國產模擬芯片的進階考驗

電子發(fā)燒友網報道（文/梁浩斌）近年來，消費電子市場持續(xù)走弱，隨之而來的是變化是，消費電子市場在過去一直作為全球半導體重要增長點，如今這個重要增長點開始轉向了工業(yè)、汽車等領域。

當然，目前如火如荼的國產芯片行業(yè)也同樣有著從消費往汽車的趨勢，一方面是汽車芯片過去兩年里一直面臨缺貨問題，變相加速提高了國產替代的接受度，國產汽車芯片需求高漲；另一方面是經歷早期消費電子低價廝殺階段，利潤較低，同時消費電子市場低迷，芯片公司亟需尋找新的增長市場。

增速最快的汽車市場，國產模擬芯片的進階考驗

從應用市場來看，根據IC insights的預測，在專用模擬芯片分類中，2022年汽車市場將占其中27.35%的份額，是專用模擬芯片的第二大應用市場，僅次于通訊；同時汽車也是專用模擬芯片增速最快的下游市場，預計2022年增長達到17%。

從芯片的應用場景來看，“消費－工業(yè)－汽車”是很多芯片廠商所選擇的發(fā)展路線。從消費電子到工業(yè)、再到汽車，工作環(huán)境越來復雜，對于芯片本身可靠性提出了更高的要求。潤石科技副總經理閆廣亮對電子發(fā)燒友網表示：“消費電子和工業(yè)市場，在我們看來沒有本質的區(qū)別，我們的產品并沒有像海外巨頭一樣區(qū)分為消費級、工業(yè)級，從開始都是按照工業(yè)級的標準在設計和管控品質，畢竟不論面對什么樣應用的用戶，我們都要對自己的產品品質負責。當然這里就牽涉到失效率接受度的問題，消費類電子可能幾十個ppm的失效率用戶能接受，而工業(yè)市場可能只能容忍十幾個ppm的失效?！?/span>

展開來說，汽車芯片產品從開發(fā)到制造工藝，甚至是最終導向市場，打入汽車供應鏈的階段都與消費電子產品有多方面的差異，而其中的差異之大，甚至可以用“另一個世界”來形容。首先是從失效的指標上，閆廣亮指出，汽車電子期望做到零失效，包括ISO26262體系、IATF16949體系、AEC-Q100認證等都是從研發(fā)、生產到測試的各個環(huán)節(jié)來盡可能降低失效率，保證產品品質的高可靠性。

關于產品開發(fā)階段的差異，納芯微電子市場總監(jiān)葉健介紹道：“為了滿足下游消費市場不斷迭代升級的需求，消費電子的一大特點是對客戶需求進行快速響應，在產品開發(fā)階段可能會更激進，主要考慮成本、時效性等因素；而汽車類芯片的開發(fā)，則對穩(wěn)定性、可靠性要求更高，會更加傾向于采用成熟的產品和技術，也會優(yōu)先考慮成熟的制程工藝。”

具體而言，汽車芯片與消費類、工業(yè)類的芯片相比，更加注重可靠性、安全性和長期性。前面也已經提到，可靠性的一個重要指標就是失效率，汽車芯片期望做到零失效。但汽車芯片種類繁多且復雜，產品一致性以及可靠性上的高要求，顯然對芯片廠商提出了很高的要求。

而安全對于汽車芯片產品來說同樣是關鍵，汽車關系到生命安全，保證汽車安全的前提是需要汽車在機械、電子部分不出錯，避免由系統功能性故障而導致的不可接受的風險。作為汽車電子系統的關鍵一環(huán)，汽車芯片從產品研發(fā)到量產階段需要充分考慮功能安全，在芯片達產前需要進行大量的測試驗證工作。

另外，汽車產品本身的開發(fā)周期、迭代周期都比消費電子漫長得多，對于汽車芯片來說，要配合新車型從開發(fā)到上市驗證階段，需要在設計之初就要滿足客戶前瞻性的需求。同時，開發(fā)周期長，也意味著前期投入的巨大，包括前面提到的多項車規(guī)級認證，在技術、資源、時間成本上對芯片廠商提出了較大的考驗。

海外巨頭壟斷，本土模擬廠商打進汽車供應鏈的關鍵

長期以來，汽車芯片供應鏈一直由海外巨頭比如恩智浦、英飛凌、瑞薩、TI、ST等所主導，加上汽車芯片本身的長周期性，以及對于可靠性、安全性的考慮，經過多年驗證的海外品牌產品，自然是主機廠更加穩(wěn)妥的選擇。所以對于進入汽車市場相對較晚的本土模擬芯片廠商來說，打入汽車供應鏈并不是一件易事，不僅要產品經得起考驗，還需要獲得主機廠的信任。

不過，過去兩年間汽車芯片持續(xù)緊缺，其實也為本土模擬芯片廠商打入汽車供應鏈帶來了一些契機。大環(huán)境給了國內供應商一個試驗的機會，整車廠商還有很多方案設計公司都愿意嘗試導入國產品牌，閆廣亮表示：“當然這并不是說我們，包括友商在內就準備好了，而是形勢倒逼國產品牌的導入?！?/p>

對于進入汽車供應鏈的關鍵，葉健表示芯片公司需要在質量以及產能保障上下足功夫。

具體而言，車規(guī)產品不僅僅是通過AEC-Q100可靠性認證，還需要考慮完整產品生命周期。“以納芯微為例，公司長期、全面的質量管理體系意味著從產品的研發(fā)到生產的過程中，都會嚴格遵照質量管控的規(guī)范。納芯微一直很重視在質量體系上的投入，包括人員、組織架構、產品研發(fā)和量產流程等環(huán)節(jié)都有全面的質量管理方針，并確保具體落實和執(zhí)行?！比~健補充道。

在具有完備的質量體系后，還需要有可靠的產能保障，特別是在今年汽車芯片出現全球性短缺的情況下，如何保證穩(wěn)定供應，成為了芯片廠商的頭號難題。

“半導體行業(yè)的特點是‘非即時生產?！瘡目蛻粝聠?，到產品交付，通常需要幾個月的周期。建立穩(wěn)定的供應鏈體系，保證產能，不論在‘缺芯’或‘不缺芯’的時期都非常重要。納芯微注重建立穩(wěn)定的供應鏈體系，通過與上游晶圓代工廠、封測廠緊密合作與配合，不斷積累供應鏈的管理經驗，以保證運營效率和產品質量。在整個產業(yè)鏈遭遇黑天鵝事件頻發(fā)的情況下，納芯微發(fā)揮其供應鏈的韌性和靈活性，幫助車廠做好保供工作?！?/p>

而結合潤石的經歷，閆廣亮認為打入汽車供應鏈有三個關鍵難點：首先就是對整個車規(guī)體系的認識和搭建，有很多細節(jié)的、專業(yè)的東西，需要專業(yè)化的團隊；其次是品質的管控和持續(xù)優(yōu)化，實現零ppm需要全方位地持續(xù)跟蹤、優(yōu)化措施，這是個需要長時間積累的過程；最后是投入非常大以及試錯成本非常高，由于汽車電子關乎人的生命安全，一旦產品出現涉及交通安全的個案，都非同小可。

另一方面，模擬芯片是與制造工藝相關性很強的產品，比如要做超低噪聲的運放，就要求工藝模型的噪聲足夠小。因此，海外巨頭大多采用IDM的模式，即設計、制造、封裝都由自己工廠完成，相對而言更好地掌握工藝。

而國內模擬芯片公司幾乎都采用了Fabless模式，閆廣亮也表示，在工藝方面短期來說確實是個制約，但潤石也有相應的解決方法。

“一方面我們在電路設計上做創(chuàng)新設計和優(yōu)化，一方面結合市場目標客戶的真實應用需要，參數上做折中平衡，做到夠用的水平。當然上游晶圓廠也在不斷地優(yōu)化其工藝，這也是個相互促進的過程，當我們出貨量上來，上游也會更快速地根據用戶的需要優(yōu)化工藝?！?/p>

國產車規(guī)模擬芯片產品正在加速落地

如今汽車芯片國產替代的浪潮下，芯片廠商蜂擁入局汽車芯片，不少廠商已經推出了一些產品。前面也提到打入汽車供應鏈并不是一件易事，我們從一些Tier1以及主機廠中了解到，相當一部分用戶對于國產汽車芯片仍持有謹慎態(tài)度，他們會嘗試用國產汽車芯片做測試，但只是作為備份方案，特別是在一些關鍵的零部件上，比如電動汽車的核心三電系統。

“這是可以理解的，國內模擬芯片供應商也都是剛剛開始切入汽車級芯片，芯片的可靠度在汽車上用究竟如何并沒有經過足夠長時間的實際驗證，而一輛車的使用壽命卻要十年以上?！遍Z廣亮坦言，潤石科技進入汽車電子市場也面臨著同樣的難題，如何證明各種嚴苛應用條件下的產品品質是比較難的。

“我們也無法模擬到所有的應用條件和工況條件。基于已經在工業(yè)市場、醫(yī)療電子和儀器儀表領域的出貨情況和品質統計數據，還有我們品質控管團隊的專業(yè)化能力，我們還是有一定的措施和數據做支撐的，這也是我們敢于接受用戶嚴苛測試的保障。”

對于此前被稱為“車芯第一股”的納芯微來說，葉健認為“缺芯”潮給國產芯片公司帶來了更多進入汽車供應鏈的機會，但進入該門檻之后，車廠也會進一步評估國產芯片公司的專業(yè)性、可靠性等因素。同時他表示，納芯微專注于“長期價值”，除了抓住此次浪潮機會，更憑借自身的專業(yè)能力建設，比如完善的汽車級質量體系、豐富的車規(guī)級產品系列、高效的汽車團隊，為長期地、專業(yè)地服務汽車客戶打下良好基礎。

據了解，納芯微自2016年起積極布局應用于汽車電子領域的芯片產品，目前在信號感知、系統互聯、功率驅動三大產品方向均有符合AEC-Q100可靠性測試標準的產品型號應用在汽車領域。比如微電流傳感器NSM201X系列，適用于新能源汽車OBC和空調熱管理系統中PTC加熱器的隔離電流采樣；多通道數字隔離器NSi82x系列，可以用于三電系統中的高壓模塊，比如OBC、BMS、逆變器、電動空壓機、PTC驅動器等；針對碳化硅功率器件在新能源汽車上的應用趨勢，NSi6601M能適用于高壓高頻的應用；今年納芯微還推出了專為汽車電池為系統供電應用場景設計的車規(guī)級LDO NSR31/33/35系列芯片，適合待機功耗要求高的汽車應用。

而在8月初，潤石宣布其運算放大器RS722P/RS724/RS721P，電平轉換RS8T245及邏輯芯片RS1G08通過車用IC可靠度 AEC-Q100 Grade 1認證。這也是潤石首批通過車規(guī)認證的產品，而接下來2022年潤石還將會在多個產品線上有超過20顆芯片料號陸續(xù)通過AEC-Q100 Grade1的認證測試。

在談到近年國內模擬芯片公司的上市熱潮時，閆廣亮透露潤石科技也在按計劃走，積極布局，研發(fā)上穩(wěn)步突破一些技術壁壘，市場上重點耕耘汽車電子、工業(yè)、新能源，建立自己的行業(yè)優(yōu)勢，為未來籌劃進入資本市場做足工作。