車規(guī)級芯片距完全自主還有多遠

折騰3年之久的汽車芯片短缺問題，雖然還沒完全落下帷幕，但給國內相關產業(yè)鏈帶來不少啟示。

“中國對車規(guī)級芯片的需求量特別高，因此更加需要芯片在中國本土化生產，才能確保汽車行業(yè)持續(xù)生產和經營?！?月11日晚，全國人大代表、廣汽集團總經理馮興亞在全國人大廣東省代表團駐地接受媒體采訪時，提出了汽車端的迫切需求。

場外，中國芯片產業(yè)正在崛起。

2月底，全球知名知識產權機構Mathys＆Squire發(fā)布的全球半導體（芯片）專利數據顯示，截至2022年9月，全球半導體專利過去一年申請量為69194件，刷新歷史紀錄，同環(huán)比雙增。

此中值得注意的是，中國申請數量占全球比例達55％，排名第一。美國為18223件，比例為26％，不到中國申請量的一半。

這顯然是個好消息，它意味著中國芯片產業(yè)正步入高速發(fā)展階段。然而，上海芝能初行信息科技有限公司創(chuàng)始人陶冶認為，中國專利數量世界第一，主要是如今設計公司層出不窮，但其并不具備制造能力。

技術卡脖子的局面還在持續(xù)，多國對中國科技打壓程度越來越嚴重。3月8日，荷蘭政府以國家安全為由，宣布對半導體技術出口實施新的限制，具體新規(guī)定將在“夏天之前”公布。此前，美國曾向荷蘭施壓，要求其停止向中國出售阿斯麥公司(ASML)的***。

好在中國車企和芯片企業(yè)一直在采取不同方式，應對未來可能面臨的危機。

3月1日，寒武紀表示，子公司行歌科技與中國一汽達成合作，行歌科技將依托自身優(yōu)勢，滿足中國一汽在智能駕駛領域的芯片需求和應用部署。

再往前，2月22日，武漢經開區(qū)攜手東風公司前往上海招商“引芯”，與當地車規(guī)級芯片領軍企業(yè)對接、磋商，商討打造自主可控、安全穩(wěn)定的國產化車規(guī)級芯片供應鏈。

中國車企與國內芯片企業(yè)的融合度正在加深，但還遠遠不夠。目前，中國汽車芯片供應仍以外企為主。在國外限令隨時可能出現變卦的風險下，國內汽車業(yè)和芯片業(yè)岌岌可危。

中國汽車行業(yè)和芯片行業(yè)，是時候站出來做出更深遠的謀劃了。

01.

需求旺盛

一般而言，芯片分為消費級、工業(yè)級、車規(guī)級、軍工（航天）級等4個等級。與消費級、工業(yè)級相比，車規(guī)級對芯片的穩(wěn)定性、安全性、可靠性要求更高。

按使用功能劃分，車規(guī)級芯片包括計算與控制芯片、傳感器芯片、功率半導體、模擬和通信芯片、存儲芯片等種類。

其中，計算與控制類芯片主要用于計算分析和決策，如單片機MCU和系統(tǒng)級芯片SoC；功率類芯片主要負責功率轉換，多用于電源和接口，如IGBT和MOSFET；傳感器類芯片主要負責車身狀態(tài)和外界環(huán)境的感知和采集，包括車輛感知和環(huán)境感知。

▲地平線Matrix5智能芯片

模擬芯片主要處理自然模擬信號的集成電路。通訊芯片主要用于總線控制、藍牙或Wi-Fi等方面。存儲器芯片則用于數據儲存。

行業(yè)專家表示，要達到車規(guī)級，原廠和芯片要經過質量管理體系、功能安全等認證，常見的國際認證有ISO/TS16949（判斷一家芯片原廠是否具有車規(guī)級芯片設計、生產流程管控能力）、AEC-Q100（判斷芯片產品是否具備車用資格的標志之一）、ISO 26262（判斷芯片產品是否具備車用資格的標志之一）等。

目前，中國還沒有一套屬于自己的芯片標準體系。

一顆小小的芯片，誕生之路并不容易。芯馳科技副總裁徐超曾表示，一顆車規(guī)芯片從設計到上市，需要2~3年，而一輛車的整個生命周期需要10年之久。如何把芯片供應5~10年，再支撐車輛5~10年的售后保障，是考驗芯片供應商的一個重要課題。

車規(guī)級芯片雖然制作費時費精力，但市場需求卻出奇地高。作為智能汽車的“大腦”，車規(guī)級芯片廣泛應用于動力、車身、座艙、底盤和安全等領域，車輛智能化程度與芯片數量成正比。

一方面，隨著汽車電動智能化發(fā)展，單車的芯片用量繼續(xù)上升，新能源汽車平均每輛車要1500顆芯片，未來到自動駕駛階段將超過3000顆芯片，遠遠多于消費類電子產品的芯片量。

江蘇省半導體行業(yè)協(xié)會秘書長秦舒曾表示，汽車電子占整車成本的比重，已從2012年的25%上升到2021年的55%。根據賽迪數據，預計2025年，乘用車電子成本在整車成本中占比有望達到60%。

另一方面，市場對新能源汽車的需求持續(xù)高漲，車規(guī)級芯片需求量隨之正向增長。今年1-2月，新能源汽車銷量同比增長超過20%，2022年同比增長達93.4%。

▲圖表來源：汽車工業(yè)協(xié)會

在芯片行業(yè)，大部分企業(yè)雖然全年業(yè)績不亮眼，但汽車業(yè)務均成業(yè)績增長主力。英飛凌甚至在2月宣布，汽車部門的產能在2023財年已全部售罄。

對于汽車行業(yè)而言，車規(guī)級芯片越來越重要，促使車企與芯片制造商關系邁入新階段。用黑芝麻智能CMO楊宇欣的話來說是：汽車公司與芯片企業(yè)從供需關系正走向共創(chuàng)，兩者的關系正發(fā)生改變。

02.

外憂：阻礙先進制成發(fā)展

汽車公司與芯片企業(yè)越來越緊密的關系，并不能解決天災人禍帶來的威脅。

從去年10月份起，美國對中國的芯片產業(yè)進行了新一輪的全面打壓。按照當時禁令，其對18納米以下DRAM內存的生產設備、128層以上NAND閃存生產設備，以及14納米以下邏輯芯片的生產設備全部禁售。

顯然，美國欲借此阻礙中國科技發(fā)展，延續(xù)卡脖子。在此背景下，國內芯片企業(yè)生存情況不容樂觀。根據統(tǒng)計信息，2022年國內注銷、吊銷的芯片相關企業(yè)數量高達5746家，比2021年數量增長了68%。

到了今年，情況進一步惡化。2月28日，美國商務部發(fā)布一系列文件，啟動《芯片與科學法案》有關390億美元芯片補貼的申請程序，意味著主要為了限制中國芯片產業(yè)發(fā)展的“芯片禁令”開始實施。

在美國，獲得資助的芯片企業(yè)被要求簽訂協(xié)議，10年內限制在“受關注國家”擴大半導體制造能力。他們不能與涉及敏感技術的海外實體進行任何聯(lián)合研究或技術許可工作。

美國一方面利用相關法案來提升自己實力，遏制中國科技發(fā)展；另一方面攜手他國聯(lián)合封鎖中國發(fā)展路線。

1月末，據外媒報道，美國、荷蘭、日本三國政府達成協(xié)議。三國將組建反華技術封鎖網絡：荷蘭或全面禁止向中國出口DUV***和配件、技術服務；日本將全面禁止出口半導體生產制造配套材料和原料。

最近，這一消息有了新進展。3月8日，荷蘭政府以國家安全為由，宣布對半導體技術出口實施新的限制，具體新規(guī)定將在“夏天之前”公布。

“一旦各項限令正式實施，中國先進制程芯片發(fā)展道路將被堵死，目前沒有解決之道。”有專家認為。

此前的部分條令已經對中國芯片產業(yè)產生負面影響。今年以來，中芯國際因瓶頸機臺交付延遲，量產時間一再延遲。

2月初，中芯國際表示，2022年底，中芯京城進入試產階段，因瓶頸機臺交付延遲，量產時間預計推遲一到兩個季度。3月6日，中芯國際再次表示量產時間相應延遲。

雖然中芯國際未披露瓶頸機臺是何半導體設備，但其表態(tài)證實了我國芯片企業(yè)現狀不佳，未來發(fā)展堪憂。早前，中芯國際給出的“2023全年指引”稱，銷售收入預計同比降幅為低十位數。

▲圖表來源：中芯國際投資者關系活動記錄表

作為國內芯片制造技術最先進的廠商之一，中芯國際的產業(yè)結構主要圍繞著智能領域展開，包括新能源汽車、5G等。

由于無法獲得更高制程的***，中芯國際的芯片制程只能停留在14nm，而且，由于在工藝上不夠成熟，目前中芯的主要發(fā)力點在28nm。

當前現狀是，中國車企與國外芯片巨頭深度捆綁。2022年，中國汽車***供給率不足10%，車規(guī)級成熟制成芯片以國外為主，快速抽身談何容易。

中國電動汽車百人會供應鏈研究與合作中心主任高翔表示，28nm是成熟制程與先進制程的分界線，28nm及以上的制程工藝被稱為成熟制程，28nm以下的制程工藝被稱為先進制程。應用在汽車領域的芯片，對于制程工藝的要求其實并不高，大部分汽車芯片只需要成熟制程工藝。

“不過車用芯片相較于消費級和工業(yè)級芯片而言使用工況更惡劣，壽命要求更長，安全和可靠性要求更高。國際一線車企和Tier 1企業(yè)（一級供應商）對芯片產品和供應商有非常嚴格的評價標準，而且車規(guī)級芯片的前期開發(fā)及驗證期很長。我國車企之前主要采用國際知名大廠的芯片，而且都已經經過國際一線車企驗證過?！备呦韪嬖V幫寧工作室。

▲購物網站上的英飛凌MCU芯片

目前，汽車身上搭載的芯片仍以中低端為主。麥肯錫在2022年年底的一項分析中表明，汽車芯片主要采用40nm以上成熟制成，90nm占據主導地位，采用40nm工藝構建的新芯片至少需要5年時間才能通過驗證。因此，新一波工藝升級熱潮要到5~7年后才會掀起。

“美國限令的目的體現在兩方面：一方面想把自己的產業(yè)鏈補齊，另一方面是阻礙中國發(fā)展高端芯片。”中國電動車百人會副理事長董揚認為，美國還是希望中國繼續(xù)購買他們的芯片，而非自我發(fā)展、自我供應。

03.

內患：難形成規(guī)模效應

我國汽車芯片產業(yè)發(fā)展到了哪個階段？

自芯片短缺、美國發(fā)布限令后，中國芯片產業(yè)被倒逼著高速發(fā)展?！爸袊圃煺谟傻投宿D向高端發(fā)展。”董揚認為，這是芯片產業(yè)發(fā)展不同階段造成的影響。

“目前，大部分企業(yè)高制程的制造端受到技術限制；28nm以上的成熟制成芯片，國內芯片設計公司都能做，但他們沒有足夠的產能來形成利潤?！碧找北硎?。

董揚則認為：“汽車身上搭載的并不都是車規(guī)級芯片。受芯片短缺影響，有些車企拿不到車規(guī)級芯片，就用工業(yè)級芯片代替，這不能用對錯去評判?！?/p>

有專家表示，車規(guī)級和消費級、工業(yè)級芯片的區(qū)別主要體現在4個方面：

一是DPPM（每百萬缺陷機會中的不良品數）。消費級小于500個，車規(guī)級要求0~10個，工業(yè)級則介于兩者之間。

二是壽命。消費級是3~5年，工業(yè)級要求10年，車規(guī)級則要求15年。

三是可靠性。消費級和工業(yè)級芯片認證標準是JESD47，車規(guī)級芯片是AEC_Q系列。

四是溫度范圍。消費級芯片要求-20~70℃，工業(yè)級芯片要求-40~85℃，車規(guī)級芯片要求-40~150℃。

在先進制成領域，我國芯片企業(yè)對進口裝備較為依賴。百人會副理事長兼秘書長張永偉曾表示，在汽車芯片價值鏈中，制造設備和封測設備占比約為16%，主要分布在歐美日，核心半導體設備是我國汽車芯片產業(yè)鏈的短板之一。

蓋世汽車研究院報告顯示，在芯片中下游的芯片設計、芯片制造、封裝測試、系統(tǒng)集成環(huán)節(jié)，中國企業(yè)對海外的依賴性相對不強，但是上游的EDA、核心IP、晶圓制造是卡脖子的核心技術所在。

在馮興亞今年遞交的兩會提案中，有一段話可總結我國芯片產業(yè)的現狀和問題：算力和穩(wěn)定性高的車規(guī)級芯片的國產化率仍較低，芯片產業(yè)鏈發(fā)展結構失衡，國產化應用體量不足、拉動效應不高，***的整體配套保障仍有待提升，標準體系仍需完善。

“不怕美國全面禁止芯片出口，就怕只禁止芯片制造設備出口?！币唤咏酒髽I(yè)的人士表示，“不過，我們的發(fā)展速度也很快。目前國產arfi產線已經在跑測試，預計幾年后成熟。euv產線還處于子系統(tǒng)研發(fā)階段，估計2035年才能出現原型機?！?/p>

04.

加快發(fā)展

形勢不樂觀，中國車企和芯片制造商以及行業(yè)協(xié)會該如何攜手共渡難關？

董揚認為需要從3個方向去努力：

首先是加強技術攻關。中國要加強和芯片有關的基礎學科研究、技術人才教育、基礎學科建設工作。

其次，建設芯片發(fā)展生態(tài)，包括建立國內汽車芯片標準體系、檢測體系，建立健全相關服務機構。

最后，軟硬件設計者、制造者、應用者等產業(yè)鏈上下游加強合作，形成虛擬的垂直整合制造（IDM）模式。

資料顯示，目前芯片行業(yè)有3種運作模式，即IDM、Fabless和Foundry。IDM集設計、制造、封裝、測試于一身。虛擬IDM模式指無需自身組織晶圓制造等生產加工環(huán)節(jié)，企業(yè)可專注于集成電路設計與銷售環(huán)節(jié)，自身運行更加輕便靈活，降低集成電路設計企業(yè)的初始進入成本。

高翔建議，國內車企首先要給***企業(yè)機會，使其對產品、技術不斷改進和加強；同時，國內車企還需牽頭，在全產業(yè)鏈協(xié)同助力下，提升芯片的能力。最后，還需車企間協(xié)同發(fā)展，比如對某款芯片制定統(tǒng)一標準，進而提升該款芯片規(guī)模，通過規(guī)?；瘉斫鉀Q成本問題。

這與部分專家的建議不謀而合。有專家希望，中國汽車企業(yè)能進一步擔起主導責任，結合實際，對各類車用芯片的品種、數量、發(fā)展趨勢等“心中有數”，與供應商建立長期戰(zhàn)略合作關系。

“從行業(yè)特點來看，芯片產業(yè)對規(guī)模化要求很高，而汽車芯片相對消費芯片，需求量至少低一個數量級，而且車企需要芯片供應商長期穩(wěn)定的供應，未來國內自主芯片產業(yè)也會逐步趨于集中，慢慢出現巨頭芯片企業(yè)。”高翔認為，這和動力電池行業(yè)發(fā)展模式類似，企業(yè)需要強強聯(lián)合，形成頭部效應后，才有打進國際主流市場的可能。

目前，國內車企正在與國內芯片制造企業(yè)加深聯(lián)系。2月24日，地平線與北汽集團達成戰(zhàn)略合作，基于全系列征程芯片，北汽集團將實現旗下多個自主品牌智能化產品的研發(fā)和應用，首款量產合作車型預計今年落地。

馮興亞此前表示，廣汽集團作為整車企業(yè)，也應該關注零部件產業(yè)，為其健康可持續(xù)發(fā)展作出努力。一方面購買更多***，鼓勵芯片企業(yè)加強研發(fā)生產。另一方面，廣汽集團內部增加對芯片企業(yè)的投資，幫助他們發(fā)展。

在汽車芯片方面，百人會成立了一個半導體合作平臺，已發(fā)展近兩年。其發(fā)力點是拉通主流車企、Tier 1企業(yè)、芯片設計公司、晶圓廠、封測廠等，各鏈條龍頭企業(yè)提出需求和痛點，大家一起探討解決。若探討形成共同建議，由百人會向政府傳達。

發(fā)展至今，中國車規(guī)級芯片已完成從無到有的蛻變，下一步目標是從有到好。

自主之路道阻且長，行則將至，同志仍需努力。

審核編輯 ：李倩