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目前在汽車半導(dǎo)體的各個領(lǐng)域，國內(nèi)都已經(jīng)涌現(xiàn)出一批優(yōu)秀企業(yè)，并正伴隨市場的快速發(fā)展，成為業(yè)內(nèi)亮眼的新星。
今年汽車有多缺芯？5月24日，全球汽車咨詢機(jī)構(gòu)AutoForecast Solutions發(fā)布了一份北美各車企和車型減產(chǎn)評估報告。其中，底特律三巨頭——通用、福特和Stellantis（包括菲亞特克萊斯勒）“穩(wěn)”居前三，受到重創(chuàng)。
不止如此，作為全球高端汽車品牌標(biāo)桿，奔馳、寶馬、奧迪前段時間也紛紛針對缺芯做出反應(yīng)：
奧迪對經(jīng)銷商發(fā)布通知稱，受全球疫情影響，奧迪遙控鑰匙芯片產(chǎn)能不足，自2021年7月5日起，部分國產(chǎn)奧迪車型在交付時，僅提供一把遙控鑰匙和一把機(jī)械鑰匙齒，受影響車輛可通過新裝備號“SOP”識別。待到產(chǎn)能恢復(fù)后，奧迪會及時發(fā)布通知，由經(jīng)銷商為用戶交付第二把遙控鑰匙。
寶馬則選擇了更為簡單粗暴的減配。在5月份，寶馬表示由于全球芯片短缺，旗下多款車型同時迎來配置調(diào)整，主要取消了標(biāo)配的手機(jī)無線充電/Wi-Fi熱點/數(shù)字鑰匙等，價格降幅為0-5千元不等，此外未被提及的部分寶馬車型車鑰匙從金屬材質(zhì)變?yōu)樗芰喜馁|(zhì)，一腳踢功能也被移除，涉及的車型包括3系、5系，X3、X4、X5以及X6等車型，其中不乏國內(nèi)市場的主力車型。
奔馳為了提升芯片緊缺情況下的交付效率，采取了先交付減配車型，后加裝配置的舉措。例如不少奔馳E級車主4月份訂的車需要拖到7月才能提車，并且通訊模塊也要等到芯片問題解決后再進(jìn)行加裝，對于車主的補(bǔ)償方案則是贈送2A+2B保養(yǎng)。
在全球缺芯的大背景下，國際造車巨頭產(chǎn)能不斷減少，國內(nèi)乘用車市場銷量也在不斷下滑。根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會公布的乘用車最新銷量數(shù)據(jù)顯示，7月乘用車共銷售115.1萬輛，環(huán)比下降1.1%，同比下降7%。值得一提的是，7月份中國品牌乘用車共銷售72萬輛，環(huán)比增長4.1%，同比增長22.2%，占乘用車銷售總量的46.4%，比上年同期提升11.1個百分點，實現(xiàn)了逆勢增長。
盡管我國自主品牌汽車發(fā)展有趁勢崛起的趨勢，但汽車芯片仍然幾乎完全依賴進(jìn)口。在2021中國汽車論壇上，我國國家新能源汽車技術(shù)創(chuàng)新中心總經(jīng)理原誠寅指出，目前我國在車用芯片領(lǐng)域的進(jìn)口占比達(dá)到90%，其中，汽車運(yùn)行過程中最為關(guān)鍵的系統(tǒng)芯片，其生產(chǎn)技藝幾乎100%被海外廠家掌握。值得一提的是，由于缺芯問題不斷加劇，我國企業(yè)也在加緊入局汽車芯片生產(chǎn)。
國產(chǎn)汽車芯片企業(yè)迎來機(jī)遇期
自上世紀(jì)70年代中期，汽車發(fā)動機(jī)系統(tǒng)率先采用芯片以后，芯片在汽車電子領(lǐng)域的應(yīng)用不斷拓展。
尤其是隨著汽車從最初的機(jī)械產(chǎn)品逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E7%94%B5%E5%AD%90%E4%BA%A7%E5%93%81/">電子產(chǎn)品，自動駕駛對車輛的感知精度、控制精度和響應(yīng)速度提出了更高的要求，這就需要更多的傳感器(激光雷達(dá)、攝像頭、毫米波雷達(dá)等)、更強(qiáng)大的處理器(自動駕駛主控芯片)和更精確的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(線控系統(tǒng))。
按照尺寸分類，目前行業(yè)應(yīng)用的晶圓主要有6英寸、8英寸和12英寸三種，其中8英寸和12英寸的應(yīng)用量最大。關(guān)于晶圓尺寸的演變，比較公認(rèn)的說法是：1980年代是4英寸硅片占主流，1990年代是6英寸占主流，2000年代是8英寸占主流，2008年之后是以12英寸為主流的市場。
2008年以后，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)爆發(fā)，芯片上下游企業(yè)都在大力投資更為先進(jìn)的12英寸晶圓，并開始逐漸淘汰8英寸晶圓產(chǎn)線。根據(jù)國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會SEMI的統(tǒng)計，截至2019年，12英寸晶圓硅片已經(jīng)占到了晶圓全部出貨量的67%。
然而，8英寸晶圓恰好是汽車功能芯片的對口技術(shù)，隨著汽車對芯片需求量增加，從去年開始，產(chǎn)業(yè)鏈又開始重新加大8英寸晶圓產(chǎn)能投入。
圖：汽車半導(dǎo)體主要部件，平安證券研究所
事實上，在傳統(tǒng)燃油車中，每輛車都要使用幾十至數(shù)百顆芯片。伴隨著新能源汽車和自動駕駛的快速發(fā)展，汽車芯片的占比正大幅度提高。在廣泛的應(yīng)用中，汽車半導(dǎo)體主要分為三大類：主控芯片、功能芯片和其他器件。其中，主控芯片主要包括自動駕駛芯片和智能座艙芯片，是汽車智能化的核心；功能芯片則包括功率半導(dǎo)體、MCU和傳感器，這些芯片可更好地實現(xiàn)汽車中特定的功能。
根據(jù)Wind數(shù)據(jù)顯示，目前，國內(nèi)汽車行業(yè)中車用芯片自研率僅占10%，90%汽車芯片都依賴進(jìn)口。在全球汽車半導(dǎo)體銷售額中，只有不到3%來自中國企業(yè)，歐洲企業(yè)約占37%，美國企業(yè)約占30%，日本企業(yè)約占25%。
不過，目前在汽車半導(dǎo)體的各個領(lǐng)域，國內(nèi)都已經(jīng)涌現(xiàn)出一批優(yōu)秀企業(yè)，并正伴隨市場的快速發(fā)展，成為業(yè)內(nèi)亮眼的新星。
主控芯片：智能化核心
主控芯片是汽車智能化的核心，主要包含自動駕駛芯片和智能座艙芯片兩大類，均具備強(qiáng)大的算力和低功耗，可在滿足大量數(shù)據(jù)計算的同時，降低功耗以實現(xiàn)電動車較好的續(xù)航里程。
自動駕駛芯片
自動駕駛芯片，即自動駕駛域控制器，是一輛汽車實現(xiàn)ADAS功能的關(guān)鍵，其核心性能指標(biāo)是算力和能效比。在智能化快速發(fā)展之前，沒有專門的自動駕駛芯片，相關(guān)的功能由ABS、ESP的ECU負(fù)責(zé)，或者由整車VCU進(jìn)行決策。隨著智能化水平的不斷提高，自動駕駛芯片也得到快速發(fā)展。
在芯片種類方面，自動駕駛芯片主要包括通用芯片(如CPU、DSP和GPU等)和專用芯片(如FPGA和ASIC等)。其中，通用芯片可進(jìn)行多項不同類型的計算，適用于不同的算法或需要持續(xù)改進(jìn)的自動駕駛算法，因此在目前階段應(yīng)用較為廣泛;而與CPU相比，GPU具有更多的計算單元，更加適合于做簡單的重復(fù)計算，因此在做圖像處理時更具優(yōu)勢。專用芯片中，F(xiàn)PGA屬于半定制化芯片，在邏輯計算中更具有優(yōu)勢，同時具有低功耗的特點。
一般而言，自動輔助駕駛系統(tǒng)會通過激光雷達(dá)、攝像頭、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)等傳感器采集車輛和環(huán)境信息，然后依據(jù)信息分析結(jié)果替代人類作出駕駛決策，精準(zhǔn)實現(xiàn)類似加速、制動和轉(zhuǎn)向等駕駛動作。因此，自動輔助駕駛的級別越高，需要采集的信息精度越高、數(shù)據(jù)量就越多，就越依賴更高的算力支撐。
自動駕駛芯片主要的算力單位為TOPS，1 TOPS代表處理器每秒鐘可進(jìn)行一萬億次操作。通常，業(yè)內(nèi)認(rèn)為實現(xiàn)L2級自動輔助駕駛需要的算力在10 TOPS以下，L3級需要30-60 TOPS，L4級需要超過300 TOPS，L5級需要超過1000 TOPS甚至4000+ TOPS。
目前，第三方自動駕駛芯片主要以英偉達(dá)、mobileye為主，國內(nèi)諸如地平線、黑芝麻等也已嶄露頭角。
智能座艙芯片
近年來，隨著整車電子電氣化程度日益提高、架構(gòu)向集中式進(jìn)化，使得傳統(tǒng)的機(jī)械式儀表難以支撐更加智能和便捷的人車交互功能，集成了液晶儀表、抬頭顯示儀、中控屏幕和后座娛樂的多屏融合智能駕駛艙就成了用戶的優(yōu)選。而基于車聯(lián)網(wǎng)等的智能座艙，無疑可以為用戶帶來更智能化、高效、安全的交互體驗。
基于AI技術(shù)，數(shù)字座艙能夠?qū)崿F(xiàn)駕駛員識別、疲勞駕駛監(jiān)測等功能。例如，當(dāng)駕駛員靠近汽車時，車載攝像頭能夠自動識別車主信息。在駕駛員上車后，座艙也能夠自動調(diào)節(jié)更合適的座椅位置、空調(diào)溫度、音樂曲目等。同時，車輛內(nèi)的AI語音助手也能幫助駕駛員解放雙手，還能夠自動識別車內(nèi)不同位置用戶提出的語音需求，比如只打開提出需求的用戶那一側(cè)的車窗，做到精準(zhǔn)服務(wù)。
未來，智能座艙所代表的“車載信息娛樂系統(tǒng)＋流媒體后視鏡＋抬頭顯示系統(tǒng)＋全液晶儀表＋車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)＋車內(nèi)乘員監(jiān)控系統(tǒng)”等融合體驗，也更依賴于芯片所代表的計算能力的提升。
圖：WEY摩卡座艙圖
目前，高通是智能座艙芯片的主力軍。截至2021年1月，全球已有超過20家領(lǐng)先的汽車制造商采用第3代驍龍汽車數(shù)字座艙平臺。與此同時，國內(nèi)也有一批企業(yè)快速崛起。
5月28日，南京芯馳半導(dǎo)體科技有限公司SemiDrive對外發(fā)布9系列X9、V9、G9三大汽車芯片產(chǎn)品，提供針對汽車的協(xié)同一體化解決方案，包括智能座艙、智能駕駛、中央網(wǎng)關(guān)三大應(yīng)用。不久之后，華為海思也與比亞迪簽訂合作協(xié)議，首款產(chǎn)品是應(yīng)用在汽車數(shù)字座艙領(lǐng)域的麒麟710A。以這款麒麟芯片為起點，海思自研芯片正式開始獨(dú)立探索在汽車數(shù)字座艙領(lǐng)域的應(yīng)用落地。
功能芯片：跟隨行業(yè)快速增長
功能芯片主要包括功率半導(dǎo)體、MCU和傳感器，這些芯片可更好地實現(xiàn)汽車中特定的功能。在電動智能化趨勢下，汽車對于功能芯片的需求不但在MCU和毫米波雷達(dá)等方面有數(shù)量上的提升，也有IGBT、激光雷達(dá)等新增部件的產(chǎn)生，會為汽車帶來全新的功能和體驗。
MCU
MCU(Micro Controller Unit)中文名稱為微控制單元，又稱單片微型計算機(jī)(Single Chip Microcomputer)，是汽車電子控制器ECU的核心部件，是指隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)及其發(fā)展，將計算機(jī)的CPU、RAM、ROM、定時數(shù)器和多種I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片級的計算機(jī)，為不同的應(yīng)用場合做不同組合控制，可實現(xiàn)終端控制的功能，平均每輛車上搭載有超過70個MCU。
MCU最早由Intel提出，歷經(jīng)了4位、8位、16位、32位和64位的發(fā)展歷程，目前汽車應(yīng)用主要以8位和32位為主，其中8位主要應(yīng)用在簡單和低速處理速度的ECU中，而32位可處理需要大量信息的功能，此外，8位MCU具有低成本和低功耗的優(yōu)點，因此目前市場份額仍較高。
與消費(fèi)級和工業(yè)級MCU相比，車規(guī)級MCU壁壘較高，主要體現(xiàn)在工作的環(huán)境溫度、良品率要求和工作壽命要求等方面。而MCU本身具有較高的技術(shù)壁壘、生產(chǎn)工藝壁壘和成本控制的壁壘，新進(jìn)入者具有較大的難度。
不過，隨著汽車配置越來越豐富，在增加對MCU進(jìn)行計算和執(zhí)行控制需求的同時，隨著域控制器的發(fā)展，MCU承擔(dān)的計算功能將有所減弱，將主要用于進(jìn)行執(zhí)行相關(guān)的控制。因此，MCU的需求量會有所提升，但壁壘有所降低。在MCU領(lǐng)域，國內(nèi)廠商主要包括士蘭微、兆易創(chuàng)新等。
IGBT
IGBT(絕緣柵雙極型晶體管），是由BJT(雙極結(jié)型晶體三極管)和MOS(絕緣柵型場效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型-電壓驅(qū)動式-功率半導(dǎo)體器件,其具有自關(guān)斷的特征。簡單講，是一個非通即斷的開關(guān)，IGBT沒有放大電壓的功能，導(dǎo)通時可以看做導(dǎo)線，斷開時當(dāng)做開路。IGBT融合了BJT和MOSFET的兩種器件的優(yōu)點，如驅(qū)動功率小和飽和壓降低等。
IGBT模塊在電動汽車中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，是電動汽車及充電樁等設(shè)備的核心技術(shù)部件。由于車輛行駛過程中容易受到較大的震動和沖擊，新能源汽車對IGBT強(qiáng)度要求較高。此外，由于汽車頻繁啟停會引起 IGBT 結(jié)溫上升，也因此對散熱提出了更高的要求。
IGBT主要應(yīng)用于新能源汽車的電動控制系統(tǒng)、車載空調(diào)控制系統(tǒng)和充電樁中。據(jù)介紹，IGBT模塊占電動汽車成本將近10%，占充電樁成本約20%。
目前，英飛凌在IGBT芯片和模組的市占率最高，在IPM封裝領(lǐng)域，日本三菱的市占率最高。國內(nèi)自主企業(yè)中，比亞迪具有較強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢，有望成為行業(yè)的龍頭企業(yè)。比亞迪半導(dǎo)體目前是中國唯一擁有IGBT完整產(chǎn)業(yè)鏈的車企，其采用的是IDM的模式，鏈條包括IGBT芯片設(shè)計、晶圓制造、模塊封裝等部分，還有仿真測試以及整車測試。
除了比亞迪半導(dǎo)體，國內(nèi)廠商斯達(dá)半導(dǎo)、士蘭微、中車電氣也陸續(xù)入局IGBT領(lǐng)域。
傳感器
據(jù)平安證券介紹，汽車傳感器可分為車輛狀態(tài)傳感器和環(huán)境感知類傳感器。車輛狀傳感器是傳統(tǒng)的感知器件，應(yīng)用在動力(發(fā)動機(jī)溫度傳感器、進(jìn)氣傳感器、曲軸位置傳感器等)、底盤(TPMS傳感器、ESP加速度傳感器等)和車身(雨量傳感器、溫度傳感器等)中;環(huán)境感知類傳感器是自動駕駛中新增的傳感器，主要有激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、攝像頭等。
從感知原理來看，車輛狀態(tài)傳感器可分為磁傳感器、MEMS傳感器、化學(xué)類傳感器和溫度傳感器。在新能源汽車中，傳統(tǒng)動力傳動系統(tǒng)的傳感器數(shù)量正逐漸減少，新增主要為電流和溫度兩大類傳感器。
使用激光雷達(dá)的車輛在進(jìn)行自動駕駛測試
與之相比，環(huán)境感知類傳感器近些年發(fā)展迅猛，其中毫米波雷達(dá)、攝像頭和超聲波雷達(dá)均已發(fā)展成熟。目前，毫米波雷達(dá)已經(jīng)從24GHz發(fā)展至77GHz，甚至具有4D成像的高性能產(chǎn)品，可實現(xiàn)障礙檢測、遠(yuǎn)距離探測、路徑規(guī)劃等功能。激光雷達(dá)則可分為面向無人駕駛出租車和面向乘用車兩大類，處于大規(guī)模應(yīng)用的前期。
寫在最后
疫情對經(jīng)濟(jì)格局產(chǎn)生的深遠(yuǎn)影響已經(jīng)成為共識。無疑，當(dāng)下的國產(chǎn)自主汽車品牌迎來發(fā)展關(guān)鍵機(jī)遇。同時，對于汽車而言，芯片將在未來發(fā)展過程中扮演越來越重要的角色，這也就意味著國產(chǎn)汽車芯片企業(yè)將有更為蓬勃的發(fā)展動力。事實上，我國自主芯片綜合性能已經(jīng)在一些領(lǐng)域不輸國外巨頭，相信隨著時間的發(fā)展，其也將成為全球汽車芯片領(lǐng)域不容忽視的關(guān)鍵力量。
參考資料：
1.《從瓦特到比特:汽車半導(dǎo)體揚(yáng)帆起航》，平安證券
2.《2021年全球車企“缺芯”停產(chǎn)、減產(chǎn)最新情況跟蹤》，感知芯視界
3.《車企缺芯有多難？奧迪交車只配一把鑰匙，寶馬多款新車減配》，懂車
4.《比亞迪半導(dǎo)體分拆上市，擺脫母公司依賴是關(guān)鍵》，財經(jīng)十一人
5.《什么是汽車芯片？一文科普》，賽博汽車
6.《自動駕駛搶奪的又一高地：智能座艙芯片》，傳感器專家網(wǎng)
