由於長期的半導體不足等原因，豐田和大發工業在四月底以及之後理所應當的也將停止汽車的生產。
據報道，豐田將於4月30日至5月8日停止在日本國內的14家工廠的生產。其中，愛知縣豐田市的高岡工廠到5月9日為止，愛知縣刈谷市的豐田車體的富士松工廠到16日為止，將逐漸停止部分生產線。
另外，大發工業還追加了此前宣布延長停工時間的滋賀第二工廠，以及大分市第一工廠和總公司工廠的一部分，從當初計劃的4月30日～5月8日開始，將停工時間延長3天。此外，京都工廠也計劃於5月18日~19日停止生產。
在日經新聞4月30日的報道的旁邊，刊登了一篇關於「半導體，24年前都會不足」的報道，這個報道汽車製造商看到會很頭痛。在這篇報道中，美國Intel CEO帕特·蓋爾辛格在4月28日的決算髮表會上表示，「由於生產能力和生產設備的制約，半導體不足至少會持續到2024年」。
這樣的半導體不足要持續到什麼時候呢？
筆者開始認為，Intel CEO所說的「至少到2024年為止」並沒有解決半導體不足的問題，反而是讓我覺得更長期且慢性的半導體不足的狀態還會持續下去。
我想在本文中進行討論。首先取得結論的話，根據以下的理由，推測著傳統的模擬&功率半導體今後慢性地不足的可能性很高。
隨著汽車的自動駕駛化以及EV化的推進，需要的半導體飛躍性地變多。大部分半導體都是傳統的模擬和功率半導體。生產這些傳統模擬和功率半導體的是8英寸的工廠。由於難以確保8英寸的製造裝置，所以難以增設8英寸的半導體工廠。
總之，為了使自動駕駛車能運行高度的人工智慧（AI），當然需要最先進的半導體，但是多數必要的傳統模擬和功率半導體成為軟肋，對汽車生產造成了障礙，解決這個問題不是容易的事。汽車產業迎來了被稱為百年一遇的CASE（Connected、Autonomous/Automated、Shared、Electric）的大變革期，這也是一個被半導體不足所困擾的受難時代。
因新冠和半導體不足而低迷的汽車產業
由於2020年全球感染擴大的新冠，汽車的生產台數低迷。在新冠前的2019年，世界汽車生產量9218萬輛，到2020年將減少1456萬輛，達到7762萬輛，2021年將更少120萬輛，達到7642萬輛。
受到新冠的影響2020年汽車的減產很大。但是，2021年汽車生產的低迷主要是由於半導體不足。實際上到了2021年，由於半導體不足導致汽車無法生產，以汽車為國家基礎產業的日本、美國、德國各國政府，經由台灣政府向TSMC請求增加車載半導體，這是一個特例。
此時不足的半導體是28nm的邏輯半導體和MCU（Micro Controller Unit，通稱「微機」）。關於這些28nm的車載半導體不足的原因，在本專欄「為什麼車載半導體不足？掌握關鍵的台灣TSMC」（2021年3月2日）中進行了詳細說明。以下說明概要。
為什麼28nm半導體不足？
2020年4月～6月，隨著新冠的感染擴大，汽車需求大幅下降。汽車製造商根據豐田汽車生產方式的整期、準時供應零部件，因此例如豐田汽車取消了向第一次承包的DENSO等的車載半導體訂單。於是，丹麥取消了對瑞薩等的車載半導體訂單，而瑞薩取消了對委託生產28nm以後的TSMC的訂單。
由於新冠的特殊性，電玩機、家電產品等28nm半導體的生產委託蜂擁而至，車載半導體的取消的半導體生產空間瞬間被這些半導體掩埋。
之後，由於2020年秋汽車的需求恢復，豐田汽車DENSO經由瑞薩再次向TSMC訂購了28nm的半導體，但是TSMC的生產線被其他半導體占據，沒有生產車載半導體的餘地。2020年秋冬季的庫存還能承受，但是過了年到了2021年，庫存也見底了，由於28nm的半導體產能不足，真的不能製造汽車了。
獨特的28nm半導體
2021年上半年，世界上28nm的半導體不足。關於這個理由，在本專欄「為建設『TSMC熊本工廠』感到高興是大錯特錯的理由」（2021年12月7日）中進行了詳細說明。簡單地說，因為28nm的邏輯半導體有以下3個獨特的特徵。
（1）28nm是平面電晶體的最後一代（16/14nm到三維FinFET）
（2）不使用Self-Arigind Double Patterning（SADP）（由FinFET使用SADP）
（3）瑞薩等垂直整合型（Integrated Device Manufacture、IDM）將從這一代生產委託給半導體製造廠生產
總之，TSMC等半導體製造廠生產的28nm的半導體因為成本投資效率好，所以包括汽車在內的很多電子設備都使用了這種半導體。日本政府引進的、從2024年開始運轉的TSMC熊本工廠也計劃主要生產28nm的半導體。
然而，由於TSMC、UMC、SMIC等的半導體製造廠的努力，28nm的半導體不足在2021年的前半期幾乎全部消除了（雖然與本稿的內容無關，但是在TSMC熊本工廠到底有沒有製作的東西呢？）。
半導體不足的狀況變化
圖3是2022年2月28日在美國半導體工業會（Semiconductor Industry Assiociation，簡稱SIA）的網絡研討會，VLSI Research（Tech Insights）的Andrea Lati在「Semiconductor Market Overview」上發表的一張幻燈片（本發表的幻燈片現在也可以從SIA的網站下載）。
根據該圖3，半導體製造廠的「Shortage（不足）」或「Tight（逼迫）」截止到2021年第2季度，之後為「Balanced（剛好）」、「Saturated（飽和）」、「Lose（剩餘）」。也就是說，在2021年第3季度以後，TSMC等半導體製造廠的窘迫得以解除。
然而，瑞薩等IDM的「Tight」卻一直持續到2020年第二季度到2022年2月18日。並且，瑞薩等公司不委託TSMC生產，而自己公司生產的傳統模擬功率半導體和IDM一樣，從2020年第2季度到2022年2月18日成為「Tight」。其結果是，車載半導體「Auto」在2020年第4季度成為「Tight」，2021年以後基本上變成了「Shortage」。
也就是說從該圖3可以說明，2021年第1季度以後車載半導體不足，2021年前半期TSMC等半導體製造廠生產的28nm不足，但2021年後半期那個不足被解除，取而代之的是瑞薩等IDM生產的傳統模擬功率半導體不足的事態。
汽車所需的半導體
圖4表示世界半導體市場統計（World Semiconductor Trade Statics、WSTS）發表的用於汽車的半導體的種類和出貨額。
根據WSTS，用於汽車的半導體至少有15種。其中最引人注目的是模擬半導體，在2019年和2020年時為150億美元以下，到2021年急劇增加到約240億美元（另外，在WSTS的定義中，這個模擬半導體中也包含了功率半導體。從這種行為來看，仿佛模擬半導體（包括功率）不足。
那麼，為什麼2021年汽車用模擬半導體市場急速擴大呢？如圖1所示，汽車的生產台數在減少。儘管如此，半導體需求急劇擴大。
可以推測那個原因是汽車的EV化和自動駕駛化開始急速普及。根據諮詢公司KPMG的發表資料《車載半導體：新的ICE時代》（2020年4月23日），一輛汽車上搭載的半導體，內燃機車在500美元以下，而EV則是其2倍以上，約1000美元。另外，關於自動駕駛相對於零級（手動運轉），完全自動運轉的4級或5級搭載了約3000美元的半導體，是8～10倍。
EV需要很多功率半導體。另外，自動駕駛車需要很多對來自各種傳感器的模擬信息進行處理的模擬半導體。也就是說，從2020年到2021年，儘管汽車的生產台數減少了，但是搭載在汽車上的模擬半導體急速擴大，可以說是EV化和自動駕駛化開始推進的原因。
而且，EV化和自動駕駛化今後會更加快速普及。這意味著（包括功率）模擬半導體的需求今後也將繼續增加。
但是，也有不能飛躍性地擴大模擬和功率半導體的供給量的情況。
大多數模擬和功率半導體是在8英寸工廠生產的
圖5是全世界12英寸晶圓換算技術節點的半導體生產能力（萬張/月）。超過100nm的傳統電容器幾乎都是8英寸的半導體工廠。另一方面，90nm以後的容量全部是12英寸的半導體工廠。
因此，在100nm附近有8英寸和12英寸的邊界線。其理由是，2000年左右，當半導體微細化達到130nm以後，矽晶圓的直徑從8英寸大口徑變成了12英寸。那之後，隨著精細化的發展，12英寸用的製造裝置為了應對其精細性而不斷進步。
因此，8英寸的微細性仍停留在100nm附近，而12英寸的TSMC則從2020年開始批量生產最先進的5nm半導體。
而且，現在半導體不足的傳統模擬和功率半導體大多在8英寸的半導體工廠生產。
然而，很難增加這種傳統模擬和功率半導體的生產能力。有兩個理由。
不能增加傳統半導體的生產能力的理由
首先，荷蘭ASML、美國應用材料、美國科林研發、日本東京電子等大型製造裝置製造商不想製造8英寸用的製造裝置。因為這些製造裝置製造商主張「不要買8英寸用的，要買12英寸用的裝置」。
結果，在製造裝置市場，8英寸用的裝置極端缺貨，二手裝置一上市，很快就會以高價賣出。因此，雖說傳統的模擬和功率半導體的需求很大，但增設8英寸的半導體工廠變得困難。
如果8英寸的裝置不能得到，8英寸的工廠不能建設的話，需求方可能會認為就在12英寸工廠製造傳統模擬和功率半導體好了。
但是，這並不是簡單的事情。12英寸的製造裝置為了能夠實現最先進的精細化而取得了進步。例如，TSMC在5nm的生產中使用的裝置，即使想加工100nm以上（例如100～500nm）的模式，恐怕也不行。
粗糙的圖案的加工需要適合它的工序和裝置，最先進的工藝和裝置不能進行那個加工。也就是說，至今為止在8英寸工廠生產的傳統模擬和功率半導體，即使想在12英寸工廠生產，也不能說不可能，但是相當難。
車載半導體不足會持續下去的，永遠
在汽車產業界，今後自動駕駛化和EV化會越來越先進吧。其結果是，汽車用模擬和功率半導體的需求將不斷增加。但是，在8英寸工廠生產的傳統模擬和功率半導體的生產能力很難迅速擴大。
原因是8英寸的裝置很難入手，所以8英寸的工廠不能增設，以及在12英寸的工廠生產8英寸工廠生產的傳統模擬和功率半導體也相當困難。
如此一來，汽車產業將迎來100年一次的大變革期，只要自動駕駛化和EV化繼續發展，車載半導體不足就會持續下去。可以說對於汽車製造商來說，災難的時代到來了。
來源：內容由半導體行業觀察（ID：icbank）編譯，作者：湯之上隆，謝謝。