半導体不足で減産 なぜ起きる? 自動車産業の構造的な弱点とは?


 新型コロナ禍の影響から脱しつつあった自動車業界で、半導体不足を理由にした生産ラインの停止が相次いでいる。

 半導体不足を受け、トヨタがアメリカで1車種の減産を決め、ホンダはフィットなどの国内で月4000台程度の減産を決定。日産もノートの生産を1月に数千台減らし、スバルも2月5日、2021年3月期中に4万8000台の減産を予定していることを明らかにした。

 このニュースを聞いて、なぜクルマの半導体が今になって不足しているのかと思った人も多いのではないだろうか? そもそもクルマの半導体でどこに使われているのか?

 そして今、自動車産業が抱えている構造的な弱点とは何か? モータージャーナリストの高根英幸氏が解説する。

文/高根英幸
写真/高根英幸 Adobe Stock(トビラ写真/Adobe Stock@Valeriv)

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半導体って何だ? クルマのどの部分でどう使われている?

半導体不足でクルマが減産 なぜ起きる? 自動車産業の構造的な弱点とは?
半導体のなかでも最も複雑な構造をもつSoC(システムオンチップ)。CPU(計算する機能)やメモリ(記憶する機能)といった従来の半導体単体ではなく、このチップ自体が小さな基盤としてCPU、メモリ、入出力装置などが組み込まれている(写真/NVIDIA)

 新型コロナウイルスは再び日本全国でも猛威を振るっているが、それとは別の問題が自動車メーカーを苦しめている。それは半導体不足である。

 2020年前半のコロナ第1波や生産工場の従業員が感染したことによる生産停止などから立ち直り、パーソナルな移動空間としてクルマの価値が見直された2020年後半は、クルマの需要も高まったことで生産ペースも加速して業績は急回復していたのに、再びクルマの生産ペースを抑えなければならない事態に追い込まれている。

 その原因は、クルマを構成する部品が足りなくなってしまった、ということ。具体的には半導体を搭載した部品が足りなくなってしまったのである。

 そもそも半導体とは何なのか。今回の問題はここから理解する必要がある。

 半導体とは、条件によって電気を通す状態(導体)と、通さない状態(不導体)に変化するモノで、信号によって切り替えることができる。この信号による切り替えを行なうのがコンピュータのプログラムだ。

 昔はアナログ制御の半導体装置も存在したが、半導体の製造技術が向上してくると、回路を小型化できるデジタル制御が性能面でもコスト面でも圧倒的に有利になったため、回路のデジタル化はどんどん進んでいったのだ。

 デジタル信号はすべてを0と1に置き換えているから、信号の劣化がないだけでなく、どんなに電流を小さくしても伝えることができる。

 アナログの場合、電流の性質(電圧、電流、周波数など)によって信号としているため、一定以上に小さい電流にすることは難しい。小さくするとノイズの割合が大きくなって、信号の正確性にも問題が起きてしまう。

 そうやってデジタル回路によって半導体は微細化が進み、その製造技術も向上したことによって、スマホは20世紀のPCとは比べ物にならないほど高性能になり、デジタルカメラも高画質でコンパクトなサイズを可能にした。

 クルマだってエンジンの燃焼状態を制御しているECUはどんどん高性能になって、内部のCPUは燃料噴射のタイミングや回数をきめ細かく制御したり、点火時期を遅らせたり、バルブ開閉のタイミングを調整するのはもちろんのこと、変速機の制御も同じCPUが行なうワンチップ型も増えている。

 しかしここまで半導体が小型高性能化されると、別の問題が生じてくる。極めて微細な回路をシリコンウエハーに焼き込むためには、僅かな塵も存在することが許されない。そのため生産は密閉された空間にフィルターを通して換気されるクリーンルームのなかで行なわれる。

 クルマは半導体をたくさん採用することで、まるでインターネットのようにボディの内部を信号が行き交う通信をすることで、多機能になり、ワイヤーハーネスも最小限にまで削減することが可能になった(それでも多機能化とボディの大型化で、車重は増加傾向にあるが)。

 この通信端末として機能しているのがマイコン(マイクロコンピュータ)であり、様々な部品に組み込まれていて、クルマ1台に30個から80個ものマイコンが使われているのだ。

自動車産業の強みは、弱点にも成り得る?

アナログ表示のメーターパネルの開発風景。メーターの裏側にはたくさんの半導体が組み込まれている。メーターだけでなく、パワーウインドウのモーターなど個々の装備にもマイコンなどの半導体が組み込まれ、信号によって動作を制御している(Monet@adobe Stock)

 トヨタが発明した、定時に工場に部品を納入してもらい、それを想定したペースで生産を続けるトヨタ式生産方式(ジャストインタイム、かんばん方式とも呼ばれる)は、部品の在庫スペースも最小限になり、在庫管理や倉庫から運搬する手間、さらには財務面でも部品の在庫分を圧縮できる。非常に効率の良い生産方式として、世界中の工場が手本とするようになった。

 しかし、部品を納入するサプライヤーが運んでくるトラックドライバーはかなり大変だ。部品の納入を数量と到着時刻までキッチリと守らなければならない。

 そう、こうした効率的な生産方法は、確実な部品供給が約束されているから維持できる。そういった意味ではサプライヤーの責任は重大だが今回、部品不足に陥ったのはこのサプライヤーが原因なのではなく、半導体メーカーでもない。それでは、何が原因なのか。

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