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    國產(chǎn)芯片“攻入”車廠

    鄭晨燁2024-10-25 17:28

    經(jīng)濟(jì)觀察網(wǎng) 記者 鄭晨燁 2024年初至今,方睿所在公司設(shè)計(jì)的幾個(gè)車規(guī)級芯片產(chǎn)品都進(jìn)入了驗(yàn)證階段,而購買這些產(chǎn)品的客戶,無一例外都是國內(nèi)的汽車廠商,這些產(chǎn)品也都將被用于各家廠商的一些旗艦車型上。

    作為一位已經(jīng)從業(yè)十年有余的老“半導(dǎo)體”人,這樣的情況讓方睿感到恍若隔世。“主機(jī)廠主動(dòng)尋求國產(chǎn)芯片作為替代,放在我剛?cè)胄械臅r(shí)候是想都不敢想的畫面。”方睿說,隨著汽車智能化程度的日益提高,國內(nèi)車企對國產(chǎn)自主研發(fā)芯片的需求還將繼續(xù)擴(kuò)大,他對未來的國產(chǎn)芯片市場非常樂觀。

    深圳方正微電子有限公司(下稱“方正微電子”)的市場總監(jiān)敖立滿也有類似的感覺:“我們預(yù)計(jì)在未來的一兩年內(nèi),國內(nèi)的碳化硅芯片在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用會(huì)大量增長。現(xiàn)在其實(shí)正是國產(chǎn)替代的關(guān)鍵時(shí)期,而且這是一個(gè)從0到1的突破。一旦突破之后,上量的速度會(huì)非常快。”

    上述兩位資深“半導(dǎo)體”人的樂觀,很大程度上要?dú)w功于國內(nèi)車規(guī)級芯片市場的快速增長。根據(jù)知名研究機(jī)構(gòu)Omdia的預(yù)測,2025年,全球車規(guī)級半導(dǎo)體市場規(guī)模將達(dá)到804億美元,其中中國市場規(guī)模為216億美元。

    “從大的趨勢上來看,現(xiàn)在大家常說‘軟件定義汽車’,但實(shí)際上,我更愿意稱之為‘硅定義汽車’。沒有芯片,沒有硅,軟件定義汽車是無法實(shí)現(xiàn)的。”華芯金通半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)研究院院長吳全如是告訴記者。

    救命稻草

    實(shí)際上,在過去的數(shù)年間,國際貿(mào)易環(huán)境的變化疊加消費(fèi)電子需求的疲軟,讓許多國內(nèi)芯片企業(yè)的日子不太好過。

    企查查數(shù)據(jù)顯示,2023年,中國有1.09萬家芯片相關(guān)企業(yè)完成了工商注銷、吊銷。而在去年芯片企業(yè)的關(guān)停或倒閉潮中,比較有代表性的案例便是OPPO、TCL及魅族對旗下芯片業(yè)務(wù)的關(guān)停。

    根據(jù)中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)集成電路設(shè)計(jì)分會(huì)理事長、清華大學(xué)教授魏少軍在第29屆中國集成電路設(shè)計(jì)業(yè)2023年會(huì)上提供的數(shù)據(jù),2023年,中國本土的芯片設(shè)計(jì)企業(yè)數(shù)量為3451家,其中有1910家企業(yè)的銷售收入少于1000萬元,占比高達(dá)55.35%。

    原本作為芯片行業(yè)出貨大頭的消費(fèi)電子,在國產(chǎn)替代的大背景下本應(yīng)大有可為,但市場逐步飽和及換機(jī)周期的拉長讓情況變得“很不一樣”:2023年,全球智能手機(jī)出貨量繼續(xù)下滑,根據(jù)IDC公布的數(shù)據(jù),2023年全球智能手機(jī)出貨量為11.7億臺,同比下降3.2%。

    方睿所在的公司原本也主要服務(wù)于手機(jī)廠商,但客戶需求的持續(xù)減少,讓他們公司的管理層不得不另尋出路,而這一出路,便在汽車廠商身上。

    在近日結(jié)束的灣區(qū)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)生態(tài)博覽會(huì)(下稱“灣芯展”)上,蔚來聯(lián)合創(chuàng)始人、總裁秦力洪就公開了一則數(shù)據(jù):“以蔚來為例,智能汽車在算力、功率半導(dǎo)體、傳感器、存儲芯片等方面的需求日益增加,每輛車所搭載的芯片數(shù)量已從幾年前的3200顆增長到如今的4200顆。”

    對比之下,一部手機(jī)的芯片數(shù)量大約在100顆,主要包括主處理器、存儲芯片、通信芯片、電源管理芯片以及各種傳感器芯片等。

    “新能源汽車本身的出貨量在大幅增長,新能源汽車單車用的芯片數(shù)量和價(jià)值都在上升,芯片的需求量和成本也在增加。這導(dǎo)致新能源汽車對車規(guī)級芯片,尤其是硅基芯片的需求迅速增加。”吳全指出。

    根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù),2024年1月至6月,我國新能源汽車產(chǎn)銷量分別達(dá)492.9萬輛和494.4萬輛,同比分別增長30.1%和32%。

    在采訪過程中,記者了解到,車規(guī)級芯片目前主要包括功率芯片、MCU(微控制單元)、傳感器芯片和存儲芯片等幾大類別。

    其中,功率芯片在新能源汽車中尤為關(guān)鍵,負(fù)責(zé)控制和管理電能的轉(zhuǎn)換與分配,以滿足動(dòng)力系統(tǒng)、充電系統(tǒng)等對高效能和穩(wěn)定性的要求;MCU則承擔(dān)著汽車內(nèi)部的控制指令傳遞,通過集成式電路完成發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、車內(nèi)電子設(shè)備的調(diào)控;傳感器芯片負(fù)責(zé)捕捉外部環(huán)境及車輛運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù),是實(shí)現(xiàn)智能駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)和自動(dòng)駕駛功能的核心部件之一。

    此外,存儲芯片的市場前景同樣值班關(guān)注。隨著智能汽車功能的拓展,包括高清地圖、攝像頭數(shù)據(jù)、駕駛?cè)罩镜刃枰笕萘看鎯Γ囕d系統(tǒng)對DRAM(動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲器)、NAND(一種非易失性閃存芯片)等存儲芯片的需求也在逐年增加。

    在方睿看來,隨著汽車逐漸向智能化方向發(fā)展,整車所搭載的功能日益增多,如自動(dòng)駕駛、智能座艙、車聯(lián)網(wǎng)等,這些功能的實(shí)現(xiàn)都依賴于大量的電子元件和高性能芯片。例如,自動(dòng)駕駛需要攝像頭、雷達(dá)、激光雷達(dá)、超聲波傳感器等多種設(shè)備共同工作,實(shí)時(shí)分析周圍環(huán)境并作出反應(yīng),這就要求車載芯片具備強(qiáng)大的算力。

    同時(shí),方睿還告訴記者,智能汽車系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量極其龐大,從傳感器、攝像頭到車輛網(wǎng)絡(luò),每秒都會(huì)產(chǎn)生大量信息。這些數(shù)據(jù)需要進(jìn)行高速處理、分析和存儲,對芯片的處理速度和存儲容量提出了更高的要求。

    “L4級別自動(dòng)駕駛汽車每天可產(chǎn)生數(shù)TB的數(shù)據(jù),需要高效的芯片進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。汽車智能化卷得越厲害,對于芯片的要求越高。”方睿指出。

    “(車規(guī)級芯片)蛋糕在變大,容得下多個(gè)玩家。”深圳市江波龍電子股份有限公司(301308.SZ)嵌入式存儲事業(yè)部高級市場總監(jiān)王作鵬亦如是告訴記者。

    敖立滿所在的方正微電子便在車規(guī)級碳化硅功率芯片的應(yīng)用上取得了實(shí)質(zhì)性突破。該公司最新發(fā)布的1200伏車規(guī)級碳化硅MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)產(chǎn)品,定位于新能源汽車的關(guān)鍵部件,尤其是主驅(qū)系統(tǒng)和車載電源管理系統(tǒng)。由于碳化硅具備優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性和高效能,在電動(dòng)汽車中能夠有效降低能量損耗,提升車輛的續(xù)航和加速性能。

    “現(xiàn)階段,大部分電動(dòng)汽車的主驅(qū)碳化硅產(chǎn)品方案都來自國外廠商。國內(nèi)廠商入場比較晚,現(xiàn)在還處于發(fā)展的階段。但是,經(jīng)過這幾年的努力,我們突破了許多技術(shù)難點(diǎn),現(xiàn)在已經(jīng)在真正意義上能夠提供對標(biāo)國際品牌的高品質(zhì)產(chǎn)品,而且能夠穩(wěn)定地進(jìn)行大批量交付。”敖立滿告訴記者。

    據(jù)方正微電子副總裁彭建華介紹,到2024年底,方正微電子Fab1(半導(dǎo)體工廠)6英寸碳化硅晶圓(用于制造芯片的基板材料)產(chǎn)能將增長至每月1.4萬片,至2025年公司將具備年產(chǎn)16.8萬片車規(guī)級碳化硅MOS(金屬氧化物半導(dǎo)體,用于控制電流流動(dòng)的半導(dǎo)體器件)的生產(chǎn)能力。同時(shí),公司Fab2的8英寸碳化硅晶圓生產(chǎn)線也將于2024年底通線,未來規(guī)劃產(chǎn)能6萬片/月。

    “車規(guī)級市場,是現(xiàn)在半導(dǎo)體領(lǐng)域?yàn)閿?shù)不多的增量市場,尤其是在供應(yīng)鏈自主可控的要求下,攻入車廠對于想要活下去的芯片公司來說很關(guān)鍵。”方睿強(qiáng)調(diào)。

    “從整個(gè)大的市場趨勢來說,電動(dòng)汽車的發(fā)展是不可阻擋的。關(guān)鍵是誰能夠抓住這些機(jī)會(huì),誰能夠拿到這些市場。”敖立滿說。

    “攻入”車廠

    雖然車規(guī)級芯片是藍(lán)海市場,但這并不意味著“攻入”車廠供應(yīng)鏈?zhǔn)且患芎唵蔚氖隆?/p>

    國產(chǎn)芯片在國內(nèi)的市占率實(shí)際上并不高,根據(jù)蓋世汽車研究院數(shù)據(jù),截至2023年底,除功率半導(dǎo)體外,其余諸如計(jì)算、控制、電源等關(guān)鍵芯片的國產(chǎn)品牌市占率均不足10%。

    “國產(chǎn)汽車芯片份額比較低,一方面是因?yàn)槠囆酒瑴y試認(rèn)證周期較消費(fèi)電子芯片更長,規(guī)格更高,需要長期的技術(shù)積累和大規(guī)模的市場驗(yàn)證,國內(nèi)大部分汽車芯片廠商還在發(fā)展的路上,需要更長時(shí)間的耕耘;另一方面部分汽車芯片需要IDM模式,國內(nèi)廠商近幾年才剛剛布局,產(chǎn)能還未釋放,良率還在爬坡,需要一定的發(fā)展時(shí)間才有希望跟上國外廠商的步伐。”WitDisplay首席分析師林芝告訴記者。

    所謂IDM模式,即“垂直整合制造模式”,涵蓋了芯片設(shè)計(jì)、制造、封測的完整流程。

    在IDM模式下,芯片廠商不僅需要具備強(qiáng)大的設(shè)計(jì)能力,還要擁有生產(chǎn)制造的設(shè)施和能力,這種一體化的模式能夠有效提升產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性,但也對廠商的資金、技術(shù)和管理能力提出了更高的要求。

    相比之下,國內(nèi)大多數(shù)芯片企業(yè)多采取“Fabless”模式,即專注設(shè)計(jì),將制造交由晶圓代工廠進(jìn)行。雖然這種模式成本較低,但在車規(guī)級芯片的要求下,很難保證質(zhì)量的持續(xù)一致性。

    對于正在加速發(fā)展的國內(nèi)車規(guī)級芯片企業(yè)來說,轉(zhuǎn)向IDM模式意味著一條艱難且漫長的道路。林芝指出,IDM模式不僅需要大量的初期資本投入,還需要建立從材料端到封測端的高度配合,這對于大多數(shù)尚在爬坡階段的國內(nèi)廠商來說是個(gè)不小的挑戰(zhàn)。

    同時(shí),林芝還告訴記者,目前,汽車芯片市場也出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)性短缺的現(xiàn)象,主要是低端汽車芯片不缺、高端芯片供不應(yīng)求。

    “汽車芯片廠商大部分是IDM模式,此前擴(kuò)產(chǎn)的積極性比較低,跟不上新能源汽車市場的發(fā)展和迭代需求,但是目前晶圓代工廠、汽車芯片設(shè)計(jì)廠商積極加大汽車芯片研發(fā),同時(shí),IDM模式的汽車芯片廠商也積極擴(kuò)張,彌補(bǔ)一些特殊工藝汽車芯片的不足,所以未來高端汽車芯片結(jié)構(gòu)性短缺現(xiàn)象將逐步緩解,供應(yīng)鏈短缺風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)在大幅降低。”林芝說。

    除了制造模式有待跟進(jìn)之外,車規(guī)芯片漫長的驗(yàn)證流程也是國產(chǎn)芯片廠商不得不邁過的一個(gè)坎兒。

    吳全指出,通常車規(guī)芯片從設(shè)計(jì)到量產(chǎn)上車約需3.5—5.5年的時(shí)間,中間需經(jīng)歷嚴(yán)格的車規(guī)級驗(yàn)證過程。車廠對芯片的要求遠(yuǎn)高于消費(fèi)電子,尤其在可靠性、安全性、溫度適應(yīng)性等方面有著極高的標(biāo)準(zhǔn)。汽車關(guān)系到人身安全,因此車規(guī)芯片的失效率必須控制在極低水平,通常需要經(jīng)過高溫高濕、高壓等極端條件下的長期測試。即使通過了這些嚴(yán)苛的驗(yàn)證,最終被車廠選用,國產(chǎn)芯片仍需面對產(chǎn)能穩(wěn)定、持續(xù)供應(yīng)以及售后支持等方面的挑戰(zhàn)。

    “我接觸了很多廠商,他們想用國產(chǎn),但國產(chǎn)產(chǎn)品不能用,或者不能達(dá)到他們的要求,這種情況還是存在的。因?yàn)闇y試成本在那里,一旦出問題就是一條生產(chǎn)線或一批車型出問題,這個(gè)成本誰來承擔(dān)呢?”吳全向記者強(qiáng)調(diào)。

    “車規(guī)級芯片測試驗(yàn)證周期較長的原因是與人的生命密切相關(guān),如果不能保證芯片可靠穩(wěn)定,汽車廠商一般不會(huì)使用。如果要以犧牲客戶或者產(chǎn)品品質(zhì)為代價(jià),汽車廠商也不會(huì)同意。要加快測試驗(yàn)證周期可以通過購買或者收購已經(jīng)通過測試認(rèn)證的技術(shù)方案,然后再跟進(jìn)研發(fā),不斷升級芯片規(guī)格。”林芝亦告訴記者。

    在此背景下,國產(chǎn)芯片廠商想要攻入車廠,就需要拿出遠(yuǎn)高于行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn),來證明自身產(chǎn)品的可靠性。

    “我們在國內(nèi)很多主機(jī)廠的車規(guī)級芯片驗(yàn)證中,客戶對產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的。”敖立滿亦向記者表示,“尤其是在主驅(qū)應(yīng)用這一塊兒,車企可能對國產(chǎn)芯片的信心還不太足,需要高性能、高可靠性才能上車,而這是我們需要不斷突破的方向”。

    敖立滿同時(shí)告訴記者,方正微電子的產(chǎn)品是國內(nèi)第一個(gè)通過車規(guī)級3000小時(shí)驗(yàn)證的,而常規(guī)的車規(guī)級產(chǎn)品驗(yàn)證,通常要求都為1000小時(shí)。

    “我們不管是在材料端、設(shè)計(jì)端、晶圓制造端、封裝測試端等,都采取了更多的加嚴(yán)措施,高于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來做,所以我們才有信心去做更加長期的可靠性測試。”敖立滿說。

    在采訪過程中,記者注意到,受訪的業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為,功率半導(dǎo)體是短期內(nèi)國產(chǎn)芯片廠商最好的突破方向。

    功率半導(dǎo)體在新能源汽車等應(yīng)用領(lǐng)域中,通常采用90nm以上的成熟制程工藝,這與計(jì)算芯片對先進(jìn)制程的需求不同。這一特性使得國內(nèi)廠商在中低端功率半導(dǎo)體的生產(chǎn)上具備了一定的自主能力,能夠滿足國內(nèi)不少整車廠的基礎(chǔ)需求。然而,在高端功率半導(dǎo)體方面,如高效能碳化硅器件和IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)模塊,國產(chǎn)技術(shù)仍與國際領(lǐng)先水平存在明顯差距,關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)能在很大程度上還依賴進(jìn)口。

    “在全球競爭中,功率半導(dǎo)體可以成為我們與國際巨頭抗衡的一個(gè)切入點(diǎn)。”吳全表示。不過,他亦向記者強(qiáng)調(diào),車規(guī)級MCU、SoC(系統(tǒng)級芯片)與傳感器,會(huì)是未來國產(chǎn)替代最快的三大領(lǐng)域。

    研究機(jī)構(gòu)致同咨詢在其發(fā)布的2024年車規(guī)級芯片研究報(bào)告中指出,在車規(guī)級MCU領(lǐng)域,國內(nèi)廠商主要包括芯旺微、比亞迪半導(dǎo)體、杰發(fā)科技等,國外競爭對手主要包括瑞薩、恩智浦、英飛凌等;車規(guī)級SoC芯片中智能座艙芯片已有國產(chǎn)廠商供應(yīng),例如地平線,但主要供應(yīng)商仍為國外廠商,尤其在單價(jià)40萬元以上車型市場中,英偉達(dá)、英特爾、高通占有較大份額。

    “這些跟智能駕駛、智能座艙相關(guān)的芯片可能更能夠支持汽車的差異化賣點(diǎn),對于車企來說,至少需要掌握對芯片的控制權(quán),雖然他們不一定要自己生產(chǎn),但一定要具備掌控能力。”吳全向記者強(qiáng)調(diào)。

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    深圳采訪部記者
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