汽车缺芯现象已成为世界范围内关注的问题。为了解决汽车核心不足的问题，政府、汽车制造商和半导体制造商正在协调产能。不专注于汽车半导体的TSMC，与去年相比，汽车半导体产品的关键零部件MCU的产量增加了60%。与此同时，国内外很多汽车厂商都宣布要研发芯片来缓解核心不足的问题。在各方的努力下，我们看到丰田、通用等一些停产车企的产量在下半年开始恢复。大众汽车首席财务官表示，他已经看到芯片供应稳定。

然而，当各行各业的人把目光聚焦到贴近生活的汽车行业时，那些远离日常生活的行业也在遭受着核心缺失的困扰，工控行业就是其中之一。11月23日，施耐德电气发布通知函称，因以太网芯片供应不足，相关产品全球暂停销售，订单不予受理。可见，核心的缺失已经影响到工控领域的龙头企业。如果这个问题不解决，缺芯对行业的影响会更加严重。

起源于德国的工业4.0，是指利用数据驱动的人工智能完成产业转型，其要点包括:物联网、数字化转型、数字孪生、用AI和大数据进行规划生产等。这一理念的实现，有助于打造具有国际竞争力的制造业，从而为提升综合国力、保障国家安全、建设世界强国铺平道路。在工业4.0中，工业控制自动化被认为是工业4.0的必然趋势，因为工业控制自动化可以降低制造业的成本，提高效率。

工业控制涉及很多环节。一般来说，主要分为控制层、驱动层和执行层，半导体是任何一层都不可缺少的关键器件。就单个以太网通信模块而言，它包括MCU、IC芯片、SDRAM芯片等。如果是更复杂的控制层，就需要CPU、显卡、BIOS芯片等控制芯片。

变频器（以下简称-VFD）短缺背后的工控行业缺芯之痛

或许是因为没有特斯拉这样的明星企业，又或许是距离大众太远，工控领域的“核心病”似乎并没有引起重视。但实际上，工控产品的核心短缺已经体现在很多方面，包括PLC、DCS、VFD等产品的短缺。VFD的交付时间已从4-6周延长至16-24周。

VFD通过改变交流电机电源的频率和幅值，从而改变其运动磁场的周期，起到工业控制的作用，从而平滑地控制电机转速。VFD通过开启和关闭内部IGBT来调节输出电源的电压和频率，并根据电机的实际需要提供所需的电源电压，从而达到节能调速的目的。此外，VFD还有过流、过压、过载保护等多种保护功能。VFD中的IGBT和电流传感器需要由单片机控制。但与汽车行业相比，一辆车需要几十上百个MCU，一个VFD MCU的需求可以忽略不计。

除了单机的需求水平差距，汽车市场与VFD市场的规模也存在巨大差距。数据显示，2020年中国汽车制造业营业收入将达到8.16万亿元，而2019年中国VFD行业市场规模为495亿元。在这样的规模差距下，VFD厂商的议价能力和订单优先级都无法与汽车厂商相比。

但VFD并不是工控领域唯一缺货的产品，工控领域的缺芯问题亟待走到台前。

工业控制单片机的国产替代仍然困难

根据相关数据显示，工业控制/医疗保健占全球MCU下游应用市场的25%。然而，如此巨大的市场仍然被大多数外国制造商占据。前瞻产业研究院数据显示，2019年全球MCU被前五大厂商占据80%以上；中国MCU的市场份额也被国外厂商瓜分了80%以上。

工业领域难以实现MCU国产化替代的主要原因是工业领域对MCU性能的严格要求。以VFD为例，其内部充满了大功率电子元器件，因此MCU需要具备一定的耐高温和耐低温能力。同时VFD工作的工业环境面临电磁干扰、腐蚀性气体、振动和冲击等挑战，对MCU的稳定性提出了要求。

从上表可以看出，工业级MCU虽然没有汽车仪表级MCU严格，但其门槛仍然比消费级MCU高很多。目前国内MCU企业大多只能替代消费和低端工控领域，无法成为解决工控领域不足的主力军。

此外，工控市场国产化程度低也在一定程度上影响了国产MCU的替代进程。数据显示，2019年，工业控制品牌西门子以13%排名全球第一，前十大品牌中有一半是美国品牌，包括艾默生和罗克韦尔自动化。以及国产变频器品牌，其规模约为8.84亿美元，占全球工控市场的0.4%。外国企业占据了大部分市场份额。这些外资企业不会优先考虑国产MCU。国内MCU厂商准入有限，使得国产MCU进入工业领域更加困难。

本土化，路在何方？

集成电路产业与工业控制领域的关系实际上是相辅相成的。集成电路产品是支撑产业的重要组成部分，产业水平的提高将直接影响集成电路生产的相关流程。可以看出，工业控制产业强大的国家在半导体技术上也处于领先地位，因此国产化对于工业控制领域和半导体都非常重要。

工业的国产化不能依靠某一环节的力量，只有全产业链的共同突破才能实现中国工业控制的国产化。