智能汽車快速發(fā)展，2022 年上半年我國智能化汽車滲透率已上升至 32.4%，預(yù)計到 2030 年我國新車不同級別的智能駕駛將達到 70%；汽車智能化有效拉動汽車芯片數(shù)量的增長，預(yù)計到 2030 年我國汽車芯片市場規(guī)模將達到 290 億美元，數(shù)量將達到 1000-1200 億顆 / 年。
智能汽車芯片市場量級變得前所未有的大，牌桌上的玩家正在挪換位置。過去牌桌上都是 Mobileye、英偉達這樣的老玩家，而在缺芯的倒逼下，我國汽車芯片設(shè)計有了快速的進步，有地平線這樣奔向臺前的明星企業(yè)，征程 5 既定將搭載于比亞迪、紅旗、理想和蔚來的新品牌；也有黑芝麻智能這樣悶聲定大點的企業(yè)，上周 14 號剛獲得東風(fēng)集團旗下東風(fēng)乘用車首款純電轎車和首款純電 SUV 兩款車型的項目定點。
國產(chǎn)芯片正加快上車，一個新的汽車芯片時代已經(jīng)到來。業(yè)界預(yù)期，2025 年將成為芯片國產(chǎn)化替代的關(guān)鍵節(jié)點。要么上車，要么不必再擠上車。
圍繞此現(xiàn)象，本文試著回答以下問題：
1、國產(chǎn)芯片上車經(jīng)歷了哪些波折？
2、推動車芯國產(chǎn)化，目前面臨的最大風(fēng)險是什么？
3、國產(chǎn)芯片如何和英偉達等國外廠商爭奪市場？
1、風(fēng)向變了
中國電動汽車百人會的研究團隊和國內(nèi)的機構(gòu)一起拆了一輛車后發(fā)現(xiàn)，汽車芯片的組成遠遠超出了任何一個智能終端。汽車芯片涵蓋眾多產(chǎn)品種類，包括控制、計算、功率、通信、存儲、電源 / 模擬、驅(qū)動、傳感、安全 9 大類。其中，IGBT 負責(zé)功率轉(zhuǎn)換的功率半導(dǎo)體，MCU 負責(zé)車輛控制。這兩類芯片是燃油車以及電動車上數(shù)量最多的芯片。SoC 大算力系統(tǒng)級芯片，一般負責(zé)汽車智能相關(guān)的功能。如今車企軍備競賽比拼的自動駕駛芯片、智能座艙芯片以及云端芯片，都是此類。
上車車規(guī)級芯片當(dāng)中，IGBT 算是本土企業(yè)最早取得突破的一個大類。
20 世紀(jì)末期，IGBT 角斗場上最為重磅的玩家是德日，中國玩家一直沒有姓名。
直到 2005 年，曾就職于西門子（英飛凌）半導(dǎo)體技術(shù)研發(fā)部的沈華，關(guān)注到中國半導(dǎo)體行業(yè)的空白現(xiàn)狀創(chuàng)立了斯達半導(dǎo)。
與斯達半導(dǎo)不同，比亞迪與中車時代選擇收購。2008 年，比亞迪以 1.7 億元收購寧波中緯半導(dǎo)體公司。同年中車時代以大約一億元收購了一家掌握 IGBT 關(guān)鍵技術(shù)的英國企業(yè) —— 丹尼克斯。
一年后，比亞迪 IGBT 1.0 橫空出世，讓中國在 IGBT 技術(shù)上實現(xiàn)了從零到一的突破，緊接著比亞迪又相繼推出了 IGBT2.0、IGBT2.5，實現(xiàn)了自產(chǎn) IGBT 芯片的初步嘗試。
和比亞迪不同，中車時代布局 IGBT 的初衷不為造車，而是為了造高鐵。當(dāng)時中國每年都要用掉將近 10 萬只 IGBT，進口 IGBT 芯片的金額高達 12 億元，產(chǎn)品交貨周期極長，無法滿足中國高鐵建設(shè)規(guī)模。
于是時任中車株洲研究所董事長的丁榮軍果斷拍板建設(shè) 8 英寸 IGBT 生產(chǎn)線。2014 年 5 月，世界第二條 8 英寸 IGBT 芯片生產(chǎn)線成功建成投產(chǎn)。
IGBT 生產(chǎn)線建立后，這三家都順利拿下了主機廠的單子。
2015 年，比亞迪開始自供，同時給外部商用車供貨；2017 年，中車時代切入車規(guī)級 IGBT，拿下了東風(fēng)、一汽、長安等車企；斯達半導(dǎo)的主機廠客戶分布最廣，包括奇瑞、江淮、長安、上汽、廣汽本田、江淮大眾等國內(nèi)整車廠，也包括雷諾、通用等海外客戶。
2019 年，比亞迪、斯達半導(dǎo)的市占率已經(jīng)達到 20%、17%。2020 年，斯達半導(dǎo)生產(chǎn)的汽車級 IGBT 模塊合計配套超過 20 萬套新能源汽車、市占率進一步提升達 15%。根據(jù) 2021 年報，斯達半導(dǎo)應(yīng)用于主電機控制器的車規(guī)級 IGBT 模塊持續(xù)放量，合計配套超過 60 萬輛新能源汽車，市占率繼續(xù)上升。
相比 IGBT，車規(guī)級 MCU 國產(chǎn)化晚很多，直到 2018 年比亞迪成功推出第一代 8 位車規(guī)級 MCU 芯片，才實現(xiàn)零突破。一年后，比亞迪的第一代 32 位車規(guī)級 MCU 芯片成功搭載在了旗下的全系車型上。同年，芯旺微將車規(guī)級 MCU 推向汽車市場。實現(xiàn)了汽車前裝產(chǎn)品的量產(chǎn)，并發(fā)布 32 位汽車級 MCU。但全球汽車 MCU 市場依然是海外巨頭的天下，市占率超過 95%。
在 SoC 芯片方面，地平線、黑芝麻等汽車芯片領(lǐng)域的“新勢力”異軍突起，與英偉達、高通等國外傳統(tǒng)芯片廠正面剛。
2020 年 6 月，地平線的國內(nèi)首款車規(guī)級 AI 芯片征程 2 搭載的長安 UNI-T 上市，實現(xiàn)中國車規(guī)級 AI 芯片的首次上車量產(chǎn)，當(dāng)年這款芯片出貨量突破 16 萬片。今年 10 月大眾宣布 24 億歐元投資地平線，其旗下的 CARIAD 也與地平線成立了合資公司。此外，地平線與比亞迪、奇瑞、長城、江汽、理想、哪吒、嵐圖等廠商也均有合作。
黑芝麻智能的華山二號 A1000 芯片已完成所有車規(guī)級認證，也是首個量產(chǎn)的符合車規(guī)、單芯片支持行泊一體域控制器的國產(chǎn)芯片平臺。目前，黑芝麻已經(jīng)獲取了 15 個車企的量產(chǎn)項目。
可以說，國產(chǎn)汽車芯片在當(dāng)下迎來了更好的發(fā)展機遇。自主品牌車企已逐漸開始接受和主動擁抱國產(chǎn)芯片，風(fēng)向開始轉(zhuǎn)變，一些提早布局的芯片公司也開始享受市場紅利。
2、三座大山
目前就全球半導(dǎo)體市場競爭格局來看，歐美日等巨頭仍占據(jù)國內(nèi)汽車芯片超 95% 的份額，國內(nèi)產(chǎn)品的自主率普遍偏低，總體在 5% 以內(nèi)，中國汽車芯片進口依賴度極高，要想真正實現(xiàn)車芯國產(chǎn)化還要解決這三大難題。
首先車規(guī)是芯片國產(chǎn)化的重要一步。邁過這一步，我們才能離高端芯片的國產(chǎn)化替代越來越近。相比工業(yè)級、消費級芯片，車規(guī)級芯片在研發(fā)、制造、合規(guī)、量產(chǎn)等環(huán)節(jié)都遭遇著更高層級的挑戰(zhàn)。
車規(guī)的難點就在于汽車所經(jīng)歷的使用環(huán)境比消費類電子要嚴苛很多，如溫度，消費芯片的溫控區(qū)間在 0 ℃ ~125 ℃之間，而汽車芯片要達到 -40 ℃ ~175 ℃的溫控區(qū)間，而且振動要求是 50G。這種特殊性決定了汽車芯片需要進行三級驗證：部件驗證、系統(tǒng)驗證、整車級驗證。
另外車規(guī)的供貨周期要保證，芯片有十年穩(wěn)定的供應(yīng)，并且保證十五年之內(nèi)芯片不會出現(xiàn)任何問題。這些嚴苛的條件決定了汽車芯片需要很長的測試和認證流程。比如芯片的老化實驗就需要數(shù)千小時的測試才能完成，這意味著這一項測試需要的時間就達到半年甚至是一年。車企都不想自己融合了更多技術(shù)、算法的智能駕駛方案，因為芯片的可靠性問題被召回。因此，車企對國內(nèi)生產(chǎn)的汽車芯片產(chǎn)品的信任度低，暫時不敢規(guī)?；瘧?yīng)用國產(chǎn)芯片產(chǎn)品。
其次，國內(nèi)汽車芯片全產(chǎn)業(yè)鏈面臨短板。中國電動汽車百人會傳播顧問沈承鵬認為，我國芯片產(chǎn)業(yè)最大的痛點是供應(yīng)鏈沒有打通。盡管在芯片設(shè)計工具及制造、封測環(huán)節(jié)設(shè)備等方面已有很大進步，但在 EDA、光刻機等核心技術(shù)環(huán)節(jié)的落后，仍然使國內(nèi)企業(yè)頻繁被“卡脖子”。
此外，和國內(nèi)消費電子高端芯片相似，國內(nèi)車芯當(dāng)前也面臨著被國外頻頻施壓的困境。今年 8 月，英偉達稱被美國政府要求限制向中國出口兩款云端 AI 芯片 A100 和 H100。10 月，美國商務(wù)部頒布了新修訂的《出口管理條例》，除更加嚴格限制美企向中國出口芯片和制造設(shè)備外，還首次將參與中國境內(nèi)半導(dǎo)體開發(fā)活動的“美國公民、美國永久居民、美國庇護民、位于美國的人士”，列入管制范圍，意味著美國將限制所有美籍華人與中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)沾邊。車百智庫認為，美國人才禁令，短期內(nèi)將顯著影響國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的正常經(jīng)營，長期將對中國引進核心半導(dǎo)體人才造成很大限制。
3、破局
汽車行業(yè)經(jīng)歷一百多年風(fēng)雨，內(nèi)部芯片從未像今天這樣重要，傷口開始裂開的時候，意味著革新也在進行。況且從長遠來看缺芯是一時的，但圍繞汽車芯片的博弈與競爭長期存在，國產(chǎn)車芯要如何與國際芯片大廠同臺競技？車百智庫綜合中國電動汽車百人會副理事長兼秘書長張永偉等各方觀點，認為有以下四個要點：
第一，加強全產(chǎn)業(yè)鏈核心環(huán)節(jié)的技術(shù)提升
中國電動汽車百人會理事長陳清泰表示，我國在芯片、軟件等核心技術(shù)環(huán)境仍面臨較大的 “卡脖子 ” 問題，必須加快提升核心技術(shù)自研能力，構(gòu)建完整而成熟的產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈生態(tài)。無獨有偶，張永偉在近期舉辦的全球智能汽車產(chǎn)業(yè)峰會（GIV2022）上也表示：必須加強我國汽車芯片在設(shè)計、制造、封測、工具鏈、關(guān)鍵材料、核心設(shè)備等全產(chǎn)業(yè)鏈核心環(huán)節(jié)的技術(shù)提升，只有補齊木桶“短板”才無懼被卡。需集中攻關(guān)關(guān)鍵核心技術(shù)，如光刻機向 28nm 及以下制造工藝攻關(guān)；制造工藝向 14nm 以下制造工藝攻關(guān)；緊跟前沿 3D 封裝、2.5D 封裝技術(shù)發(fā)展。
第二，積極推動芯片企業(yè)整合，培育龍頭企業(yè)
全國大大小小芯片企業(yè)有很多，但真正符合車規(guī)級的企業(yè)鳳毛麟角。同時，車企在用的各類芯片完全可以壓縮重復(fù)類別，合并同類型產(chǎn)能，以避免資源浪費。因此，在發(fā)展到一定階段，應(yīng)鼓勵頭部企業(yè)通過并購聯(lián)合等方式解決當(dāng)前“小而散”的問題。
第三，車企要給予本土芯片企業(yè)更多“上車”的機會
國產(chǎn)的芯片能不能在新的環(huán)境之下讓國產(chǎn)的汽車應(yīng)用起來，這是我們在新時期推動汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的一個戰(zhàn)略性的選擇，對車企來說，在芯片國產(chǎn)化路徑中的任務(wù)和路線是要給予本土芯片企業(yè)更多“上車”的機會。蔚來汽車供應(yīng)鏈發(fā)展助理副總裁潘昱表示：作為車企，首先提供一個應(yīng)用場景，開放整個供應(yīng)鏈，擁抱國內(nèi)的半導(dǎo)體企業(yè)；并給予適當(dāng)?shù)臋C會，提供風(fēng)險和失效性驗證。如此一來，既可以幫助芯片在應(yīng)用中迭代、在迭代中完善，也可以幫助整車企業(yè)建立自己產(chǎn)能的備胎。
第四，政府要加大政策支持力度及人才體系建設(shè)
針對芯片設(shè)計、流片、認證環(huán)節(jié)，建議補貼 EDA 和 IP、流片及車規(guī)級檢測認證等支出項目，減輕芯片企業(yè)負擔(dān)；國有產(chǎn)業(yè)基金應(yīng)發(fā)揮重要引導(dǎo)作用，率先投資芯片設(shè)計、制造、封測以及設(shè)備和材料企業(yè)，引導(dǎo)市場化投資機構(gòu)加大投資；推動 28nm 及以下先進制程車規(guī)級制造工藝、光刻機、量測設(shè)備等“卡脖子”難題納入國家重大科技專項攻關(guān)目標(biāo)；鼓勵芯片領(lǐng)域研究成果產(chǎn)業(yè)化并加強知識產(chǎn)權(quán)保護。
半導(dǎo)體行業(yè)的競爭，很大程度上是全球頂尖科技人才的競爭，各國都面臨著人才缺口，我國更是如此。據(jù)中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院預(yù)測，2022 年我國集成電路人才缺口將達到 25 萬。全國政協(xié)經(jīng)濟委員會副主任苗圩指出，要加大相關(guān)人才培養(yǎng)，同時通過專項人才補貼和落戶優(yōu)惠等政策，吸引留學(xué)生和海外高級技術(shù)人才回流，首先吸引那些被美國限制的在華美籍半導(dǎo)體公司高管和骨干；利用跨國公司看重中國汽車市場的機會，通過低息貸款、稅收優(yōu)惠等政策，吸引他們在中國建立合資、全資公司和汽車芯片研發(fā)制造基地；持續(xù)推動國內(nèi)高校集成電路學(xué)科建設(shè)，完善人才培養(yǎng)體系。
4、尾聲
如果說缺芯將是一場持久戰(zhàn)，國產(chǎn)化又何嘗不是一場漫長的修行。芯片國產(chǎn)化的重構(gòu)之路需要所有參與者全方位的協(xié)同，圍繞著我們共同的目標(biāo)，加速推動國產(chǎn)芯片的大規(guī)模上車應(yīng)用，只有通過產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新、技術(shù)研發(fā)的有效結(jié)合，才有可能去與國際隊抗衡，才能真正打造出一個有中國特色的汽車芯片產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新生態(tài)。
參考資料：
[1]《車規(guī)級芯片產(chǎn)業(yè)報告（2022 版）》，蓋世汽車社區(qū)
[2]《留給國產(chǎn) MCU 突圍的時間不多了》，遠傳研究所
[3]《芯荒下的轉(zhuǎn)機：國產(chǎn)廠商的汽車芯片「攻堅戰(zhàn)」》，深響
[4]《這種全球瘋搶的芯片，國產(chǎn)替代有何機會和難題》，果殼硬科技
本文來自微信公眾號：車百智庫 （ID：EV100_Plus），作者：周霜降
廣告聲明：文內(nèi)含有的對外跳轉(zhuǎn)鏈接（包括不限于超鏈接、二維碼、口令等形式），用于傳遞更多信息，節(jié)省甄選時間，結(jié)果僅供參考，IT之家所有文章均包含本聲明。