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编者按：「新变量」是汽车之心推出的分享智能汽车一线从业者洞察的专栏。以亲历者的视角，带你预见智能汽车发展的关键变量。

特约作者/周彦武（业内资深专家）

编辑/汽车之心编辑部

出品/汽车之心

过去一周，美国遭遇历史性冬季风暴。

受空前的北极寒潮影响，美国德克萨斯州当地气温一度降到零下2华氏度（-19摄氏度），为年以来的最低。

这次极寒天气带来的后果是，德州数百万家庭和商户持续停电，水和天然气供应也受到很大影响。

在供需的极端不平衡下，德州电价疯狂飙升。

根据管理当地电网的德州电力可靠性委员会数据：德州批发电价一度突破了1万美元/兆瓦时，相当于每千瓦时超过10美元（相当于65元人民币一度电），与平日电价相比增长近倍。

价格只是一方面，更严峻的问题是没有电力可买。

而极寒天气导致德州大面积停电，又引发了多个蝴蝶效应：多家半导体工厂停工，由于全球车用芯片供应不足，全球主流的汽车生产商也不得不暂停生产。

1、德州极寒大停电，汽车芯片供应雪上加霜

位于德州的奥斯汀是全球汽车芯片生产中心之一，包括恩智浦、英飞凌、三星等半导体巨头都在这里建有制造工厂。

奥斯汀常年平均气温是华氏温度63度（17℃），而这次奥斯汀遭遇极寒，最低温度仅华氏温度8度（零下13℃），比常年平均气温低了整整30度。

德州另外一座重要城镇休斯敦，即NASA所在地，也创下了年最低气温纪录。

德州一向只有应对高温的准备，从来没有应对极寒的准备。

而这次极寒天气带来的，不仅是停电，还有停水（德州供水系统靠电力驱动）和停气。

与人们想象中的高科技产业不同，半导体晶圆厂是超级耗电耗水大户，远比炼钢耗电。

做出一颗芯片，需要经过硅纯化、抛光、电镀、光刻、蚀刻等数个步骤，细分下来有多步工序。

而在各个步骤中，需要维持超净、恒温、高温高压、真空、强电磁场等条件。

这些都会消耗巨大的电能。其中的大头在超净和恒温方面。

芯片制造对工艺要求极高，需要在无尘环境中进行。

所以，在几十个足球场那么大的工厂里，水和空气都经过多级过滤，比医院的手术台还要干净10万倍。

如此巨大的超净空间，而且是全年天，全天24小时维持着，能不耗电吗？

这还没完，除了对水和空气进行多级过滤，你还得让温度全年控制在22度左右。

这也是为什么几乎没有人在寒带建晶圆厂的原因。

2、晶圆厂到底有多耗电？

越先进的半导体工艺，越耗电。

每台售价超过1亿美元的EUV光刻机（10纳米以下半导体必备的设备），其光电转换效率仅为0.02%——那些没被转换成极紫外光的电能，并不会凭空消失，而是变成了热能。

这些热能你必须找办法给散掉，不然几秒钟内，就能将价值上亿美元的EUV光刻机给烧掉。

这也是为什么EUV光刻机体积巨大的原因——因为一大半都是冷却系统。

目前先进的能输出瓦功率的EUV机台，需要输入0.万千瓦的电力才能达到，这个耗电量是传统氩氟雷射的10倍以上。

换句话来说，就是一台输出功率W的EUV机器工作一天，将会消耗3万度电，这个数字确实吓人。

年，包括中国台湾厂区、WaferTech、台积电（中国）、台积电（南京）、采钰公司，台积电全球能源消耗量为.3亿度。

这是什么概念？

年，常住人口.88万人的深圳市，全年居民用电才.64亿度。

资料显示，过去五年，全台湾增长的电量，其中三分之一都被台积电给消耗了。

根据年7月台湾媒体的报道：随着台积电5nm的大规模量产，台积电年的单位产品用电量相比年上升了17.9%。

台积电3nm半导体制造厂开启后，预计年耗电量将达到70亿度。

而等到2nm制程Fab的量产，其耗电量必然将再度上升到一个新的台阶。

未来台积电的用电量将有可能超过台湾总电量的15%。

除了耗电，还有耗水。

典型的8寸晶圆制造每小时耗水立方米。

12英寸晶圆则可以达到立方米。

而晶圆厂的产能通常是每月数万片甚至数十万片。

大家可以计算下每月到底需要消耗多少水。

即便是循环率达到了90%，晶圆厂对供水的要求还是非常高的。

英特尔在亚利桑那的沙漠里做晶圆厂，将水循环利用提到到95%。但也带来高昂成本以及工艺难题。

奥斯汀是德州高科技聚居区，晶圆厂众多。

以德州目前的态势，德州电力可靠性委员会（ERCOT）不得不关掉晶圆厂供电来保居民用电。

与此同时，奥斯汀的电价飙涨，官方报价涨了倍，实际涨幅倍。

这么高的电价，晶圆厂不得不暂时关停工厂。

这也是为什么在这次极寒天气之后，恩智浦、英飞凌、三星先后宣布其位于德州奥斯汀的工厂停产。

这对供应已经比较紧张的汽车芯片来说，无疑是雪上加霜。

3、年度车用芯片缺度将继续增加

奥斯汀主要的晶圆厂有三星、NXP、英飞凌，德州仪器的主力工厂也都在德州。

此外，全球最大的半导体设备公司应用材料以及部分工厂，也在德州。

目前，三星在德州的奥斯汀晶圆厂的逻辑芯片主要工艺技术为14nm、28nm、32nm等，约占三星逻辑芯片总产能的28%。

NXP有两座8英寸晶圆厂位于奥斯汀，主要生产MCU，就是目前最紧缺的MCU，也是NXPMCU的最主力工厂。

目前NXP在德州工厂已全面停产，何时重启未知。大众、PSA、FCA和日产是其主要的间接客户。

NXP主要合作伙伴是联电，其次是台积电。而联电产能吃紧，因此NXP的产品已经全线涨价。

英飞凌在奥斯汀的8寸厂是年收购赛普拉斯Cypress而来，该座8寸晶圆厂单月产能约3万片。

当中，2万片产能是生产MCU等产品，1万片是生产NORFlash芯片，约占全球NORFlash芯片约5%，且这些NORFlash芯片主要是车用和网络通信应用。

为了获得更多的车用芯片产能，日前英飞凌首席执行官ReinhardPloss亲自致电给台积电总裁魏哲家，希望能在产能如此紧缺的当下，获得台积电在代工产能上的大力支持，魏哲家也同意全力支援。

德州仪器，在电源管理领域占据霸主地位，汽车领域更是几乎垄断地位。

另外，德州仪器在解串行、TDA系列和J6系列在ADAS和座舱领域也有一席之地。

除了上述几家大厂外，德州还有一些小厂：

X-FAB：工厂位于德克萨斯州拉伯克，投产时间为年，晶圆尺寸毫米，是全球最主要的MEMS晶圆代工厂。

TowerJazz：工厂位于德克萨斯州圣安东尼奥，投产时间为年，晶圆尺寸毫米，主要代工生产电源，射频模拟类产品。

Qorvo：在德州有三座工厂，位于达拉斯北部的理查森市，主要生产射频功率放大芯片。

这次美国德州罕见暴风雪致大面积停电，已经使得多个半导体制造商纷纷暂停运营，而此前日本遭遇7.3级大地震，也让瑞萨、东芝、富士通等半导体工厂受创。

美国暴雪+日本地震，更是导致汽车行业面临前所未有的「芯片荒」。

2月17日，数据分析机构IHSMarkit发布的报告显示，芯片短缺可能导致年第一季度全球减产近万辆汽车。

去年12月，全球汽车芯片告急，众多汽车品牌生产进度受到影响。

奥迪、大众、福特、戴姆勒、丰田、菲亚特克莱斯勒等汽车厂商减产、推迟部分产品线生产，甚至出现停工。

今年1月，特斯拉财报披露，芯片短缺造成特斯拉部分车型生产困难。

全球最大手机芯片供应商高通CEO安蒙（CristianoAmon）在不久前高通的电话会议上表示：

「高通芯片恐怕不能满足行业需求，PC、汽车等联网芯片订单井喷，半导体行业芯片短缺已成为常态。」

另外，半导体制造工厂的产线通常是24小时连轴转——有些大型设备单启动就需要十几个小时。

这些精密设备在每次开启前都需要检查受损情况，还要将车间的温度、湿度调适到标准值。

而遇到某些事故或停电，则至少需要花费一周的时间才能恢复生产。

加上瑞萨因为日本地震关停了部分晶圆厂，目前整个汽车半导体晶圆厂都处于产能全开甚至超负荷运转状态。

这意味着，即使位于德州的半导体工厂恢复生产，也无法弥补这数十天的停产缺口。

因此，整个年度，车用芯片紧缺度恐怕还将继续增加，即使到今年年底都不能好转。