智能汽車快速發(fā)展，2022 年上半年我國(guó)智能化汽車滲透率已上升至 32.4%，預(yù)計(jì)到 2030 年我國(guó)新車不同級(jí)別的智能駕駛將達(dá)到 70%；汽車智能化有效拉動(dòng)汽車芯片數(shù)量的增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到 2030 年我國(guó)汽車芯片市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 290 億美元，數(shù)量將達(dá)到 1000-1200 億顆 / 年。
智能汽車芯片市場(chǎng)量級(jí)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(dá)這樣的老玩家，而在缺芯的倒逼下，我國(guó)汽車芯片設(shè)計(jì)有了快速的進(jìn)步，有地平線這樣奔向臺(tái)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(diǎn)的企業(yè)，上周 14 號(hào)剛獲得東風(fēng)集團(tuán)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(xiàng)目定點(diǎn)。
國(guó)產(chǎn)芯片正加快上車，一個(gè)新的汽車芯片時(shí)代已經(jīng)到來。業(yè)界預(yù)期，2025 年將成為芯片國(guó)產(chǎn)化替代的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。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(guó)產(chǎn)芯片上車經(jīng)歷了哪些波折？
2、推動(dòng)車芯國(guó)產(chǎn)化，目前面臨的最大風(fēng)險(xiǎn)是什么？
3、國(guó)產(chǎn)芯片如何和英偉達(dá)等國(guó)外廠商爭(zhēng)奪市場(chǎng)？
1、風(fēng)向變了
中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)的研究團(tuán)隊(duì)和國(guó)內(nèi)的機(jī)構(gòu)一起拆了一輛車后發(fā)現(xiàn)，汽車芯片的組成遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了任何一個(gè)智能終端。汽車芯片涵蓋眾多產(chǎn)品種類，包括控制、計(jì)算、功率、通信、存儲(chǔ)、電源 / 模擬、驅(qū)動(dòng)、傳感、安全 9 大類。其中，IGBT 負(fù)責(zé)功率轉(zhuǎn)換的功率半導(dǎo)體，MCU 負(fù)責(zé)車輛控制。這兩類芯片是燃油車以及電動(dòng)車上數(shù)量最多的芯片。SoC 大算力系統(tǒng)級(jí)芯片，一般負(fù)責(zé)汽車智能相關(guān)的功能。如今車企軍備競(jìng)賽比拼的自動(dòng)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(jí)芯片當(dāng)中，IGBT 算是本土企業(yè)最早取得突破的一個(gè)大類。
20 世紀(jì)末期，IGBT 角斗場(chǎng)上最為重磅的玩家是德日，中國(guó)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(guó)半導(dǎo)體行業(yè)的空白現(xiàn)狀創(chuàng)立了斯達(dá)半導(dǎo)。
與斯達(dá)半導(dǎo)不同，比亞迪與中車時(shí)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(shí)代以大約一億元收購了一家掌握 IGBT 關(guān)鍵技術(shù)的英國(guó)企業(yè) —— 丹尼克斯。
一年后，比亞迪 IGBT 1.0 橫空出世，讓中國(guó)在 IGBT 技術(shù)上實(shí)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(shí)現(xiàn)了自產(chǎn) IGBT 芯片的初步嘗試。
和比亞迪不同，中車時(shí)代布局 IGBT 的初衷不為造車，而是為了造高鐵。當(dāng)時(shí)中國(guó)每年都要用掉將近 10 萬只 IGBT，進(jìn)口 IGBT 芯片的金額高達(dá) 12 億元，產(chǎn)品交貨周期極長(zhǎng)，無法滿足中國(guó)高鐵建設(shè)規(guī)模。
于是時(shí)任中車株洲研究所董事長(zhǎng)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(jī)廠的單子。
2015 年，比亞迪開始自供，同時(shí)給外部商用車供貨；2017 年，中車時(shí)代切入車規(guī)級(jí) IGBT，拿下了東風(fēng)、一汽、長(zhǎng)安等車企；斯達(dá)半導(dǎo)的主機(jī)廠客戶分布最廣，包括奇瑞、江淮、長(zhǎng)安、上汽、廣汽本田、江淮大眾等國(guó)內(nèi)整車廠，也包括雷諾、通用等海外客戶。
2019 年，比亞迪、斯達(dá)半導(dǎo)的市占率已經(jīng)達(dá)到 20%、17%。2020 年，斯達(dá)半導(dǎo)生產(chǎn)的汽車級(jí) IGBT 模塊合計(jì)配套超過 20 萬套新能源汽車、市占率進(jìn)一步提升達(dá) 15%。根據(jù) 2021 年報(bào)，斯達(dá)半導(dǎo)應(yīng)用于主電機(jī)控制器的車規(guī)級(jí) IGBT 模塊持續(xù)放量，合計(jì)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(jí) MCU 國(guó)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(jí) MCU 芯片，才實(shí)現(xiàn)零突破。一年后，比亞迪的第一代 32 位車規(guī)級(jí) 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(jí) MCU 推向汽車市場(chǎng)。實(shí)現(xiàn)了汽車前裝產(chǎn)品的量產(chǎn)，并發(fā)布 32 位汽車級(jí) MCU。但全球汽車 MCU 市場(chǎng)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(shì)力”異軍突起，與英偉達(dá)、高通等國(guó)外傳統(tǒng)芯片廠正面剛。
2020 年 6 月，地平線的國(guó)內(nèi)首款車規(guī)級(jí) AI 芯片征程 2 搭載的長(zhǎng)安 UNI-T 上市，實(shí)現(xiàn)中國(guó)車規(guī)級(jí) 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(zhǎng)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(hào) A1000 芯片已完成所有車規(guī)級(jí)認(rèn)證，也是首個(gè)量產(chǎn)的符合車規(guī)、單芯片支持行泊一體域控制器的國(guó)產(chǎn)芯片平臺(tái)。目前，黑芝麻已經(jīng)獲取了 15 個(gè)車企的量產(chǎn)項(xiàng)目。
可以說，國(guó)產(chǎn)汽車芯片在當(dāng)下迎來了更好的發(fā)展機(jī)遇。自主品牌車企已逐漸開始接受和主動(dòng)擁抱國(guó)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(chǎng)紅利。
2、三座大山
目前就全球半導(dǎo)體市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局來看，歐美日等巨頭仍占據(jù)國(guó)內(nèi)汽車芯片超 95% 的份額，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的自主率普遍偏低，總體在 5% 以內(nèi)，中國(guó)汽車芯片進(jìn)口依賴度極高，要想真正實(shí)現(xiàn)車芯國(guó)產(chǎn)化還要解決這三大難題。
首先車規(guī)是芯片國(guó)產(chǎn)化的重要一步。邁過這一步，我們才能離高端芯片的國(guó)產(chǎn)化替代越來越近。相比工業(yè)級(jí)、消費(fèi)級(jí)芯片，車規(guī)級(jí)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(jí)的挑戰(zhàn)。
車規(guī)的難點(diǎn)就在于汽車所經(jīng)歷的使用環(huán)境比消費(fèi)類電子要嚴(yán)苛很多，如溫度，消費(fèi)芯片的溫控區(qū)間在 0 ℃ ~125 ℃之間，而汽車芯片要達(dá)到 -40 ℃ ~175 ℃的溫控區(qū)間，而且振動(dòng)要求是 50G。這種特殊性決定了汽車芯片需要進(jìn)行三級(jí)驗(yàn)證：部件驗(yàn)證、系統(tǒng)驗(yàn)證、整車級(jí)驗(yàn)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(huì)出現(xiàn)任何問題。這些嚴(yán)苛的條件決定了汽車芯片需要很長(zhǎng)的測(cè)試和認(rèn)證流程。比如芯片的老化實(shí)驗(yàn)就需要數(shù)千小時(shí)的測(cè)試才能完成，這意味著這一項(xiàng)測(cè)試需要的時(shí)間就達(dá)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?yàn)樾酒目煽啃詥栴}被召回。因此，車企對(duì)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的汽車芯片產(chǎn)品的信任度低，暫時(shí)不敢規(guī)?；瘧?yīng)用國(guó)產(chǎn)芯片產(chǎn)品。
其次，國(guó)內(nèi)汽車芯片全產(chǎn)業(yè)鏈面臨短板。中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)傳播顧問沈承鵬認(rèn)為，我國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)最大的痛點(diǎn)是供應(yīng)鏈沒有打通。盡管在芯片設(shè)計(jì)工具及制造、封測(cè)環(huán)節(jié)設(shè)備等方面已有很大進(jìn)步，但在 EDA、光刻機(jī)等核心技術(shù)環(huán)節(jié)的落后，仍然使國(guó)內(nèi)企業(yè)頻繁被“卡脖子”。
此外，和國(guó)內(nèi)消費(fèi)電子高端芯片相似，國(guó)內(nèi)車芯當(dāng)前也面臨著被國(guó)外頻頻施壓的困境。今年 8 月，英偉達(dá)稱被美國(guó)政府要求限制向中國(guó)出口兩款云端 AI 芯片 A100 和 H100。10 月，美國(guó)商務(wù)部頒布了新修訂的《出口管理?xiàng)l例》，除更加嚴(yán)格限制美企向中國(guó)出口芯片和制造設(shè)備外，還首次將參與中國(guó)境內(nèi)半導(dǎo)體開發(fā)活動(dòng)的“美國(guó)公民、美國(guó)永久居民、美國(guó)庇護(hù)民、位于美國(guó)的人士”，列入管制范圍，意味著美國(guó)將限制所有美籍華人與中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)沾邊。車百智庫認(rèn)為，美國(guó)人才禁令，短期內(nèi)將顯著影響國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的正常經(jīng)營(yíng)，長(zhǎng)期將對(duì)中國(guó)引進(jìn)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(shí)候，意味著革新也在進(jìn)行。況且從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看缺芯是一時(shí)的，但圍繞汽車芯片的博弈與競(jìng)爭(zhēng)長(zhǎng)期存在，國(guó)產(chǎn)車芯要如何與國(guó)際芯片大廠同臺(tái)競(jìng)技？車百智庫綜合中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)副理事長(zhǎng)兼秘書長(zhǎng)張永偉等各方觀點(diǎn)，認(rèn)為有以下四個(gè)要點(diǎn)：
第一，加強(qiáng)全產(chǎn)業(yè)鏈核心環(huán)節(jié)的技術(shù)提升
中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)理事長(zhǎng)陳清泰表示，我國(guó)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(dú)有偶，張永偉在近期舉辦的全球智能汽車產(chǎn)業(yè)峰會(huì)（GIV2022）上也表示：必須加強(qiáng)我國(guó)汽車芯片在設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)、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(bǔ)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(jī)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(dòng)芯片企業(yè)整合，培育龍頭企業(yè)
全國(guó)大大小小芯片企業(yè)有很多，但真正符合車規(guī)級(jí)的企業(yè)鳳毛麟角。同時(shí)，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(fèi)。因此，在發(fā)展到一定階段，應(yīng)鼓勵(lì)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(jī)會(huì)
國(guó)產(chǎn)的芯片能不能在新的環(huán)境之下讓國(guó)產(chǎn)的汽車應(yīng)用起來，這是我們?cè)谛聲r(shí)期推動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的一個(gè)戰(zhàn)略性的選擇，對(duì)車企來說，在芯片國(guó)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(jī)會(huì)。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(gè)應(yīng)用場(chǎng)景，開放整個(gè)供應(yīng)鏈，擁抱國(guó)內(nèi)的半導(dǎo)體企業(yè)；并給予適當(dāng)?shù)臋C(jī)會(huì)，提供風(fēng)險(xiǎn)和失效性驗(yàn)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(duì)芯片設(shè)計(jì)、流片、認(rèn)證環(huán)節(jié)，建議補(bǔ)貼 EDA 和 IP、流片及車規(guī)級(jí)檢測(cè)認(rèn)證等支出項(xiàng)目，減輕芯片企業(yè)負(fù)擔(dān)；國(guó)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(jì)、制造、封測(cè)以及設(shè)備和材料企業(yè)，引導(dǎo)市場(chǎng)化投資機(jī)構(gòu)加大投資；推動(dòng) 28nm 及以下先進(jìn)制程車規(guī)級(jí)制造工藝、光刻機(jī)、量測(cè)設(shè)備等“卡脖子”難題納入國(guó)家重大科技專項(xiàng)攻關(guān)目標(biāo)；鼓勵(lì)芯片領(lǐng)域研究成果產(chǎn)業(yè)化并加強(qiáng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)。
半導(dǎo)體行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)，很大程度上是全球頂尖科技人才的競(jìng)爭(zhēng)，各國(guó)都面臨著人才缺口，我國(guó)更是如此。據(jù)中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院預(yù)測(cè)，2022 年我國(guó)集成電路人才缺口將達(dá)到 25 萬。全國(guó)政協(xié)經(jīng)濟(jì)委員會(huì)副主任苗圩指出，要加大相關(guān)人才培養(yǎng)，同時(shí)通過專項(xiàng)人才補(bǔ)貼和落戶優(yōu)惠等政策，吸引留學(xué)生和海外高級(jí)技術(shù)人才回流，首先吸引那些被美國(guó)限制的在華美籍半導(dǎo)體公司高管和骨干；利用跨國(guó)公司看重中國(guó)汽車市場(chǎng)的機(jī)會(huì)，通過低息貸款、稅收優(yōu)惠等政策，吸引他們?cè)谥袊?guó)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(dòng)國(guó)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(chǎng)持久戰(zhàn)，國(guó)產(chǎn)化又何嘗不是一場(chǎng)漫長(zhǎng)的修行。芯片國(guó)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(dòng)國(guó)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(guó)際隊(duì)抗衡，才能真正打造出一個(gè)有中國(guó)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(jí)芯片產(chǎn)業(yè)報(bào)告（2022 版）》，蓋世汽車社區(qū)
[2]《留給國(guó)產(chǎn) MCU 突圍的時(shí)間不多了》，遠(yuǎn)傳研究所
[3]《芯荒下的轉(zhuǎn)機(jī)：國(guó)產(chǎn)廠商的汽車芯片「攻堅(jiān)戰(zhàn)」》，深響
[4]《這種全球瘋搶的芯片，國(guó)產(chǎn)替代有何機(jī)會(huì)和難題》，果殼硬科技
本文來自微信公眾號(hào)：車百智庫 （ID：EV100_Plus），作者：周霜降
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