國產芯片“攻入”車廠
“這些跟智能駕駛、智能座艙相關的芯片可能更能夠支持汽車的差異化賣點，對於車企來說，至少需要掌握對芯片的控制權，雖然他們不一定要自己生產，但一定要具備掌控能力。”吳全向記者強調。
記者 |鄭晨燁
圖源 |圖蟲創意
2024年初至今，方睿所在公司設計的幾個車規級芯片產品都進入了驗證階段，而購買這些產品的客戶，無一例外都是國內的汽車廠商，這些產品也都將被用於各家廠商的一些旗艦車型上。
作爲一位已經從業十年有餘的老“半導體”人，這樣的情況讓方睿感到恍若隔世。“主機廠主動尋求國產芯片作爲替代，放在我剛入行的時候是想都不敢想的畫面。”方睿說，隨着汽車智能化程度的日益提高，國內車企對國產自主研發芯片的需求還將繼續擴大，他對未來的國產芯片市場非常樂觀。
深圳方正微電子有限公司（下稱“方正微電子”）的市場總監敖立滿也有類似的感覺：“我們預計在未來的一兩年內，國內的碳化硅芯片在電動汽車中的應用會大量增長。現在其實正是國產替代的關鍵時期，而且這是一個從0到1的突破。一旦突破之後，上量的速度會非常快。”
上述兩位資深“半導體”人的樂觀，很大程度上要歸功於國內車規級芯片市場的快速增長。根據知名研究機構Omdia的預測，2025年，全球車規級半導體市場規模將達到804億美元，其中中國市場規模爲216億美元。
“從大的趨勢上來看，現在大家常說‘軟件定義汽車’，但實際上，我更願意稱之爲‘硅定義汽車’。沒有芯片，沒有硅，軟件定義汽車是無法實現的。”華芯金通半導體產業研究院院長吳全如是告訴記者。
救命稻草
實際上，在過去的數年間，國際貿易環境的變化疊加消費電子需求的疲軟，讓許多國內芯片企業的日子不太好過。
企查查數據顯示，2023年，中國有1.09萬家芯片相關企業完成了工商註銷、吊銷。而在去年芯片企業的關停或倒閉潮中，比較有代表性的案例便是OPPO、TCL及魅族對旗下芯片業務的關停。
根據中國半導體行業協會集成電路設計分會理事長、清華大學教授魏少軍在第29屆中國集成電路設計業2023年會上提供的數據，2023年，中國本土的芯片設計企業數量爲3451家，其中有1910家企業的銷售收入少於1000萬元，佔比高達55.35%。
原本作爲芯片行業出貨大頭的消費電子，在國產替代的大背景下本應大有可爲，但市場逐步飽和及換機週期的拉長讓情況變得“很不一樣”：2023年，全球智能手機出貨量繼續下滑，根據IDC公佈的數據，2023年全球智能手機出貨量爲11.7億臺，同比下降3.2%。
方睿所在的公司原本也主要服務於手機廠商，但客戶需求的持續減少，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。
在近日結束的灣區半導體產業生態博覽會（下稱“灣芯展”）上，蔚來聯合創始人、總裁秦力洪就公開了一則數據：“以蔚來爲例，智能汽車在算力、功率半導體、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，一部手機的芯片數量大約在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量和價值都在上升，芯片的需求量和成本也在增加。這導致新能源汽車對車規級芯片，尤其是硅基芯片的需求迅速增加。”吳全指出。
根據中國汽車工業協會數據，2024年1月至6月，我國新能源汽車產銷量分別達492.9萬輛和494.4萬輛，同比分別增長30.1%和32%。
在採訪過程中，記者瞭解到，車規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爲關鍵，負責控制和管理電能的轉換與分配，以滿足動力系統、充電系統等對高效能和穩定性的要求；MCU則承擔着汽車內部的控制指令傳遞，通過集成式電路完成發動機、傳動系統、車內電子設備的調控；傳感器芯片負責捕捉外部環境及車輛運行狀態的數據，是實現智能駕駛輔助系統（ADAS）和自動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注。隨着智能汽車功能的拓展，包括高清地圖、攝像頭數據、駕駛日誌等需要大容量存儲，車載系統對DRAM（動態隨機存取存儲器）、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，隨着汽車逐漸向智能化方向發展，整車所搭載的功能日益增多，如自動駕駛、智能座艙、車聯網等，這些功能的實現都依賴於大量的電子元件和高性能芯片。例如，自動駕駛需要攝像頭、雷達、激光雷達、超聲波傳感器等多種設備共同工作，實時分析周圍環境並作出反應，這就要求車載芯片具備強大的算力。
同時，方睿還告訴記者，智能汽車系統產生的數據量極其龐大，從傳感器、攝像頭到車輛網絡，每秒都會產生大量信息。這些數據需要進行高速處理、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級別自動駕駛汽車每天可產生數TB的數據，需要高效的芯片進行實時處理。汽車智能化卷得越厲害，對於芯片的要求越高。”方睿指出。
“（車規級芯片）蛋糕在變大，容得下多個玩家。”深圳市江波龍電子股份有限公司（301308.SZ）嵌入式存儲事業部高級市場總監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級碳化硅功率芯片的應用上取得了實質性突破。該公司最新發布的1200伏車規級碳化硅MOSFET（金屬氧化物半導體場效應晶體管）產品，定位於新能源汽車的關鍵部件，尤其是主驅系統和車載電源管理系統。由於碳化硅具備優異的高溫穩定性和高效能，在電動汽車中能夠有效降低能量損耗，提升車輛的續航和加速性能。
“現階段，大部分電動汽車的主驅碳化硅產品方案都來自國外廠商。國內廠商入場比較晚，現在還處於發展的階段。但是，經過這幾年的努力，我們突破了許多技術難點，現在已經在真正意義上能夠提供對標國際品牌的高品質產品，而且能夠穩定地進行大批量交付。”敖立滿告訴記者。
據方正微電子副總裁彭建華介紹，到2024年底，方正微電子Fab1（半導體工廠）6英寸碳化硅晶圓（用於製造芯片的基板材料）產能將增長至每月1.4萬片，至2025年公司將具備年產16.8萬片車規級碳化硅MOS（金屬氧化物半導體，用於控制電流流動的半導體器件）的生產能力。同時，公司Fab2的8英寸碳化硅晶圓生產線也將於2024年底通線，未來規劃產能6萬片/月。
“車規級市場，是現在半導體領域爲數不多的增量市場，尤其是在供應鏈自主可控的要求下，攻入車廠對於想要活下去的芯片公司來說很關鍵。”方睿強調。
“從整個大的市場趨勢來說，電動汽車的發展是不可阻擋的。關鍵是誰能夠抓住這些機會，誰能夠拿到這些市場。”敖立滿說。
“攻入”車廠
雖然車規級芯片是藍海市場，但這並不意味着“攻入”車廠供應鏈是一件很簡單的事。
國產芯片在國內的市佔率實際上並不高，根據蓋世汽車研究院數據，截至2023年底，除功率半導體外，其餘諸如計算、控制、電源等關鍵芯片的國產品牌市佔率均不足10%。
“國產汽車芯片份額比較低，一方面是因爲汽車芯片測試認證週期較消費電子芯片更長，規格更高，需要長期的技術積累和大規模的市場驗證，國內大部分汽車芯片廠商還在發展的路上，需要更長時間的耕耘；另一方面部分汽車芯片需要IDM模式，國內廠商近幾年纔剛剛佈局，產能還未釋放，良率還在爬坡，需要一定的發展時間纔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“垂直整合製造模式”，涵蓋了芯片設計、製造、封測的完整流程。
在IDM模式下，芯片廠商不僅需要具備強大的設計能力，還要擁有生產製造的設施和能力，這種一體化的模式能夠有效提升產品質量的穩定性，但也對廠商的資金、技術和管理能力提出了更高的要求。
相比之下，國內大多數芯片企業多采取“Fabless”模式，即專注設計，將製造交由晶圓代工廠進行。雖然這種模式成本較低，但在車規級芯片的要求下，很難保證質量的持續一致性。
對於正在加速發展的國內車規級芯片企業來說，轉向IDM模式意味着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，這對於大多數尚在爬坡階段的國內廠商來說是個不小的挑戰。
同時，林芝還告訴記者，目前，汽車芯片市場也出現了結構性短缺的現象，主要是低端汽車芯片不缺、高端芯片供不應求。
“汽車芯片廠商大部分是IDM模式，此前擴產的積極性比較低，跟不上新能源汽車市場的發展和迭代需求，但是目前晶圓代工廠、汽車芯片設計廠商積極加大汽車芯片研發，同時，IDM模式的汽車芯片廠商也積極擴張，彌補一些特殊工藝汽車芯片的不足，所以未來高端汽車芯片結構性短缺現象將逐步緩解，供應鏈短缺風險已經在大幅降低。”林芝說。
除了製造模式有待跟進之外，車規芯片漫長的驗證流程也是國產芯片廠商不得不邁過的一個坎兒。
吳全指出，通常車規芯片從設計到量產上車約需3.5—5.5年的時間，中間需經歷嚴格的車規級驗證過程。車廠對芯片的要求遠高於消費電子，尤其在可靠性、安全性、溫度適應性等方面有着極高的標準。汽車關係到人身安全，因此車規芯片的失效率必須控制在極低水平，通常需要經過高溫高溼、高壓等極端條件下的長期測試。即使通過了這些嚴苛的驗證，最終被車廠選用，國產芯片仍需面對產能穩定、持續供應以及售後支持等方面的挑戰。
“我接觸了很多廠商，他們想用國產，但國產產品不能用，或者不能達到他們的要求，這種情況還是存在的。因爲測試成本在那裡，一旦出問題就是一條生產線或一批車型出問題，這個成本誰來承擔呢？”吳全向記者強調。
“車規級芯片測試驗證週期較長的原因是與人的生命密切相關，如果不能保證芯片可靠穩定，汽車廠商一般不會使用。如果要以犧牲客戶或者產品品質爲代價，汽車廠商也不會同意。要加快測試驗證週期可以通過購買或者收購已經通過測試認證的技術方案，然後再跟進研發，不斷升級芯片規格。”林芝亦告訴記者。
在此背景下，國產芯片廠商想要攻入車廠，就需要拿出遠高於行業的標準，來證明自身產品的可靠性。
“我們在國內很多主機廠的車規級芯片驗證中，客戶對產品的標準是遠遠高於行業標準的。”敖立滿亦向記者表示，“尤其是在主驅應用這一塊兒，車企可能對國產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”。
敖立滿同時告訴記者，方正微電子的產品是國內第一個通過車規級3000小時驗證的，而常規的車規級產品驗證，通常要求都爲1000小時。
“我們不管是在材料端、設計端、晶圓製造端、封裝測試端等，都採取了更多的加嚴措施，高於行業標準來做，所以我們纔有信心去做更加長期的可靠性測試。”敖立滿說。
在採訪過程中，記者注意到，受訪的業內人士普遍認爲，功率半導體是短期內國產芯片廠商最好的突破方向。
功率半導體在新能源汽車等應用領域中，通常採用90nm以上的成熟製程工藝，這與計算芯片對先進製程的需求不同。這一特性使得國內廠商在中低端功率半導體的生產上具備了一定的自主能力，能夠滿足國內不少整車廠的基礎需求。然而，在高端功率半導體方面，如高效能碳化硅器件和IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）模塊，國產技術仍與國際領先水平存在明顯差距，關鍵技術和產能在很大程度上還依賴進口。
“在全球競爭中，功率半導體可以成爲我們與國際巨頭抗衡的一個切入點。”吳全表示。不過，他亦向記者強調，車規級MCU、SoC（系統級芯片）與傳感器，會是未來國產替代最快的三大領域。
研究機構致同諮詢在其發佈的2024年車規級芯片研究報告中指出，在車規級MCU領域，國內廠商主要包括芯旺微、比亞迪半導體、傑發科技等，國外競爭對手主要包括瑞薩、恩智浦、英飛凌等；車規級SoC芯片中智能座艙芯片已有國產廠商供應，例如地平線，但主要供應商仍爲國外廠商，尤其在單價40萬元以上車型市場中，英偉達、英特爾、高通佔有較大份額。
“這些跟智能駕駛、智能座艙相關的芯片可能更能夠支持汽車的差異化賣點，對於車企來說，至少需要掌握對芯片的控制權，雖然他們不一定要自己生產，但一定要具備掌控能力。”吳全向記者強調。
The END
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