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【汽车电子】车规级芯片国产化之路如何破局?

来源:全球半导体观察    原作者:罗今飞    

2020年爆发的汽车芯片危机仍在2022年上演,车规级芯片产能紧缺,芯片价格上涨,供货周期延长…汽车市场遭受冲击。

全球市场研究机构TrendForce集邦咨询最新调查显示,受芯片短缺、俄乌冲突、疫情影响,今年一季度全球车市销量年减7%。

另据上汽集团近日透露,今年芯片短缺相比去年虽有好转,但总体仍是供应偏紧的状态;在当前疫情散发反复、供应链仍不稳定的情况下,各家车企仍然在不遗余力地抢芯片,加强资源储备,加快多点布局,加大力度推进车规级芯片的国产化替代。

芯片短缺、价格上涨、车企抢“芯”背后,发展自主可控的汽车芯片成为业界共识,车规级芯片国产化之路任重道远。

01市场潜力巨大,车规级芯片需求旺盛

车规级芯片简单来说指的是应用于汽车上的所有芯片产品,主要分为三类:

第一类负责计算与处理,以MCU(微控制器)与AI芯片为代表,MCU在汽车领域应用十分广泛,雨刷、车窗、座椅,安全系统、BMS控制系统、车身控制和动力控制…都有MCU的“身影”;AI芯片主要应用于自动驾驶领域,可满足汽车极大的运算需求,是智能汽车以及无人驾驶汽车的“大脑”。

第二类是功率半导体,主要应用在汽车动力控制系统、照明系统、燃油喷射、底盘安全等系统当中,新能源汽车需要大量功率半导体来实现车辆频繁的电压变换等需求,以IGBT、碳化硅等为代表。

第三类是汽车传感器,负责把汽车运行中各种工况信息,如车速、各种介质的温度、发动机运转工况等,转化成电信号输给计算机,按照不同用途,可以分类为测量温度、压力、流量、位置、气体浓度、速度、光亮度、干湿度、距离等功能的传感器。

传统汽油车中,平均一辆车或许只需要500到600颗芯片,近年汽车正朝着电动化、智能化、网联化、共享化“新四化”迈进,芯片的地位进一步提升,平均一辆车上搭载的芯片数量高达1000颗以上,一辆新能源汽车搭载的芯片数量可以超过2000颗,而智能汽车搭载的芯片数量更高,据小鹏汽车董事长兼CEO何小鹏近期透露,一台智能汽车芯片的绝对数量在5000颗以上。


图片来源:比亚迪半导体

汽车“新四化”趋势下,多种汽车芯片需求旺盛:智能化趋势催生CIS、MEMS、激光器等传感器芯片需求;网联化趋势之下,ECU、MCU等市场需求高涨;电动化趋势之下,功率半导体等作用凸显…车规级芯片市场潜力巨大。

02国产化率仅5%,车规级芯片难在哪里?

由于国内芯片公司起步晚,技术积累时间不长,占市场主流的美日欧整车品牌拥有固定的供应链,国内芯片公司渗透进度较慢,车规级芯片国产化率较低。

今年两会期间,广汽集团董事长曾庆洪表示,我国汽车芯片自给率不足10%、国产化率仅为5%,供应高度依赖国外。

国内车规级芯片发展现状,由此可见一斑。

与消费类芯片相比,车规级芯片不需要非常先进的制程工艺,但考虑到汽车安全性与功能性,车规级芯片产品在可靠性、一致性、安全性、稳定性和长效性方面有着十分严格的要求。

与此同时,发展车规级芯片不是一件能轻松得到回报的事情,产品研发与认证周期长、投资规模大,车企与国际芯片厂商保持长期稳定合作关系,汽车量产上市后不会轻易更换核心芯片供应商,国内芯片厂商作为“后来者”仍需要一定时间打入车企供应链。

极高的准入门槛以及高难度的发展环境下,车规级芯片国产化发展进程较为缓慢,亟待破局。

随着国际形势变化以及“缺芯潮”席卷汽车市场,汽车产业供应链韧性和稳定性日益受到重视,车规级芯片成为了今年两会热议话题,众多车企大佬发声,希望从政策、多方协同合作、技术等方面改变产业现状,这些建议对解决汽车产业“缺芯”难题,推动车规级芯片国产化发展有很好的参考意义。

03换道超车,国内车规芯片市场锁定新机会

传统燃油车领域,国内企业与国外企业水平差距较大,不过我国汽车产业不断朝“新四化”方向变革,在智能汽车与新能源汽车这条新赛道上,国内外企业站在同一起跑线,国内车规级芯片厂商迎来换道超车新机会,AI芯片、MCU与功率半导体有望成为国内企业追赶甚至赶超国外企业的重要突破口。

目前,国内车用AI芯片“玩家”众多,代表企业包括地平线、寒武纪、百度、阿里、华为等,它们积累了较为丰富的技术经验,产品应用进展顺利。如地平线推出了专为高级别自动驾驶打造的AI处理器征程5,瞄准自动驾驶L4-L5级别。近期,地平线先后宣布与比亚迪、红旗达成合作,征程5将搭载在两家车企的相关车型上。

全球MCU市场高度集中,恩智浦、英飞凌、瑞萨电子等国外芯片巨头占据主要市场,车载MCU也不例外,国内企业渗透率较低,但仍有比亚迪半导体、杰发科技、国芯科技、芯旺微、琪埔维、赛腾微等大批企业实现量产出货,产品主要应用在车灯、车窗、汽车雨刮等低端领域。同时,国内厂商也在积极布局中高端车载MCU市场,以期实现在汽车电子、工业控制、物联网等中高端领域的自主可控。

AI芯片与MCU是汽车智能化的关键技术,功率半导体则对汽车电动化起着重要作用,以碳化硅、氮化镓等第三代功率半导体为代表。

TrendForce集邦咨询预测,2022年碳化硅/氮化镓功率半导体市场规模将成长至18.4亿美金,至2025年可达52.9亿美金。其中,汽车和消费电子应用分别主导着碳化硅和氮化镓功率市场发展。

TrendForce集邦咨询分析师龚瑞骄表示,汽车应用将占据2022年碳化硅市场近67%份额,特斯拉贡献了绝大部分营收,其他参与车企还包括现代、比亚迪、蔚来、小鹏等。

厂商方面,意法半导体、英飞凌、Wolfspeed、罗姆和安森美等碳化硅企业已与各大领先车企建立了全面合作关系。国内厂商也在积极推进本土车规碳化硅进程,并取得了不错的进展,其中包括瀚薪、泰科天润、派恩杰、瞻芯、爱仕特等,以及从事碳化硅模块封装的比亚迪、斯达、芯聚能等。

氮化镓虽受限于可靠性等问题,但已有车企尝试该项技术。相信未来随着硅基氮化镓元件向高耐压迈进,以及垂直结构器件不断突破,氮化镓将有望与碳化硅共同抢占高压汽车组件市场。

结语

未来,随着政策继续力挺半导体产业,新能源汽车、电动汽车持续带动车规级芯片市场需求,半导体产业上下游协同发展,国内企业不断储备技术实力,车规级芯片国产化进程有望加速,国内汽车产业芯片自主可控前景可期。

封面图片来源:拍信网