汽车“芯”问题 | 亟需构建汽车芯片新生态

 

 

从去年下半年起，全球汽车行业遭遇了始料未及的打击——芯片短缺，截至目前，“缺芯”依然在发酵。值得注意的是，中国作为全球最大的汽车市场，产业规模占全球市场30%以上，但自主汽车芯片产业规模仅占全球的4.5%，供需差距较大。另外，国内90%的芯片依赖国外进口，可见，中国汽车芯片突围之路并不简单。

 

芯片对汽车产业的影响究竟有多大？中国车规级芯片技术究竟发展到了什么阶段？面对困境，我国应如何强化本土芯片制造能力？带着上述问题，《汽车观察》记者对中国汽车工程学会副秘书长、国际汽车工程科技创新战略研究院副院长张旭明进行了独家专访。

 

1000亿美元“大蛋糕”

 

数据显示：传统燃油车单车用芯片数量约700多颗，纯电动汽车单车用芯片数量约1100多颗；预计到2030年，整个车载AI芯片市场的规模将达到1000亿美元，并成为半导体行业最大的单一市场；另外，随着智能驾驶技术的应用，L4级以上的智能网联汽车单车芯片成本将超过1000美元。 

 

谈及芯片对汽车产业的影响，在张旭明看来，芯片对汽车制造的价值不可小视，“作为核心关键基础器件，随着电动化、智能化、共享化的发展，车用芯片数量越来越多，对汽车也越来越重要。而实现车规级芯片国产化，对于保障我国汽车产业供应链自主安全可控、推动汽车高质量安全发展具有十分重要的战略意义、现实意义、经济效益。”

 

据了解，车用芯片器件主要包含MCU（车用微控制器）、功率半导体（IGBT、MOSFET等）及传感器等；智能网联汽车用半导体器件还包含ADAS、COMS图像传感器、AI主控、激光雷达、MEMS等。

 

另据张旭明介绍，按照技术难度，一辆汽车上的芯片可分为控制芯片、专用芯片、通用芯片三大类，每类芯片难度各不相同：控制芯片主要用于零部件及整车MCU，技术门槛相对较高；专用芯片更多体现在功能性的需求上，如图像传感器、激光雷达等，有一定的技术门槛；通用芯片如存储芯片、电源芯片等，技术相对简单。

 

周期性问题可得到缓解

 

张旭明强调，在汽车领域，缺芯是全球性的问题，不止中国，大众、戴姆勒、福特、日产、丰田、本田等跨国车企，均面临因芯片短缺带来的减产及延长交付周期的问题。与此同时，缺芯危机也冲击着上游供应链，恩智浦、瑞萨电子、意法半导体等芯片制造商近期也纷纷发布产品价格调涨通知，这也导致汽车制造商处境艰难，利润空间不断受到挤压。

 

张旭明进一步指出，目前全球范围内汽车芯片在半导体产业中的占比不足10%，且投入周期长、导入难度大，收益率较低，从半导体产业来看，对于加大汽车芯片生产的积极性并不太高。例如，随着7nm、5nm等先进制程不断突破，汽车芯片所需的28nm～45nm等成熟产线在被不断缩减，这就导致了汽车芯片高速增长的需求与缓慢增长的供给不匹配，从而出现紧缺现象。

 

另外，汽车芯片区别于其它用途芯片，与消费类芯片相比，车用芯片拥有较高的温度适应、振动、冲击、可靠性等要求。目前产能受到影响最为显著的有12英寸厂的车用微控制器（MCU）与CMOS图像传感器（CIS），其中，28nm、45nm、65nm节点产能最为紧缺；8英寸厂集中在车用MEMS、分立器件、电源管理IC与显示器驱动IC，0.18um以上的节点产能也受到排挤。

 

谈及芯片供应是否影响到了车企产销节奏时，张旭明坦言，芯片短缺对我国汽车市场确实带来了一定影响，但并不像外界报道的那么夸张。“受芯片产能供应不足影响，今年前两个月国内车企产能减产了5%～8%；另由于芯片扩产周期较长以及对未来芯片预期不明晰等原因，导致了汽车行业恐慌性囤货现象。”但总体来看，张旭明认为大部分企业仍可通过统一协调供应商的资源、调整不同车型的排产计划、协调生产计划和市场订单等手段，来缓解芯片短缺这一周期性问题。

 

仍存在较大技术差距

 

近年来，我国在汽车IGBT、AI芯片、计算芯片、高精度传感器等产业链核心环节已涌现出一批自主企业，部分产品已取得突破，并得到了一定应用。但与进口芯片相比，自主芯片在功能、性能、可靠性等方面仍存在较大差距。

 

目前，在功率芯片方面，我国主流IGBT产品来自英飞凌，MOSFET产品则主要来自英飞凌和安森美。“国内企业如嘉兴斯达、比亚迪、中车时代等都已经量产车规级IGBT了，比亚迪IGBT芯片晶圆的产能更是达到5万片/月，预计2021年可达到10万片/月，一年可供应120万辆新能源车。”张旭明补充道。

 

在AI及计算芯片方面，地平线推出Matrix计算平台，搭载自研征程2.0芯片，已与长安、广汽等车企展开了量产合作；华为推出MDC系列解决方案，集成了自研的芯片与实时操作系统；芯驰科技则开发了多款应用于座舱、自动驾驶、车载高速网络等车规级芯片。

 

在雷达系统芯片方面，速腾聚创、禾赛科技、镭神智能、大疆等企业相继推出多款机械/半固态激光雷达产品，产品性能已接近国外产品；森思泰克、承泰科技等毫米波雷达企业产品也已搭载在红旗、东风等量产车型中；岸达科技、加特兰等企业则发布了车规级毫米波雷达芯片并取得了突破性进展。

 

但毫米波雷达收发、激光雷达收发等芯片仍需对性能、稳定性进行进一步验证，才可开展国产替代。可喜的是，我国目前对于系统级芯片、感知芯片、控制芯片、计算芯片、通讯芯片、存储芯片、安全芯片、功率半导体等车规级芯片领域已经涌现出一批企业，部分产品已进入小规模示范验证阶段。

 

例如，华为在信息与通信技术方面，打造了软硬一体的车控基础平台MDC，集成了自研的鲲鹏 CPU芯片、昇腾AI芯片、图像处理芯片等，并搭载自研系统软件模块，打造平台化系列产品，目前正处于产品量产验证阶段。

 

加强产业链协同合作

 

在商业化运作上，张旭明认为，本土汽车芯片制造商应当借助电动化与智能化的发展机遇，加强与汽车产业链各环节优势企业合作，通过联合选定标准、设定检测和技术路线，尽快开展器件/模块测试、系统搭载及整车平台验证的工作，以满足车规芯片的要求。

 

与此同时，政府还应该加强引导与支持，鼓励芯片上下游产业链打造产学研联合体，在芯片设计、制造、封装测试和应用等各环节打造协同创新的新生态。“应将我国的体制优势和市场优势协同起来，形成更有针对性的科技创新和产业链系统布局，以构建汽车芯片产业新生态。”对于中国汽车芯片市场的发展，张旭明给出了以下三条建议：

 

第一，要注重近期重点突破与远期研发布局相结合。对于芯片短缺的问题，不能一哄而上，需要科学布局。既要对近期可能断供的芯片围绕重点产品、重点环节开展重点突破；又要着眼于远期，系统谋划布局芯片全产业链。

 

第二，要注重国际合作与自主研发相结合。既需要开展芯片领域的自主创新，但由于芯片又是一个产业链（芯片设计、晶圆生产、芯片制造、检测认证、生产设备等）高度国际化的产业，又要加强国际合作，尤其是标准方面的国际化。

 

第三，要注重芯片产业生态链建设。芯片突破要进一步加强上下游产业链的协同合作与创新，汽车产业与芯片产业要紧密联合，有序攻克车规芯片设计、工艺封装、评测认证、集成应用、标准制定等关键核心共性技术。

 

2020年2月，《智能汽车创新发展战略》正式发布，提出要推进车载高精度传感器、车规级芯片、智能操作系统、车载智能终端、智能计算平台等产品研发与产业化，建设智能汽车关键零部件产业集群。同年11月，《新能源汽车产业发展规划（2021～2035年）》正式发布，提出要实施新能源汽车基础技术提升工程，并将车规级芯片列为重点。

 

在张旭明眼中，芯片作为“掐脖子”技术，已经提到了国家战略层面，国家相关政府部门不仅高度重视，还召开了多次会议进行讨论：一方面寻求解决方案；另一方面也在加快布局中长期芯片研发规划。毕竟，芯片不仅涉及汽车领域，还涉及到国民经济各个领域。