芯片短缺为汽车电气化带来的挑战

电动汽车 (EV) 市场蓬勃发展，针对构成汽车终端市场的自动驾驶和信息娱乐系统，各种投资进行得如火如荼，这为芯片制造商和供应商带来了收入增长机会。由于平均每辆电动车配备的芯片数量（2000 个芯片）是燃油动力车的两倍，芯片制造商面临着巨大的压力，需要尝试更快、成本更低的制造技术和装配流程。

德勤预测，从 2020 年到 2030 年，电动车销量将增长 12 倍，而 IHS Markit 的研究结果则预计将增长 5 倍，即从 2020 年的 250 万辆增长到 2025 年的 1250 万辆。

美国方面提出，到 2030 年将使一半以上的新车实现电气化，这一计划主要取决于美国对芯片生产的投资。继 “CHIPS for America Act” 美国芯片法案在众议院搁浅后，2030 年的新能源汽车目标面临着风险。已经有一家著名的汽车制造商暂时关闭了电动汽车生产工厂，此外另一家汽车厂商也将电动汽车交付时间推迟了数周——这都是因为半导体芯片的短缺。为了弥补这些损失，后者计划将没有后置空调和加热控制功能的车辆降价出售。

性能更好的硅芯片替代品、更快的芯片生产方法，以及高能效电动汽车车型的合作或伙伴关系有望缓解电动汽车面临的窘境。

电动汽车是有车轮的计算机，从安全气囊到动力总成在内的一切都由硅芯片驱动。现在是改用新型芯片材料的绝佳时机，以加快充电速度和提高续航里程。那么，传统硅芯片有哪些更好的替代品？碳化硅和氮化镓的导电性能更好，损失最小。此外，预计充电时间也将减少到一半。对于电动汽车的采用乃至汽车制造商引进或开设新的新能源汽车生产线而言，这种向新型替代品的转变至关重要。

Tesla是最早采用 STMicroelectronics N.V.（意法半导体） 碳化硅芯片的公司之一，Toyota也紧随其后，推出了碳化硅-氢动力汽车——Toyota Mirai。由 Fiat Chrysler Automobiles（菲亚特克莱斯勒汽车） 和 PSA 集团合作成立的 Stellantis NV （斯特兰蒂斯）公司预计将使用碳化硅电源转换器，进而大规模生产新系列电动汽车。

氮化镓作为芯片在汽车领域的应用还有待探索，但BMW公司已经与 GaN Systems Inc. （氮化镓系统公司）签署了半导体产能协议。Navita Semiconductors （纳微半导体）公司表示，使用氮化镓作为半导体可以将电动汽车的充电时间从 11.3 小时缩短到 4.7 小时，使电动汽车更适用于日常通勤。

新的芯片材料和智能制造工艺可以帮助解决汽车行业目前面临的芯片短缺问题。芯片制造商继续生产传统的硅芯片，因为碳化硅硬度很高，因此制造难度很大。此外，这也限制了芯片制造商的能力，使之难以对大型晶圆进行抛光，同时让表面没有任何缺陷。

为了解决这一问题，Applied Materials （应用材料）公司推出了一款新工具，可以抛光 200 毫米宽的晶圆。增加了晶圆尺寸后，产量可以增加一倍，并大大降低价格。最近，一家美国跨国技术公司宣布进入汽车领域，其新组建的汽车部门专注于现代化的驾驶体验，这是一个颠覆性的消息。他们预计将花费 1000 亿美元建立 8 个芯片制造设施，并于今年在俄亥俄州新奥尔巴尼建造第一家工厂，这应该会提振美国芯片制造的士气。

小型实体和大型实体之间建立了各种合作和伙伴关系，旨在提高电池容量、开发新车型，从而让更多电动汽车成功上路。这些合作可以为有效利用芯片的智能界面技术奠定基础。电池是电动车的功能单元，需要对其进行实验以获得更好的性能，这也是几家电池制造商和汽车制造商开展合作的唯一目标。

Ashton Martin （阿斯顿马丁）公司与 British Volts （英伏特）公司合作，为定于 2025 年推出的新系列全电动汽车制造高性能电池。Fiat、Dodge（道奇）和Maserati（玛莎拉蒂）的母公司 Stellantis 与韩国电池供应商建立了合作关系，目标是到 2030 年销售 500 万辆电动汽车。无独有偶，通用汽车公司与加拿大的 POSCO 公司合作，为其 Ultium 电动汽车电池开设了一个价值 4 亿美元的阴极材料生产厂。Ultium 电动汽车电池是通用汽车公司和 LG 公司近期合作项目的一部分。

这些创新的伙伴关系表明，未来电动车市场的竞争将异常激烈。为了进行市场定位，KIA 的目标是从 2023 年开始每年发布两款新的电动汽车，到 2027 年将达到 7 款。KIA EV6 已经上市，EV9 SUV 计划在 2023 年上市销售。现代汽车公司计划投资约 160 亿美元实现旗下车型的电气化，使其在电动汽车市场的份额翻倍。

电动汽车市场风起云涌，同时也存在一些困难，特别是芯片短缺问题使得不断增加的电动汽车型号难以顺利出货。芯片制造商和汽车制造商正在努力寻找硅芯片的替代品，开发新的装配线或工具以加快周转，同时研发新的高能效电动汽车车型，这些举措都有助于实现汽车电气化目标，打造绿色可持续的当下及未来。