无论何时都买不到汽车~今后汽车半导体的不足将持续下去，汤之上隆的观点

  汽车的半导体不足一部分还在继续，别说新车，就连二手车都很难买到。本稿，考察这个「不足」的半导体是什么，为何不足，并且汽车的生产何时恢复正常。

  之后，我以为能买到车了，看了丰田汽车纳车时期的网站，吓了一跳。从《由于疫情的扩大以及全球半导体部件不足，现在很多车型都出现了生产延迟》一文开始的纳车时期的目标是，真的能这样做汽车的生意吗。

  那么，我想找二手车，调查了一下，竟然发生了二手车的价格比新车高的非正常现象。而且，据说这种非正常现象被称为“汽车的劳力士化”（铃木贵博、《二手车比新车贵的“劳力士化”、价格可能会停高的理由》、2023年1月20日）。

  新车很难买到。另一方面，二手车比新车贵的“劳力士化”似乎正在发生。已经不买汽车什么的好吗？

  但是，为何会出现新车长期化、二手车价格高涨的“劳力士化”等非正常现象呢？丰田汽车的HP有「由于世界性的半导体零件不足」的一句，前述的「劳力士化」的报道也写着「世界性的半导体不足」是原因。

  但是，什么都说“半导体不足”，那个不足的半导体到底是什么？并且，在上述的「劳力士化」的报道，有「半导体不足的解除2024年一杯左右花费」的记载，不过，线年中半导体不足的问题解决吗？

  本稿，想从车载半导体的视点讨论汽车生产何时回到正常状态（所谓想清楚自己何时能买新车）。首先，明确世界和日本的汽车生产的实际状态。其次，指出在日本汽车的减产常态化。并且，说明不足的半导体从28nm的逻辑半导体和MCU（Micro Controller Unit，通称微机）变化为老式的功率&模拟。

  在此基础上，说明电动汽车（EV）和无人驾驶车正在普及的今后，绝望地老式的功率&模拟半导体不足的展望。如果换购汽车的线左右的带无人驾驶功能的EV，但遗憾的是笔者的希望暂时没有。

  下图显示了世界汽车生产台数的年度推移。自2010年以来，汽车产量一直增长，到2017年将达到9730万辆的峰值。并且，在疫情前的2019年达到了9218万台，但是疫情扩大到世界的2020年，与前一年相比减少了1466万台，锐减到7762万台。

  图：根据世界汽车生产台数（2010～2022年）（出处：日本贸易振兴机构（JETRO）的数据等作者制作（

  此后，虽然产量逐渐恢复，但2022年仅生产8250万台，仍比电晕前少968万台。按照这一个速度走的线年以后回到日冕前的水平。

  其次，从图3所示的日本汽车生产台数来看，2011年一度下降。这是东日本大地震的影响吧。此后，生产台数很快恢复，虽然多少有上下移动，但生产台数达到900万台以上。尤其是在疫情前的2017～2019年的3年间，大致稳定在970万台左右。

  图：日本汽车生产台数（2010～2022年）（出处：根据日本汽车工业会的数据笔者制作）

  在那里发生了日冕骚动，2020年减少了161万台，跌至807万台。这是东日本大地震2011年以下的水平。并且世界的汽车生产台数2021年以后恢复，不过，在日本2021年785万台（▲183万台），2022年776万台（▲192万台），年年生产台数减少（括号内与2019年的生产台数的差）。

  日冕之后，世界和日本的汽车生产台数都下降了。但是，虽世界的汽车生产台数正在恢复，但日本的生产台数却一直在减少。目前，虽然不知道其原因，但作为不得不在日本买车的笔者，却相当有你的心情。

  图4表示2017年1月至2022年12月的每月国内汽车生产台数。汽车的生产台数好像有季节性的根本原因，以年间的生产台数约970万台稳定的日冕前的2017～2019年上下移动也激烈。但是，在疫情的2020年5月左右出现了很大的减产，同年9月左右暂时恢复，进入2021年再次减产。而且，在激烈上下移动的同时，生产台数逐渐减少。

  图4：日本汽车生产台数（2017年1月～2022年12月）出处：根据日本汽车工业会的数据笔者制作

  2020年5月左右的大减产，是由于日冕导致汽车需求“蒸发”。日冕的感染扩大，成为「不是买汽车的地方」的心理健康状态，汽车的需求大幅度下降了吧。另一方面，一般认为2021年1月以后的减产是由于半导体不足。

  在此，为了排除季节性变动因素，计算了从2017年1月到2019年12月的日冕前的每月平均台数（以下称为“平均台数”），并与日冕后的2020年1月以后的生产台数进行了比较（图5的上段）。并且，关于电晕后的2020年1月以后，计算出与平均台数的差（图5的下段）。

  结果显示，2～3月的2020年减产台数为8～9万台以上，4～6月为30～40万台以上，7～8月为10万台以上。这个减产，9～10月大体上被解除，大体上回到平均台数。

  但是，从2020年11月开始再次陷入减产，进入2021年也没有恢复到平均台数，2月15万台，5月23万台，9月40万台，汽车减产将变得严重。到了2022年，减产将成为常态，“减产10万台以上”将变得理所当然。

  那么，为什么2021年以后，汽车一直在减产呢？我认为这辆车减产的原因是半导体不足。但是，虽说“半导体不足”，但其内容从2021年到2022年发生了变化。其概要如下所示。

  图6表示半导体的种类和每个半导体企业形态的供求平衡的调查的最终结果。在该图中，试着关注车载半导体。

  因疫情汽车需求“蒸发”的2020年第2季度（Q2）和第3季度（Q3），车载半导体“过剩”。因为汽车卖不出去，所以车载半导体充斥着市场。

  但是，该车载半导体在2020年Q4“吃紧”，2021年Q1以后“不足”。在此，可知2021年Q1和Q2的“不足”是由TSMC等的猎物引起的。但是，起因于猎犬的“不足”在2021年前半期消除，同年Q3以后成为“平衡”，2022年Q2成为“过剩”。

  那么，说到2021年Q3以后的车载半导体的“不足”是什么，可以读取功率&模拟半导体。而且，可知这些是由瑞萨电子（以下称为瑞萨）等垂直集成型生产的老式半导体，不是委托TSMC等生产的前端半导体。

  从这里开始，首先对2021年Q1和Q2中的由TSMC等的猎物引起的车载半导体“不足”进行说明。

  在汽车业界，有以丰田汽车等完成车制造厂为顶点的希拉尔基（图7）。并且，汽车制造厂，用必要的时候，只筹措必要的量的被称为「正好·时间」的生产方式制作着汽车。

  2021年Q1和Q2的车载半导体不足是由于适时生产方式的弊端而产生的。详细内容于2021年4月21日投稿给本专栏（《半导体不足是“正好时间”产生的弊病，TSMC掌握要害的无人驾驶车》）。以下简单地说明概要。

  2020年2月以后，每月汽车减产。因此，丰田汽车等整车厂商继续按照电装等一次分包、瑞萨等二次分包的顺序取消车载半导体订单。

  在此，瑞萨等车载半导体制造商将28nm以后的逻辑半导体和MCU全部委托给作为3次转包的TSMC等富德利生产（由于富德利的世界份额的过半以上由TSMC独占，因此为了简单起见，以下仅限于TSMC）。因此，TSMC也每月每月持续取消车载半导体。

  在该TSMC中，28nm的逻辑半导体的生产委托蜂拥而至（为什么是28nm将在后面叙述）。因此，由于车载半导体的取消而空出来的孔，马上就被其他半导体填满了。

  在这种情况下，由于汽车的生产在2020年9月恢复，因此完成车制造商通过1次分包及2次分包，再次向TSMC订购28nm的逻辑半导体和MCU，但TSMC似乎没有相应的余地。

  并且，2020年中被取消的时候生产的库存总算超过了，不过，那个库存也断了的2021年Q128nm的逻辑半导体和MCU不足，世界各地的汽车制造厂被迫减产的事态。

  这样看来，2021年Q1和Q2的车载半导体不足是适时生产方式导致的，一言以蔽之，是汽车制造商的自作自受。

  在2021年Q1和Q2中，将全世界的汽车制造商逼入减产的28nm逻辑半导体，说明其有很独特的特征。其如下（图8）。

  1、28nm的晶体管是平面型的最后一代。从其前面16/14nm成为三维FinFET

  例如，苹果的“iPhone”等新型智能手机、最尖端PC、高速服务器用处理器等总是要求高性能的逻辑半导体的晶体管，需要从平面型向FinFET，然后向GAA（Gate-All-Around）改变结构。此时，半导体的芯片成本上升，但由于比其高性能优先，因此推进微细化，选择更最佳的晶体管结构。

  但是，很多电子电机产品并不是特别需要那么高的性能。比起那个，我想使用性能好价格低的半导体。这是平面晶体管的最后一代28nm逻辑半导体。因此，疫情爆发后，各种电子电器产品的需求也随之爆发，使用的28nm产品纷纷涌入TSMC。

  另外，对于TSMC等的猎物来说，22nm是28nm的改良品，所以基本上与28nm相同。

  那么，让我们回到车载半导体“不足”吧。2021年Q3以后，28nm的“不足”被消除。恐怕TSMC等的猎犬，由于日美欧的政府施加了压力，拼命量产了车载用的28nm的逻辑半导体和MCU吧。结果，车载用的“不足”被消除了。

  但是，2021年Q3以后，车载半导体的“不足”依然持续着。那么，那个“不足”的半导体是什么呢，就是功率半导体和模拟半导体。而且，由于这些功率和模拟是老式半导体，所以瑞萨等车载半导体制造商不委托TSMC生产，而是自己公司生产。

  可以推测其原因是汽车的EV化和无人驾驶化开始急速发展。根据笔者的调查，一辆汽车搭载的半导体的金额，内燃机车约为300美元，而混合动力为700美元，EV为900美元。另外，关于自动运转，相对于零级（手动运转），自动运转的1级或2级搭载700美元，4级或5级搭载3000美元的半导体（图9）。

  这样，半导体搭载金额方面，手动运转的内燃机车为300美元，等级1及2的混合动力车为1400美元，等级4及5的完全自动运转EV为3900美元。

  EV需要驱动电机的功率半导体。此外，在无人驾驶车中，需要对来自多个传感器的模拟信息做处理的模拟半导体。

  也就是说，从2020年到2022年，尽管汽车的生产台数减少，但由于EV化和无人驾驶化开始急速发展，汽车搭载的功率和模拟半导体的需求急剧扩大，由于其不足，汽车的减产将持续下去。

  从世界半导体市场统计（WSTS）的数据也能确认车载半导体的出货个数急剧扩大（图10）。汽车用的逻辑，MCU，模拟，全部的出货个数大幅度地超过着电晕前的水平。特别地，模拟半导体的迅速增加是显著的（在WSTS的定义中，功率包括在模拟中）。

  图10：汽车用Logic、MCU、Analog的出货个数（～2022年12月）出处：根据WSTS的数据笔者制作

  并且，EV化和无人驾驶化，今后越发普及加速。这在某种程度上预示着对传统功率和模拟半导体的需求将继续增长。但是，瑞萨等车载半导体厂商，有不能飞跃性地扩大功率&模拟半导体的供给量的情况。

  图11示出了全球12英寸（300mm）晶片转换技术节点的半导体生产能力（万片/月）。技术节点比100nm更老式的容量几乎都是8英寸（200mm）的半导体工厂。另一方面，100nm以后的前端半导体的容量全部是12英寸的半导体工厂。

  图11:12英寸换算技术节点的生产容量（万张/月）来源：全球网络（株）《世界半导体工厂年鉴》及SEMI Wafer World Forecast的数据为基础作者制作

  这样，在100nm附近有8英寸和12英寸的边界线年左右，当半导体的微细化为130nm以后时，硅晶片的直径从8英寸大口径化为12英寸。之后，随着微细化的发展，12英寸用的制造装置为了应对其微细性而不断进步。

  因此，8英寸的微细性一直停留在100nm附近，但12英寸的微细化逐年发展，从2022年12月29日开始TSMC量产最尖端的3nm半导体。

  并且，现在，车载半导体不足的传统的功率&模拟半导体大多在8英寸的半导体工厂生产。但是，很难使这种传统的功率和模拟半导体的生产容量飞跃性地增大。

  从图11也能够准确的看出，12英寸的容量逐年增加，但8英寸的容量的增加方式迟钝。有两个理由。

  首先，荷兰ASML、美国应用材料、美国拉姆研究、日本东京电子等大型装置制造商不想制造8英寸用的制造装置（与其说是这样，不如说就没有制造）。因为这些装置制造商主张“希望购买12英寸用的制造设备，而不是8英寸用的制造设备”。

  其结果是，在制造设备市场上，8英寸用的装置变得极端缺货，二手装置一上市，瞬间就以高价卖出。因此，虽说传统的功率和模拟半导体的需求很大，但新增设8英寸的半导体工厂变得极其困难。

  如果不能得到8英寸的装置，不能建设8英寸的工厂，在12英寸工厂制作需求增大的传统的功率&模拟半导体就可以了。

  但这并非易事。12英寸的制造设备被描述为慢慢的提升，以实现最先进的细化。例如，TSMC在3nm的生产中使用的最先进的各种制造装置，即使要加工100nm以上（例如200～500nm）的图案，恐怕也不能。

  为了加工粗糙的图案，需要适合它的工艺和制造装置，最先进的工艺和装置不能加工。也就是说，至今为止在8英寸的工厂生产的传统的功率和模拟半导体，即使想在12英寸的工厂生产，也不能说是不可能的，但相当困难。

  在汽车产业界，今后无人驾驶化和EV化会慢慢的先进吧。其结果是，汽车用的功率&模拟半导体的需求将持续不断的增加。但是，在8英寸工厂生产的传统功率和模拟半导体的生产容量很难迅速扩大。

  其理由是，由于8英寸的装置很难获得，所以8英寸工厂的新增设很困难，在12英寸工厂生产8英寸工厂生产的传统功率和模拟半导体也相当困难。

  这样一来，汽车产业将迎来100年一度的CASE（Connected、Autonomous/Automated、Shared、Electric）大变革期，只要无人驾驶化和EV化继续推进，老式的功率和模拟半导体就会绝望地“不足”。

  另外，CASE中的Connected需要5G（第5代移动通信）用半导体，Autonomous/Automated需要AI半导体，这些都是TSMC的最先进过程所必不可少的。并且，TSMC的最尖端过程，大体上苹果独占，汽车制造厂控制这个容量相当难。

  也就是说，展望今后的汽车产业，传统的功率和模拟半导体以及只有TSMC1公司能生产的最尖端的5G用半导体和AI半导体，确实两个极端的车载半导体“不足”。

  对于汽车制造商来说，受难的时代已经到来了。而且通过你自己的分析，笔者能买到每3级带无人驾驶功能的EV的日子，暂时还不会到来。……天啊！

  1961年出生。静冈县出身。京都大学研究生院（原子核工学专业）毕业后，进入日立制作所。此后16年，在中央研究所、半导体事业部、埃尔皮达存储器（调职）、半导体尖端技术（调职）从事半导体的微细加工技术开发。2000年从京都大学取得工学博士。现在，作为微细加工研究所的所长，从事半导体·电机产业相关企业的顾问及记者的工作。著作有《日本“半导体”战败》（光文社）、《电机·半导体”大崩溃的教训》（日本文艺社）、《日本式制造的战败零战·半导体·电视》（文春新书）。