一場晶片荒顛覆電動車供應鏈!福斯集團總裁:掌握兩大關鍵才能彎道超車
一場晶片荒顛覆電動車供應鏈!福斯集團總裁:掌握兩大關鍵才能彎道超車

電動車可說是未來10年最具爆發性的產業之一,《勤業眾信》預估,全球電動車總銷量將從2020年的250萬輛,成長到2030年達到3,110萬輛。德國的福斯集團身為全球汽車龍頭,旗下的奧迪、保時捷等品牌都順應這股熱潮,在全球市場推出量產的電動車產品。

對所有國家或是品牌來說,電動車技術的發展,攸關未來10年競爭力,特別是在電池、充電這兩項關鍵挑戰上。

挑戰一:電池技術成關鍵

今年7月,福斯集團在線上媒體活動指出,目標在2030年,燃油車、電動車款,與軟體服務獲利將持平,並在 2040 年達到全部生產電動車的目標。

福斯集團暨台灣奧迪總裁Matthias Schepers,在今(28)日登場的《未來商務線上年會》中提到,今年第一季,福斯集團交車佔比中,電動車達2.5%。「做出以電力驅動的汽車」這個目標相當明確,Matthias Schepers認為,這不單是集團推出新的產品,而是「整個生態系、供應鏈都要動起來。」

Matthias Schepers
福斯集團暨台灣奧迪總裁Matthias Schepers認為,電動車的發展,是整個生態系、供應鏈都要一起改變。
圖/ VOLKSWAGEN GROUP

不過,全球各國因應疫情所採取的封城、分流工作等措施,導致全球供應鏈出現供貨不及、貨物塞在港口等狀況。汽車產業受到的影響特別深,尤其隨著電動車需求增加,車用晶片、電池的短缺,影響了車廠的生產進度。

今年以來,包括特斯拉、小鵬、蔚來等電動車大廠,都提到了同一件事情——電池荒,這也將成為2021年下半年電動車產業的大挑戰。

扮演動力核心的「電池」是維持電動車競爭優勢的關鍵。就成本結構來看,光是電池就占了30~35%,其次是驅動系統20~25%,也就是說超過三分之一的電動車成本,來自於動力電池。

去年二月,奧迪暫停比利時工廠生產電動車e-tron,官方當時解釋是出於「供應鏈問題」,但未細部說明原因,業界推測可能是因為負責供應電池的 LG 化學供貨出現狀況;捷豹(Jaguar)同樣也因為電池供貨出現問題,導致電動車I-PACE面臨停產。

根據全球新興能源市場調查機構SNE Research預測,全球電動車電池的需求,2023年會達到406千兆瓦時(GWH),但是電池供應預計只有335千兆瓦時(GWH),落差約有約18%,而到了2025年,落差恐怕將擴大到約40%。

可以想見,電池資源的爭奪,將成為競爭關鍵,車廠必須找出解方,才能缺保經營沒問題。

Matthias Schepers就談到,在燃油車時代,許多零組件都是分配給不同的供應商生產製造,在電動車時代,關鍵技術需要掌握在自己手中,而不是像以前都分出去,「汽車的供應鏈也正在改變。」

今年三月,奧迪執行長杜斯曼(Markus Duesmann)就說,預計在2023年,要在歐洲建造六座電池工廠,還要投資資120億歐元,研發新能源產品。福斯集團也預估,到了2030年,電池、充電技術,將會是集團新事業的兩大技術重點。

自己做電池,除了可以進一步壓低汽車製造成本,也能把關鍵技術握在手中,確保生產、供貨順利。

挑戰二:電動車要普及,充電規格先統一

台灣是非常適合推廣電動車的國家,Matthias Schepers認為,理由包括台灣城鄉距離短、人民對新科技接受度高,以及基礎建設佈建容易等。

電動車的普及需要靠建造新的充電設備,用戶的習慣也要改變,「這需要充電站相關業者、政府、電動車廠彼此合作。」Matthias Schepers說。

目前國際上,電動車快充規格,包括:特斯拉自有規格 (Tesla Proprietary Connector, TPC)、日規CHAdeMo、歐美紐澳常用的通用規格CCS1/CCS2以及中國大陸的GB/T。

規格五花八門,公共的快充站如果要能滿足多數人需求,勢必需要制定一個通用的規格,工研院最近就聯合50家充電廠商,建議政府採用歐美常用的快充規格「CCS1」(Combined Charging System 1),預計未來台灣的公共快充,也會採用此規格。

Audi
電動車需要靠電力才能運作,因此需要建造新的充電設備,用戶的習慣也要改變,「這需要充電站相關業者、政府、電動車廠彼此合作。」Matthias Schepers說。
圖/ Audi

「我們認為這是正確的事情,太多標準的話,消費者會很困惑,因此政府的投入非常重要。」Matthias Schepers說。

但是只靠政府的力量,充電站再怎麼蓋都蓋不夠,業者的投入,也能讓充電環境更友善。奧迪目前開放自家的快充站點,不限廠牌與車種,只要是採用CCS1規格的電動車都可以來充,是目前全台唯一這麼做的車廠。

「雖然充電是要收費的,卻可以把快充站變成如加油站一樣便利,」Matthias Schepers認為,透過政府與民間的相互合作,才能讓台灣充電基礎設施,大步邁進。

責任編輯:錢玉紘

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晶片裡的「隱形守護者」!從車用、物聯網到AI人工智慧,看上峰科技如何靠I-fuse®打開新局
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在電動車的感測系統、物聯網中的無電池標籤,以及AI伺服器的高速記憶體修復技術中,都有一個極其微小、幾乎難以用肉眼辨識的元件,默默地發揮關鍵作用。它負責確保系統功能的正確運作,並保護資料的安全性。這個不起眼卻不可或缺的元件,就是「單次可燒錄記憶體」(OTP)。

想像一下,當你坐在自動駕駛的電動車裡,這台移動的智慧裝置正以每小時100公里的速度行駛。它的感測系統、電池管理與安全控制,全仰賴晶片裡的數十億個電晶體協同運作。然而在這些肉眼不可見的微觀世界中,有一個被稱為「功能保險絲」的關鍵元件,如果它的數據在出廠後因高溫或電壓變化而悄悄「跑掉」,將可能在高速行駛下可能造成無法挽回的危險 。

當晶片製程往先進節點發展,傳統OTP技術隨製程微縮而暴露出可靠度與壽命的瓶頸。過去在成熟製程表現穩定的方案,進入7奈米或更先進的製程後,讀取壽命竟從理論上的「無限次」驟降至僅能維持數秒,突顯現有技術難以因應先進製程需求,對需要長期穩定運作的車用與工業應用而言是不可承受的風險。作為矽智財供應商的上峰科技,正是專注於這項關鍵技術的代表之一,其專利OTP技術已被應用於車用電子、物聯網裝置、AI與高可靠性工業設備等多個領域,為全球客戶提供穩定且可持續的解決方案 。「我們的目標是讓OTP在先進製程中一樣可靠,甚至比以前更好。」上峰科技創辦人暨董事長莊建祥開門見山地說。

以電遷移取代爆炸,上峰科技重寫OTP的可靠性

不同於傳統電子熔絲(eFuse)依靠高電流「爆炸式」燒斷導體,或反熔絲(Anti-fuse)以高電壓擊穿氧化層,上峰科技的I-fuse®解決方案採用低於熔斷點的熱輔助電遷移機制。簡單來說,就是用較低的電流與電壓,讓金屬原子在導線內緩慢遷移並改變阻值,而不是粗暴地炸斷它。

莊建祥解釋到,不同於eFuse的「爆炸式」斷裂,I-fuse®的方式更像是一種「緩慢推動」金屬原子的遷移,過程溫和卻能精準改變阻值。因為沒有爆炸,自然就沒有金屬碎屑或自我接回的風險,編程狀態因此能長期保持穩定;而在過程中所需的電壓與電流也遠低於傳統技術,無需高壓電路與內建電荷泵,讓系統設計更簡潔、功耗更低。

他進一步談到,I-fuse®還能在讀取過程中模擬燒錄狀態,所謂的"假燒”,產生類似靜態隨機存取記憶體(Static Random-Access Memory, SRAM)的重複讀寫測試模式,對整個OTP區塊進行全面檢測,確保每一顆出廠的OTP在進入車用或其他高安全性應用之前,都已經通過完整的可靠度驗證,以達成"零缺陷”。過去十多年,I-fuse®已在多種製程節點完成驗證,包括成熟製程與高介電常數金屬閘極(High-k Metal Gate, HKMG)節點。2023年,上峰科技也曾宣布I-fuse®成功在12奈米鰭式場效電晶體(Fin Field-Effect Transistor, FinFET)製程完成矽驗證,不僅延續低成本與設計彈性的優勢,也證明即使在先進製程下,仍能以極小面積支援業界優異的低操作電壓,且無需額外光罩與電荷泵。

不過隨著製程微縮,金屬線寬與高度同步縮小,對爆炸式燒斷的OTP而言是嚴峻挑戰,卻讓 I-fuse®的電遷移機制更得心應手,莊建祥表示當線條越細,越容易在低電壓下完成燒錄,因此上峰科技有足夠的信心能直接從12奈米跨入7奈米,並規劃向3奈米、甚至環繞式閘極(Gate-all-around, GAA)與FinFET架構前進。

計畫助攻跨入7奈米,I-fuse®應用版圖持續擴張

上峰科技聚焦標準邏輯製程,I-fuse® 助力解決晶片製程轉換關鍵挑戰。
上峰科技聚焦標準邏輯製程,I-fuse® 助力解決晶片製程轉換關鍵挑戰。
圖/ 數位時代

而這次的跨越,正是因為有經濟部產業發展署推動的「驅動國內IC設計業者先進發展補助計畫」(以下簡稱晶創IC補助計畫)協助。莊建祥坦言,對規模不大的IP業者而言,先進製程開發風險高、投入成本大,如果沒有外部資源挹注,很難同時負擔研發與驗證。「晶創IC補助計畫」不僅減輕了資金壓力,更讓上峰科技能集中火力解決7奈米製程的關鍵挑戰,包括更嚴格的設計規範與更密集的繞線限制。

「只要製程允許,我們的技術就能做。」莊建祥強調,I-fuse®採用晶圓廠提供的標準邏輯製程材料,不需改變製程或額外光罩,因此對製程轉換的適應速度遠優於其他OTP技術。「別人可能要花三、四年才能適應新的製程架構,我們幾乎可以無縫切換。」

OTP雖小但其用途極廣。在車用感測器中,它是確保不同零件出廠後能進行精準校正的關鍵;在 AI 伺服器與高速運算晶片裡,它能修補記憶體陣列中損壞的位元,延長晶片壽命;在物聯網無電池的裝置中,I-fuse®以極低讀取電壓(0.4V / 1µW)就能運作,適合能量收集環境。莊建祥更明確指出,I-fuse®未來將持續鎖定Wi-Fi裝置、微控制器單元(Microcontroller Unit, MCU)等對低功耗與高可靠性有高度需求的市場,與現有的車用與工業應用形成互補布局。

在全球晶片供應鏈中,OTP 是與輸入/輸出函式庫(I/O Library)、標準單元庫、靜態隨機存取記憶體編譯器(SRAM Compiler) 並列的「四大基礎 IP」之一,幾乎每顆晶片都需要。掌握這項技術,不僅是產品設計的靈活度,更關乎先進製程的導入速度與成本控制。上峰科技的策略是在穩固現有國際客戶基礎上,藉由「晶創IC補助計畫」加速進入7奈米,並持續向更先進節點前進。透過低功耗、高可靠性的 I-fuse®,讓臺灣有機會在先進製程OTP技術上,取得與國際一線供應商並肩甚至領先的地位。

「我們希望成為各種應用場景中,最可靠、最靈活的OTP解決方案。」 莊建祥說。從成熟製程到 7 奈米,從車用到AI與IoT,這顆小小的OTP正承載著臺灣在先進製程中的另一項關鍵優勢。

|企業小檔案|
- 企業名稱:上峰科技
- 創辦人:莊建祥
- 核心技術:專注於OTP矽智財的研發
- 資本額:新台幣2億元
- 員工數:46人

|驅動國內IC設計業者先進發展補助計畫簡介|
由國科會協調經濟部及相關部會共同合作所提出「晶片驅動臺灣產業創新方案」,目標在於藉由半導體與生成式AI的結合,帶動各行各業的創新應用,並強化臺灣半導體產業的全球競爭力與韌性。在此政策框架下,經濟部產業發展署執行「驅動國內IC設計業者先進發展補助計畫」,以實質政策補助,於113年鼓勵業者往AI、高效能運算、車用或新興應用等高值化領域之「16奈米以下先進製程」或「具國際高度信任之優勢、特殊領域」布局,以避開中國大陸在成熟製程的低價競爭,並提升我國IC設計產業價值與國際競爭力。

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