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汽車缺芯現象已成為世界范圍內關注的問題。為了解決汽車核心不足的問題，政府、汽車制造商和半導體制造商正在協調產能。不專注于汽車半導體的TSMC，與去年相比，汽車半導體產品的關鍵零部件MCU的產量增加了60%。與此同時，國內外很多汽車廠商都宣布要研發芯片來緩解核心不足的問題。在各方的努力下，我們看到豐田、通用等一些停產車企的產量在下半年開始恢復。大眾汽車首席財務官表示，他已經看到芯片供應穩定。
然而，當各行各業的人把目光聚焦到貼近生活的汽車行業時，那些遠離日常生活的行業也在遭受著核心缺失的困擾，工控行業就是其中之一。11月23日，施耐德電氣發布通知函稱，因以太網芯片供應不足，相關產品全球暫停銷售，訂單不予受理。可見，核心的缺失已經影響到工控領域的龍頭企業。如果這個問題不解決，缺芯對行業的影響會更加嚴重。
起源于德國的工業4.0，是指利用數據驅動的人工智能完成產業轉型，其要點包括:物聯網、數字化轉型、數字孿生、用AI和大數據進行規劃生產等。這一理念的實現，有助于打造具有國際競爭力的制造業，從而為提升綜合國力、保障國家安全、建設世界強國鋪平道路。在工業4.0中，工業控制自動化被認為是工業4.0的必然趨勢，因為工業控制自動化可以降低制造業的成本，提高效率。
工業控制涉及很多環節。一般來說，主要分為控制層、驅動層和執行層，半導體是任何一層都不可缺少的關鍵器件。就單個以太網通信模塊而言，它包括MCU、IC芯片、SDRAM芯片等。如果是更復雜的控制層，就需要CPU、顯卡、BIOS芯片等控制芯片。
變頻器（以下簡稱-VFD）短缺背后的工控行業缺芯之痛
或許是因為沒有特斯拉這樣的明星企業，又或許是距離大眾太遠，工控領域的“核心病”似乎并沒有引起重視。但實際上，工控產品的核心短缺已經體現在很多方面，包括PLC、DCS、VFD等產品的短缺。VFD的交付時間已從4-6周延長至16-24周。
VFD通過改變交流電機電源的頻率和幅值，從而改變其運動磁場的周期，起到工業控制的作用，從而平滑地控制電機轉速。VFD通過開啟和關閉內部IGBT來調節輸出電源的電壓和頻率，并根據電機的實際需要提供所需的電源電壓，從而達到節能調速的目的。此外，VFD還有過流、過壓、過載保護等多種保護功能。VFD中的IGBT和電流傳感器需要由單片機控制。但與汽車行業相比，一輛車需要幾十上百個MCU，一個VFD MCU的需求可以忽略不計。
除了單機的需求水平差距，汽車市場與VFD市場的規模也存在巨大差距。數據顯示，2020年中國汽車制造業營業收入將達到8.16萬億元，而2019年中國VFD行業市場規模為495億元。在這樣的規模差距下，VFD廠商的議價能力和訂單優先級都無法與汽車廠商相比。
但VFD并不是工控領域唯一缺貨的產品，工控領域的缺芯問題亟待走到臺前。
工業控制單片機的國產替代仍然困難
根據相關數據顯示，工業控制/醫療保健占全球MCU下游應用市場的25%。然而，如此巨大的市場仍然被大多數外國制造商占據。前瞻產業研究院數據顯示，2019年全球MCU被前五大廠商占據80%以上；中國MCU的市場份額也被國外廠商瓜分了80%以上。
工業領域難以實現MCU國產化替代的主要原因是工業領域對MCU性能的嚴格要求。以VFD為例，其內部充滿了大功率電子元器件，因此MCU需要具備一定的耐高溫和耐低溫能力。同時VFD工作的工業環境面臨電磁干擾、腐蝕性氣體、振動和沖擊等挑戰，對MCU的穩定性提出了要求。
從上表可以看出，工業級MCU雖然沒有汽車儀表級MCU嚴格，但其門檻仍然比消費級MCU高很多。目前國內MCU企業大多只能替代消費和低端工控領域，無法成為解決工控領域不足的主力軍。
此外，工控市場國產化程度低也在一定程度上影響了國產MCU的替代進程。數據顯示，2019年，工業控制品牌西門子以13%排名全球第一，前十大品牌中有一半是美國品牌，包括艾默生和羅克韋爾自動化。以及國產變頻器品牌，其規模約為8.84億美元，占全球工控市場的0.4%。外國企業占據了大部分市場份額。這些外資企業不會優先考慮國產MCU。國內MCU廠商準入有限，使得國產MCU進入工業領域更加困難。
本土化，路在何方？
集成電路產業與工業控制領域的關系實際上是相輔相成的。集成電路產品是支撐產業的重要組成部分，產業水平的提高將直接影響集成電路生產的相關流程?？梢钥闯?，工業控制產業強大的國家在半導體技術上也處于領先地位，因此國產化對于工業控制領域和半導體都非常重要。
工業的國產化不能依靠某一環節的力量，只有全產業鏈的共同突破才能實現中國工業控制的國產化。
