經(jīng)濟觀察網(wǎng) 記者 鄭晨燁 2024年初至今，方睿所在公司設(shè)計的幾個車規(guī)級芯片產(chǎn)品都進(jìn)入了驗證階段，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?！爸鳈C廠主動尋求國產(chǎn)芯片作為替代，放在我剛?cè)胄械臅r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)計在未來的一兩年內(nèi)，國內(nèi)的碳化硅芯片在電動汽車中的應(yīng)用會大量增長。現(xiàn)在其實正是國產(chǎn)替代的關(guān)鍵時期，而且這是一個從0到1的突破。一旦突破之后，上量的速度會非?？臁！?/p>

上述兩位資深“半導(dǎo)體”人的樂觀，很大程度上要歸功于國內(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現(xiàn)的?！比A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)?；虻归]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)會集成電路設(shè)計分會理事長、清華大學(xué)教授魏少軍在第29屆中國集成電路設(shè)計業(yè)2023年會上提供的數(shù)據(jù)，2023年，中國本土的芯片設(shè)計企業(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周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(xù)下滑，根據(jù)IDC公布的數(shù)據(jù)，2023年全球智能手機出貨量為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（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?！?/p>

對比之下，一部手機的芯片數(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)動機、傳動系統(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)境及車輛運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)，是實現(xiàn)智能駕駛輔助系統(tǒng)（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(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?，車載系統(tǒng)對DRAM（動態(tài)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?？磥恚S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，如自動駕駛、智能座艙、車聯(lián)網(wǎng)等，這些功能的實現(xiàn)都依賴于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(dá)、激光雷達(dá)、超聲波傳感器等多種設(shè)備共同工作，實時分析周圍環(huán)境并作出反應(yīng)，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(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)行實時處理。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，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?！卑搅M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，用于控制電流流動的半導(dǎo)體器件）的生產(chǎn)能力。同時，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)域為數(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?！狈筋娬{(diào)。

“從整個大的市場趨勢來說，電動汽車的發(fā)展是不可阻擋的。關(guān)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(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，一方面是因為汽車芯片測試認(rèn)證周期較消費電子芯片更長，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)展時間才有希望跟上國外廠商的步伐?！盬itDisplay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、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大的設(shè)計能力，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，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)廠商來說是個不小的挑戰(zhàn)。

同時，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)計廠商積極加大汽車芯片研發(fā)，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(jié)構(gòu)性短缺現(xiàn)象將逐步緩解，供應(yīng)鏈短缺風(fēng)險已經(jīng)在大幅降低?！绷种フf。

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

吳全指出，通常車規(guī)芯片從設(shè)計到量產(chǎn)上車約需3.5—5.5年的時間，中間需經(jīng)歷嚴(yán)格的車規(guī)級驗證過程。車廠對芯片的要求遠(yuǎn)高于消費電子，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。因為測試成本在那里，一旦出問題就是一條生產(chǎn)線或一批車型出問題，這個成本誰來承擔(dān)呢？”吳全向記者強調(diào)。

“車規(guī)級芯片測試驗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，汽車廠商一般不會使用。如果要以犧牲客戶或者產(chǎn)品品質(zhì)為代價，汽車廠商也不會同意。要加快測試驗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?！绷种ヒ喔嬖V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)很多主機廠的車規(guī)級芯片驗證中，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”。

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

“我們不管是在材料端、設(shè)計端、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切入點。”吳全表示。不過，他亦向記者強調(diào)，車規(guī)級MCU、SoC（系統(tǒng)級芯片）與傳感器，會是未來國產(chǎn)替代最快的三大領(lǐng)域。

研究機構(gòu)致同咨詢在其發(fā)布的2024年車規(guī)級芯片研究報告中指出，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，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?！眳侨蛴浾邚娬{(diào)。