساعدة كبار مصنعي الشرائح. الترويج للسوق.
تتوقع مؤسسات البحث أن قيمة الدراجات الهوائية المزودة بشرائح الذكاء الاصطناعي سترتفع بسرعة من 100 دولار أمريكي في عام 2019 إلى أكثر من 1000 دولار أمريكي بحلول عام 2025؛ وفي الوقت نفسه، سيرتفع حجم سوق شرائح الذكاء الاصطناعي للسيارات المحلية من 900 مليون دولار أمريكي في عام 2019 إلى 91 مليون دولار أمريكي في عام 2025. لا شك أن النمو السريع في الطلب في السوق والاحتكار التكنولوجي للشرائح عالية الجودة سيزيدان من صعوبة التطوير الذكي لشركات السيارات في المستقبل.
على غرار الطلب المتزايد في سوق رقائق الذكاء الاصطناعي، تُعدّ ترانزستورات IGBT، باعتبارها مكونًا أساسيًا من أشباه الموصلات (بما في ذلك الرقائق، والركائز العازلة، والوصلات الطرفية، وغيرها من المواد) في مركبات الطاقة الجديدة، بنسبة تكلفة تتراوح بين 8% و10%، مؤثرةً بشكل كبير على مستقبل صناعة السيارات. على الرغم من أن شركات محلية مثل BYD وStar Semiconductor وSilan Microelectronics قد بدأت بتوريد ترانزستورات IGBT لشركات السيارات المحلية، إلا أن القدرة الإنتاجية لهذه الشركات لا تزال محدودةً نظرًا لحجمها، مما يُصعّب تغطية سوق مصادر الطاقة الجديدة المحلية المتنامية بسرعة.
الخبر السار هو أنه في ظل المرحلة القادمة من استبدال كربيد السيليكون (SiC) بمركبات IGBT، فإن الشركات الصينية ليست بعيدة عن الركب في مجال التصميم، ومن المتوقع أن يُسهم توسيع قدرات تصميم وإنتاج كربيد السيليكون، بالاعتماد على قدرات البحث والتطوير في مركبات IGBT، في أقرب وقت ممكن، في مساعدة شركات السيارات وتقنياتها. وسيكتسب المصنعون ميزة تنافسية في المرحلة القادمة.
3. شركة يونيي لأشباه الموصلات، التصنيع الذكي الأساسي
في ظل نقص الرقائق في صناعة السيارات، تلتزم شركة يونيي بحل مشكلة توريد مواد أشباه الموصلات لعملائها في هذا القطاع. للاستفسار أو معرفة المزيد عن ملحقات يونيي لأشباه الموصلات، يُرجى الضغط على الرابط:https://www.yunyi-china.net/semiconductor/.
وقت النشر: ٢٥ مارس ٢٠٢٢