新冠疫情引爆「晶片荒」，連帶影響車用晶片「斷炊」，交付週期一延再延。海納國際集團資料顯示，全球晶片下單到送交時間已達26.2周，突顯短缺問題，其中又以汽車晶片最為嚴重，如2月份MCU等待交期達35.7周。不少汽車業者因晶片短缺被迫持續減產，如日本豐田（Toyota）宣布下修Q2全球產量逾10%，Q2合計全球產量約240萬台，與之前預估的280萬台相比，減少40萬台。

雖然2020年開始，英飛凌、恩智浦、意法半導體、德州儀器與瑞薩電子等IDM大廠擴大車用電子32位元微控制器（MCU）與電源管理IC產能，仍無法滿足汽車大廠需求。另一方面，台積電、聯電、力積電等車用晶片供應鏈自2021年起積極擴廠，由於設備建置與認證需要至少約一年的時間，產能最快2023年開出。因此，2022年車用晶片雖然不若2021年吃緊，供需恢復正常最快也要等到2023年。

2021年車用晶片斷炊為哪樁？

車用晶片2021年爆出缺貨潮，主要可歸納4個原因：供應商囤貨、誤判需求量、晶片需求量大，以及疫情影響。市場觀察，晶片出貨量足夠，主要是市場端囤貨，尤其中國大陸供應鏈囤貨明顯，導致供需失衡，在市場質疑「台積電不出貨」的情況下，台積電董座劉德音曾點出「供應鏈囤晶片」現象。中國大陸官方雖然嚴打晶片囤貨，但2021年Q3晶片缺貨仍相當嚴重，以至於汽車供應鏈需要透過各種管道調貨，也導致晶片市場價格混亂，甚至高達30倍價差。

2020年車用晶片需求量誤判可能也是晶片供需失衡的原因之一。工研院產科國際所研究經理江柏風指出，國內半導體生產類別每季都有不同的配重，Q2-Q3以3C產品為主，因應年底耶誕節需求；Q4-Q1以工業用與車用需求為主。2020年Q4國內半導體車用晶片需求量是減少的，所生產量減少，而通訊、電腦晶片需求大，因此產能轉而挹注於此。當2021年Q1市場發現車用晶片需求並未如預期般減少時，已經無法回頭開新產能，因此出現2021年車用晶片嚴重不足的情況。

圖一 : 工研院產科國際所研究經理江柏風。(Source：工研院)

此外，近兩年新冠疫情造成居家工作、線上學習人數大增，市場對PC、手機等連網產品需求量大增，車用晶片在供應鏈的排序上遠落後於手機、筆電等產品，產能排擠下，車用晶片持續短缺。

解決斷片危機：調整管理模式+積極擴廠

工研院電光系統所副所長駱韋仲指出，若與2021年供需失衡相比，車用晶片供應鏈已經找到新的管理模式，如調整配備規格，因此出貨壓力趨緩，比方過去可能缺少無接觸系統就無法出貨，現在雖然配備較為基本，但調整後仍可在半年內出貨，等待期縮短，但如果希望取得全配車款仍要等待一年。

這段期間，許多車廠改變存貨方式以減少庫存，維持備用存貨，以免供應鏈斷炊。調研機構Gartner指出，由於半導體短缺及供應鏈瓶頸，加上電氣化與自駕車等趨勢推波助瀾，2025年前十大汽車製造商可能高達50%將開始設計自己的汽車晶片，如此才能完全控制產品路線及供應鏈穩定度。

圖二 : 工研院電光系統所副所長駱韋仲。(Source：工研院)

由於全球指標車廠力求2035年達到100%零碳排，新供應鏈持續擴展，商機無限。市調機構MarkLines資料顯示，電動車將佔所有公路運輸活動的80%以上；MarketWatch則預估，2027年全球影像顯示晶片市場規模約達57億美元，車用電子產值可望爆炸性成長。

另一方面，L2自駕車系統逐漸成為市場標配車款，代表一台車需要約120-150 顆晶片才能達到運作效能，更先進的L4自駕車系統至少需要200顆以上的晶片才能達到運作效能，這樣的晶片需求量與成長趨勢更激勵生產端加速研發與投產。

工研院電光系統所副所長駱韋仲認為，L2成為基本車款，代表未來晶片需求量大，汽車電子化或電氣化需要很多感測器，搭配感測融合技術與邊緣運算，需要更多MCU，晶片需求更高，加上AI功能等新一代車款的各種新需求，目前的狀況是，新技術新需求不斷，但問題卡在晶片不足。

車用晶片供應鏈概況

力積電董事長黃崇仁2021年底指出，電動車是全球邁向節能減碳及淨零排放的主要工具，推升車用電子晶片需求，對車用晶片是大利多，但是如果將減碳、電源管理、AI、5G、自動化、自動駕駛(L4)、電動車等需求納入考量，車用晶片仍供不應求，未來首先要面對的就是電源管理晶片的大缺貨，但是台積、聯電、世界先進、力積電等晶圓廠能否在2023年開出產能，仍有待觀察。

工研院產科國際所研究經理江柏風進一步指出，不是市場有需求，生產端就一定有擴產動作，土地好找，廠房好擴，但擴廠需要設備到位，生產端也要確定未來訂單無虞才可能投資擴廠作業，目前5大IDM廠多半有增加生產線或擴廠的動作，但不是全都用在生產車用晶片，市場存在很多不確定因素，最終需求量也無法確定。

對聯電、台積電等晶片廠來說，比較大的困難是，汽車晶片最少要1年甚至2年的驗證時間，與手機晶片相比，至少是3-4倍的時間差，二者的產量相差約10倍之多，投產3C或車用晶片的回收與產值短時間內即可實現，但車用晶片則否，即便這些重量級供應鏈積極擴廠，最快也要2023年才可能出現實質效益。

雖然有不確定因素干擾，台積電及聯電等供應鏈仍積極蓋廠擴產。台積電自2020年上半年起即動態調整晶圓產能，2021年車用半導體重要元件微控制器（MCU）代工產量提升近60%。台積電總裁魏哲家表示，高性能電腦、車用需求超乎預期，2021年1-6月台積電重新調配產線，擴大車用晶片產量，較2020年同期增加30%。

台積電今年持續擴建先進製程與成熟製程，包含國內的台南Fab 18廠3奈米、高雄7奈米、竹科Fab 20廠2奈米等產線，以及美國亞利桑那州5奈米、日本熊本22/28奈米、大陸南京28奈米等海外產線。

聯電2月24日宣布在新加坡Fab12i廠區擴建一座全新先進晶圓廠計畫，主要生產製程為22及28奈米，預計2024年底開始量產。新廠生產特殊製程技術，如嵌入式非揮發性記憶體、嵌入式高壓解決方案、RFSOI及混合信號CMOS等，鎖定智慧型手機、智慧家庭設備和電動車等應用。

聯電與智原今年初共同宣布強攻車用領域，聯電55奈米嵌入式快閃記憶體（eFlash）製程的記憶體產生器已取得ISO 26262車用安全最高等級(ASIL-D Ready)認證，未來可望取得電動車、自駕車、先進駕駛輔助系統（ADAS）等車用ASIC委託設計及量產訂單。

此外，3月底市場傳出聯電可能赴美國底特律興建12吋晶圓廠，以22/28奈米成熟製程為主，專攻車用晶片。不論消息是否屬實，聯電布局車用晶片已久，車用製程涵蓋0.5微米到22奈米，可應用領域包含ADAS、智慧座艙、車身控制及資訊娛樂。

力積電擁有2座鋁製程8吋廠及3座12吋廠，12吋月產能約10萬片、8吋約9萬片，產品包含記憶體、客製化邏輯與分離式元件，產能利用率100%。力積電苗栗銅鑼新廠預計2022年完成，下半年可望開始裝機，2023上半年試產，2024年量產。

IC設計廠義隆也積極布局車用晶片市場，以車用顯示驅動設計、Mini LED顯示模組等產品線切入供應鏈。此外，台灣擁有完整的封測供應鏈可支援車用晶片，如日月光、超豐、京元電、同欣電、精材等，有助提供相對應的服務。

圖三 : 未來首先要面對的就是電源管理晶片的大缺貨，但是台積、聯電、世界先進、力積電等晶圓廠能否在2023年開出產能，仍有待觀察。(source:Adobe stock:# 482999310)

車用晶片發展新趨勢

汽車及電動車不可或缺的車用晶片包含CMOS影像感測元件、電源管理晶片IC/PMIC、微處理器（MCU）、射頻元件、微機電（MEMS）、功率分離式元件等，車用晶片以8吋廠為主，部分使用到12吋廠成熟製程，車用半導體短缺最嚴重的是12吋廠在28、45與65奈米製程產線，缺貨壓力最大的是電源管理IC/PMIC、微處理器/MCU及CMOS感測器/CIS。

在主要供應鏈擴廠、增加生產線等積極作為下，2023年可望解除晶片斷炊危機，新世代電動車及相關新技術也可望向前邁進。工研院產科國際所研究經理江柏風認為，可留意未來化合物半導體在新一代電動車電力供應方面的發展動向。隨著5G、電動車發展日益快速，高能效、低能耗的第三代版導體碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN）成為市場關注焦點，目前仍由科銳（Cree）、意法半導體（ST）、英飛凌（Infineon）及羅姆（ROHM）等IDM廠主導。第三代半導體以6吋為主，國內代工業者也積極投入研發，如台積、聯電等業者，鴻海斥資新台幣25.2億元取得旺宏6吋晶圓廠，目的也在生產第三代半導體碳化矽（SiC）功率元件。

產業界也開始注意氧化鎵（Ga2O3）和鑽石等新一代材料。Ga2O3基板製作比SiC與GaN更容易，可能承受更高電壓，未來可望應用在超高功率元件領域，如電動車、電力系統、風力發電機渦輪等範圍。

研究機構指出，電動車、車用電子產業快速成長，推估台灣2025年相關產值達新台幣6000億元的規模，因此不少晶片設計廠鎖定車用市場積極布局。晶片產業在2021年銷售額達5530億美元，預計2022年仍有近10%的成長幅度。

工研院電光系統所副所長駱韋仲認為安全，汽車需求與產品持續推陳出新，隨著新一代電動車加速發展，帶動如智慧駕駛艙、面板、導引模式等智慧化新體驗，結合AI的先進運算晶片將逐步走向主流製程。未來汽車具有智慧移動與連線功能，汽車內建AI為必然趨勢，差別在於運算力高低，不同微處理有不同智慧需求與連線需求，相對應的晶片也會越來越重要。

由於綠能與零碳排等全球趨勢不變，未來的電動車勢必具有能源管理及儲能功能，這些都與晶片控制有關，除了運算、連線、儲能、能源管理等智慧化需求，未來電動車更像是一部智慧手機，不只硬體需要不同晶片，服務及娛樂等周邊軟體也需要對應的晶片連結，這些都會帶動新需求，同時帶動未來車用晶片的發展。

不過，2022年國際半導體產業協會（SEMI）指出，大陸、美國及日本都增加半導體產業補助，預估2022年底前，全球將新增29座晶圓廠，設備投資金額將達1000億美元，2項數據同創歷史新高。

另一方面，晶圓代工大廠聯電在2022年初的法說會上首次表達，2023年可能供給過剩，在2021-2022年全球晶圓廠擴廠及產能提升下，有沒有可能產生「一窩蜂」現象，有待觀察。

*刊頭圖(source:Adobe stock:#487173850)