新能源汽车呼唤“中国芯”

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文 | 车百智库，作者 | 周霜降，编辑 | 阿峰
智能汽车快速发展，2022年上半年我国智能化汽车渗透率已上升至32.4%，预计到2030年我国新车不同级别的智能驾驶将达到70%；汽车智能化有效拉动汽车芯片数量的增长，预计到2030年我国汽车芯片市场规模将达到290亿美元，数量将达到1000-1200亿颗/年。
智能汽车芯片市场量级变得前所未有的大，牌桌上的玩家正在挪换位置。过去牌桌上都是 Mobileye、英伟达这样的老玩家，而在缺芯的倒逼下，我国汽车芯片设计有了快速的进步，有地平线这样奔向台前的明星企业，征程5既定将搭载于比亚迪、红旗、理想和蔚来的新品牌；也有黑芝麻智能这样闷声定大点的企业，上周14号刚获得东风集团旗下东风乘用车首款纯电轿车和首款纯电SUV两款车型的项目定点。
国产芯片正加快上车，一个新的汽车芯片时代已经到来。业界预期，2025年将成为芯片国产化替代的关键节点。要么上车，要么不必再挤上车。
围绕此现象，本文试着回答以下问题：
1、国产芯片上车经历了哪些波折？
2、推动车芯国产化，目前面临的最大风险是什么？
3、国产芯片如何和英伟达等国外厂商争夺市场？
01 风向变了
中国电动汽车百人会的研究团队和国内的机构一起拆了一辆车后发现，汽车芯片的组成远远超出了任何一个智能终端。汽车芯片涵盖众多产品种类，包括控制、计算、功率、通信、存储、电源/模拟、驱动、传感、安全9大类。其中，IGBT负责功率转换的功率半导体，MCU负责车辆控制。这两类芯片是燃油车以及电动车上数量最多的芯片。‍SoC大算力系统级芯片，一般负责汽车智能相关的功能。如今车企军备竞赛比拼的自动驾驶芯片、智能座舱芯片以及云端芯片，都是此类。


上车车规级芯片当中，IGBT算是本土企业最早取得突破的一个大类。
20世纪末期，IGBT角斗场上最为重磅的玩家是德日，中国玩家一直没有姓名。
直到2005年，曾就职于西门子（英飞凌）半导体技术研发部的沈华，关注到中国半导体行业的空白现状创立了斯达半导。
与斯达半导不同，比亚迪与中车时代选择收购。2008年，比亚迪以1.7亿元收购宁波中纬半导体公司。同年中车时代以大约一亿元收购了一家掌握IGBT关键技术的英国企业——丹尼克斯。
一年后，比亚迪IGBT 1.0横空出世，让中国在IGBT技术上实现了从零到一的突破，紧接着比亚迪又相继推出了IGBT2.0、IGBT2.5，实现了自产IGBT芯片的初步尝试。
和比亚迪不同，中车时代布局IGBT的初衷不为造车，而是为了造高铁。当时中国每年都要用掉将近10万只IGBT，进口IGBT芯片的金额高达12亿元，产品交货周期极长，无法满足中国高铁建设规模。
于是时任中车株洲研究所董事长的丁荣军果断拍板建设8英寸IGBT生产线。2014年5月，世界第二条8英寸IGBT芯片生产线成功建成投产。
IGBT生产线建立后，这三家都顺利拿下了主机厂的单子。
2015年，比亚迪开始自供，同时给外部商用车供货；2017年，中车时代切入车规级IGBT，拿下了东风、一汽、长安等车企；斯达半导的主机厂客户分布最广，包括奇瑞、江淮、长安、上汽、广汽本田、江淮大众等国内整车厂，也包括雷诺、通用等海外客户。
2019年，比亚迪、斯达半导的市占率已经达到20%、17%。2020年，斯达半导生产的汽车级IGBT模块合计配套超过20万套新能源汽车、市占率进一步提升达15%。根据2021年报，斯达半导应用于主电机控制器的车规级IGBT模块持续放量，合计配套超过60万辆新能源汽车，市占率继续上升。
相比IGBT，车规级MCU国产化晚很多，直到2018年比亚迪成功推出第一代8位车规级MCU芯片，才实现零突破。一年后，比亚迪的第一代32位车规级MCU芯片成功搭载在了旗下的全系车型上。同年，芯旺微将车规级MCU推向汽车市场。实现了汽车前装产品的量产，并发布32位汽车级MCU。但全球汽车MCU市场依然是海外巨头的天下，市占率超过95%。
在SoC芯片方面，地平线、黑芝麻等汽车芯片领域的“新势力”异军突起，与英伟达、高通等国外传统芯片厂正面刚。
2020年6月，地平线的国内首款车规级AI芯片征程2搭载的长安UNI-T上市，实现中国车规级 AI 芯片的首次上车量产，当年这款芯片出货量突破16万片。今年10月大众宣布24亿欧元投资地平线，其旗下的CARIAD也与地平线成立了合资公司。此外，地平线与比亚迪、奇瑞、长城、江汽、理想、哪吒、岚图等厂商也均有合作。
黑芝麻智能的华山二号A1000芯片已完成所有车规级认证，也是首个量产的符合车规、单芯片支持行泊一体域控制器的国产芯片平台。目前，黑芝麻已经获取了15个车企的量产项目。
可以说，国产汽车芯片在当下迎来了更好的发展机遇。自主品牌车企已逐渐开始接受和主动拥抱国产芯片，风向开始转变，一些提早布局的芯片公司也开始享受市场红利。
02 三座大山
目前就全球半导体市场竞争格局来看，欧美日等巨头仍占据国内汽车芯片超95%的份额，国内产品的自主率普遍偏低，总体在5%以内，中国汽车芯片进口依赖度极高，要想真正实现车芯国产化还要解决这三大难题。
首先车规是芯片国产化的重要一步。迈过这一步，我们才能离高端芯片的国产化替代越来越近。相比工业级、消费级芯片，车规级芯片在研发、制造、合规、量产等环节都遭遇着更高层级的挑战。
车规的难点就在于汽车所经历的使用环境比消费类电子要严苛很多，如温度，消费芯片的温控区间在 0 ℃ ~125 ℃之间，而汽车芯片要达到 -40 ℃ ~175 ℃的温控区间，而且振动要求是 50G。这种特殊性决定了汽车芯片需要进行三级验证：部件验证、系统验证、整车级验证。
另外车规的供货周期要保证，芯片有十年稳定的供应，并且保证十五年之内芯片不会出现任何问题。这些严苛的条件决定了汽车芯片需要很长的测试和认证流程。比如芯片的老化实验就需要数千小时的测试才能完成，这意味着这一项测试需要的时间就达到半年甚至是一年。车企都不想自己融合了更多技术、算法的智能驾驶方案，因为芯片的可靠性问题被召回。因此，车企对国内生产的汽车芯片产品的信任度低，暂时不敢规模化应用国产芯片产品。


其次，国内汽车芯片全产业链面临短板。中国电动汽车百人会传播顾问沈承鹏认为，我国芯片产业最大的痛点是供应链没有打通。尽管在芯片设计工具及制造、封测环节设备等方面已有很大进步，但在EDA、光刻机等核心技术环节的落后，仍然使国内企业频繁被“卡脖子”。
此外，和国内消费电子高端芯片相似，国内车芯当前也面临着被国外频频施压的困境。今年8月，英伟达称被美国政府要求限制向中国出口两款云端AI芯片A100和H100。10月，美国商务部颁布了新修订的《出口管理条例》，除更加严格限制美企向中国出口芯片和制造设备外，还首次将参与中国境内半导体开发活动的“美国公民、美国永久居民、美国庇护民、位于美国的人士”，列入管制范围，意味着美国将限制所有美籍华人与中国半导体产业沾边。车百智库认为，美国人才禁令，短期内将显著影响国内半导体产业链的正常经营，长期将对中国引进核心半导体人才造成很大限制。
03 破局
汽车行业经历一百多年风雨，内部芯片从未像今天这样重要，伤口开始裂开的时候，意味着革新也在进行。况且从长远来看缺芯是一时的，但围绕汽车芯片的博弈与竞争长期存在，国产车芯要如何与国际芯片大厂同台竞技？车百智库综合中国电动汽车百人会副理事长兼秘书长张永伟等各方观点，认为有以下四个要点：
第一，加强全产业链核心环节的技术提升。
中国电动汽车百人会理事长陈清泰表示，我国在芯片、软件等核心技术环境仍面临较大的 “卡脖子 ” 问题，必须加快提升核心技术自研能力，构建完整而成熟的产业链供应链生态。无独有偶，张永伟在近期举办的全球智能汽车产业峰会（GIV2022）上也表示：必须加强我国汽车芯片在设计、制造、封测、工具链、关键材料、核心设备等全产业链核心环节的技术提升，只有补齐木桶“短板”才无惧被卡。需集中攻关关键核心技术，如光刻机向28nm及以下制造工艺攻关；制造工艺向14nm以下制造工艺攻关；紧跟前沿3D封装、2.5D封装技术发展。
第二，积极推动芯片企业整合，培育龙头企业
全国大大小小芯片企业有很多，但真正符合车规级的企业凤毛麟角。同时，车企在用的各类芯片完全可以压缩重复类别，合并同类型产能，以避免资源浪费。因此，在发展到一定阶段，应鼓励头部企业通过并购联合等方式解决当前“小而散”的问题。
第三，车企要给予本土芯片企业更多“上车”的机会。
国产的芯片能不能在新的环境之下让国产的汽车应用起来，这是我们在新时期推动汽车产业转型的一个战略性的选择，对车企来说，在芯片国产化路径中的任务和路线是要给予本土芯片企业更多“上车”的机会。蔚来汽车供应链发展助理副总裁潘昱表示：作为车企，首先提供一个应用场景，开放整个供应链，拥抱国内的半导体企业；并给予适当的机会，提供风险和失效性验证。如此一来，既可以帮助芯片在应用中迭代、在迭代中完善，也可以帮助整车企业建立自己产能的备胎。
第四，政府要加大政策支持力度及人才体系建设。
针对芯片设计、流片、认证环节，建议补贴EDA和IP、流片及车规级检测认证等支出项目，减轻芯片企业负担；国有产业基金应发挥重要引导作用，率先投资芯片设计、制造、封测以及设备和材料企业，引导市场化投资机构加大投资；推动28nm及以下先进制程车规级制造工艺、光刻机、量测设备等“卡脖子”难题纳入国家重大科技专项攻关目标；鼓励芯片领域研究成果产业化并加强知识产权保护。
半导体行业的竞争，很大程度上是全球顶尖科技人才的竞争，各国都面临着人才缺口，我国更是如此。据中国电子信息产业发展研究院预测，2022年我国集成电路人才缺口将达到25万。全国政协经济委员会副主任苗圩指出，要加大相关人才培养，同时通过专项人才补贴和落户优惠等政策，吸引留学生和海外高级技术人才回流，首先吸引那些被美国限制的在华美籍半导体公司高管和骨干；利用跨国公司看重中国汽车市场的机会，通过低息贷款、税收优惠等政策，吸引他们在中国建立合资、全资公司和汽车芯片研发制造基地；持续推动国内高校集成电路学科建设，完善人才培养体系。
04 尾声
如果说缺芯将是一场持久战，国产化又何尝不是一场漫长的修行。芯片国产化的重构之路需要所有参与者全方位的协同，围绕着我们共同的目标，加速推动国产芯片的大规模上车应用，只有通过产业创新、技术研发的有效结合，才有可能去与国际队抗衡，才能真正打造出一个有中国特色的汽车芯片产业创新生态。
参考资料：
[1]《车规级芯片产业报告（2022版）》，盖世汽车社区[2]《留给国产MCU突围的时间不多了》，远传研究所[3]《芯荒下的转机：国产厂商的汽车芯片「攻坚战」》，深响[4]《这种全球疯抢的芯片，国产替代有何机会和难题》，果壳硬科技