拉拢台积电后,特斯拉再无对手

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汤之上隆:特斯拉大量订购4纳米/5纳米半导体,突破半导体“傻瓜的围墙”

作者:汤之上隆  编译:小芯

作者简介:

汤之上隆先生为日本精密加工研究所所长,曾长期在日本制造业的生产第一线从事半导体研发工作,2000年获得京都大学工学博士学位,之后一直从事和半导体行业有关的教学、研究、顾问及新闻工作者等工作,曾撰写《日本“半导体”的失败》、《“电机、半导体”溃败的教训》、《失去的制造业:日本制造业的败北》等著作。

以下为编译全文:《特斯拉大量订购4纳米/5纳米半导体,突破半导体“傻瓜的围墙”

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特斯拉在新加坡的新服务中心

资料图片,2022年7月16日,图片:路透社/Afro

01

汽车制造商面临半导体“傻瓜的围墙”

2022年11月4日,我为本专栏投稿了《汽车行业能否跨越半导体“傻瓜的围墙”》,文中我们认为包括丰田汽车公司在内的许多汽车制造商正面临一堵半导体"傻瓜的围墙"。

汽车行业目前正处于一个被称为互联、自主、共享和电动(CASE)的百年一遇的转型期。如果汽车制造商如果不能克服半导体的“傻瓜的围墙”,将被淘汰。

然而,有一家汽车制造商,它已经克服了这堵围墙。那就是美国的特斯拉,电动汽车(EV)的领导者。

特斯拉成立于2003年7月1日,由企业家和太空火箭公司SpaceX的首席执行官埃隆·马斯克创立,克服了许多困难和反复的破产危机,到2020年在市值方面轻松超过丰田汽车公司,并在2021年销售93.6万辆电动汽车,以压倒性优势成为销售榜首(图1)。

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图1 2021年电动车销量品牌前20

来源:36Kr Japan

从2021年EV销量排名前20位的阵容来看,中国、欧洲和韩国的企业在榜单上占主导地位,丰田汽车公司排在第16位(11.6万辆),是排名最高的日本制造商。本田、日产和三菱汽车没有上榜,这让人怀疑日本汽车制造商的表现。

而且,不仅是电动汽车,特斯拉在自动驾驶方面也肯定会占据首位。有消息透露,特斯拉已经下了一个大订单,订购了台积电用最先进的4nm/5nm(纳米:纳米=十亿分之一米)工艺所生产的(可能用于人工智能的)半导体,用于自动驾驶。

据报道,特斯拉已成为台积电的前七大客户和最大的电动汽车制造商客户。特斯拉已自行设计了完全无人驾驶所用汽车AI芯片,并成功通过台积电的最尖端工艺实现量产。在CASE时代,也许再也没有对手可以对抗特斯拉。

如果有对手,那么将是苹果,它在销售iPhone的同时也在开发自动驾驶的电动汽车。而丰田和其他日本汽车制造商将没有机会与之对抗,下一节将讨论这方面的根据。

02

什么是自动驾驶汽车?

图2展示了自动驾驶的等级。目前在日本销售的大多数自动驾驶汽车只是“Level 2”,带有有自动紧急刹车和车道保持辅助等功能。2021年,本田推出了搭载“Level 3”功能的新车型。但由于价格超过1000万日元,再加上限量100辆以及仅提供租赁的限制,所以完全没有普及。

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图2 自动驾驶的级别

资料来源:作者根据内阁府、国土交通省等部门的数据编写。

那么,L4和L5的完全自动驾驶车是什么样的呢?

在图3中,试着罗列了完全自动驾驶汽车所使用的半导体。处理毫米波和红外线雷达信号的模拟器件、10个以上的摄像头图像传感器、数百个MCU、5G通信芯片、超高速DRAM和大容量NAND、驱动电机的功率器件,以及能够瞬时判断大量数据的高性能AI芯片等。

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图3自动驾驶汽车搭载的各种半导体

然后,完全自动驾驶的汽车会像下面这样行驶(图4)。

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图4 完全自动驾驶的系统概念

(1)  搭载经过充分训练的AI芯片

(2)  在打开汽车开关的瞬间,AI芯片启动,5G通信芯片和GPS与主机相连

(3)  从GPS得到厘米精度的位置信息,主机更新最新的自动驾驶系统和地图信息

(4)  每辆车在自动驾驶的同时,AI芯片将持续学习

(5)  例如,假设有1万辆完全自动驾驶汽车在行驶,在主机中会汇集1万辆汽车上AI学习的结果

(6)  主机以1万台汽车学习的结果为基础,更新系统,并将最新的系统反馈给这1万辆车

也就是说,完全自动驾驶是指,在行驶过程中,人工智能不断学习,在更新汇总1万台汽车学习的结果的同时,进化成更加安全的自动驾驶汽车。这样看来,前期仅限定100台的本田Legend Hybrid EX是不可能实现完全自动驾驶。

03

用最尖端的精密加工技术生产的

人工智能芯片必不可少

完全自动驾驶汽车需要大量的各式半导体。其中,用最尖端的精密加工技术生产的超高性能的AI芯片是必不可少的。笔者确信,只要掌握了这一技术,就能称霸全自动驾驶汽车。

并且,关于这些,笔者于2020年2月12日在丰田汽车总公司进行了演讲。但是,遗憾的是,丰田汽车存在着“半导体傻瓜的围墙”,笔者的想法似乎未能如愿。

正当我认为“再这样下去,日本的汽车制造商就不妙了”的时候,开头介绍的特斯拉的新闻突然出现了。

那么,特斯拉为全自动驾驶汽车大量订购使用台积电最先进的4nm/5nm工艺的半导体,成为台积电的前七大客户,这些将会带来多大的冲击呢?

04

台积电的技术节点

图5显示了台积电技术节点的发展,该节点在世界最先进的小型化领域独行。台积电的计划是,3nm应该在2022年下半年启动,但一直很艰难。因此,台积电能够大规模生产的尖端微加工技术是5nm系列“N5”、“N5P”和“N4P”。换句话说,台积电的4nm是5nm的改进版本。

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图 5 台积电尖端技术节点路线图

资料来源:WikiChipFuse,“N3E Replaces N3;Comes In Many Flavors“,2022 年 9 月 4 日

因此,"特斯拉已经向台积电下了4nm/5nm半导体的大订单 "实际上意味着台积电将为特斯拉使用其最先进的生产能力。此外,他们是第一个这样做的汽车制造商。

令人吃惊的是,特斯拉将成为台积电前七大客户。图6显示了按公司划分的台积电销售额前7名。在这里,2019-2021年是实际值,但2022年没有数据,因此假设与2021年相同,并预测特斯拉将进入前七名的份额。

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图6 按公司划分的台积电销售份额(2022年为任意预测)

资料来源:2019-2021年的数据来自Gigazine(2021年3月21日,原始数据来源The Information Network);没有2022年的数据,所以假设除特斯拉外与2021年相同。

排名第一的是苹果(25.4%),第二位是委托处理器的AMD(9.2%),第三位是外包智能手机处理器的联发科(8.2%),其次是第四位的Broadcom(8.1%),第五位是高通(7.6%),第六位是英特尔(7.2%), 排名第七的NVIDIA(5.8%)。

2019年,华为旗下的海思占15%,仅次于苹果位居第二,但2020年以后,由于美国的制裁,台积电停止了面向海思的生产和出口,2021年以后为“0%”。

05

特斯拉在台积电的地位

现在,特斯拉是焦点,但进入前七名将高于NVIDIA(5.8%),NVIDIA在2021年排名第七。特斯拉占台积电总销售额的6%左右。此外,仅4nm/5nm的尖端工艺似乎就排在第7位。

事实上,苹果占台积电总销售额的25.4%,垄断了台积电80%至90%的先进流程。第二名AMD、第三名联发科、第五名高通、第七名NVIDIA等都希望台积电以4nm/5nm的尖端制程生产芯片,但由于苹果的主导地位,愿望落了空。

尽管如此,特斯拉已经占据了台积电最先进的工艺能力的一部分,将AMD、联发科、高通、英伟达和其他公司挤到了一边。这确实是一个令人惊讶的情况(人们想知道苹果公司是如何允许这种情况发生的)。

此外,在台积电的销售额中,特斯拉作为汽车制造商的地位如图7所示。

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图7 台积电销售额占5万亿日元的百分比(2020年)

资料来源:作者在《日经新闻》(2021年4月16日)的数据中补充

这表明,2020年台积电的销售额约为5万亿日元,而排名第一的苹果公司约为25%(1.3万亿日元),而汽车半导体仅占总销售额的4%(2000亿日元)。在这4%的车企中,有100多家汽车制造商(丰田汽车公司只是这些“芝麻”中的一个)。

然而,特斯拉在图7中排名第三,销售额占总份额刚刚超过5%。特斯拉必须让其人工智能半导体在台积电的尖端4nm/5nm工艺下量产,并利用它们来大规模生产全自动驾驶汽车。如果是这样,埋头于台积电4%销售额的现有汽车制造商,将根本无法与特斯拉竞争。

06

只有苹果才能与特斯拉竞争

对于以台积电最先进工艺生产的人工智能半导体,除特斯拉外,其他汽车制造商很难获得。

然而,只有一家公司能够得到它们。这家公司就是苹果公司,该公司每年将2.3亿个用于iPhone的最先进处理器的生产外包给台积电。

2014年,苹果公司启动了Project Titan (泰坦计划),开发自动驾驶电动车,今年(2022年)该项目进入第八个年头。从去年开始,自动驾驶EV“苹果汽车”的产地成为热门话题。有传言说,它由苹果设计,就像iPhone一样,由鸿海生产,但事情的真实性还不得而知。

毫无疑问,苹果可以在台积电的尖端工艺中制造用于全自动驾驶的人工智能半导体。毕竟,苹果是台积电最大的客户,占台积电总销售额的25%以上。

可以说,全自动驾驶汽车的霸主地位之争被缩小到特斯拉和苹果之间的争斗。两者都获得了台积电的最先进产能。现在我不知道谁会赢。但至少,像丰田汽车公司这样的汽车制造商,如果不能克服半导体傻瓜的围墙,似乎甚至不太可能进入全自动驾驶汽车的竞争圈。

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