癸卯兔年已拉開序幕。對于自主汽車芯片行業(yè)來講，新的一年將迎來智能化競爭的“賽點(diǎn)”。
如今，隨著整車電子電氣架構(gòu)的集中化，汽車芯片功能越來越復(fù)雜，分類也越來越細(xì)化，不同功能、不同種類的產(chǎn)品開始呈現(xiàn)多樣發(fā)展態(tài)勢。再加上碳化硅等新材料及新技術(shù)的推廣，相信2023年自主汽車芯片產(chǎn)業(yè)將精彩紛呈。
　摩爾定律或?qū)⒀永m(xù) 芯片良率有待提高
作為底層基石，芯片的先進(jìn)性在一定程度上決定了汽車的智能化程度。在汽車電動化、智能化和網(wǎng)聯(lián)化三大趨勢驅(qū)動之下，當(dāng)前半導(dǎo)體在整車上的比重大幅提升。其中，智能化、網(wǎng)聯(lián)化帶來的新型元器件需求主要在感知層和決策層，包括攝像頭、雷達(dá)、IMU/GPS、V2X、ECU等，直接拉動各類傳感器芯片和計(jì)算芯片的增長。中國汽車工業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)顯示，傳統(tǒng)燃油車所需芯片數(shù)量為600～700顆，電動汽車所需的芯片數(shù)量將提升至1600顆，而更高級的智能汽車對芯片的需求量將有望提升至3000顆。
黑芝麻智能高級產(chǎn)品市場總監(jiān)徐曉煜在接受《中國汽車報》記者采訪時表示，整車電子電氣架構(gòu)的演進(jìn)，隨之帶來對汽車芯片性能、功耗、成本的全新挑戰(zhàn)。他認(rèn)為，隨著芯片企業(yè)不斷突破技術(shù)極限、探索儲存更多計(jì)算能力的新方法，集成電路的元器件數(shù)量持續(xù)增加，汽車芯片產(chǎn)業(yè)的摩爾定律將得以延續(xù)。
汽車智能化的下半場，也呈現(xiàn)對芯片算力的“群雄逐鹿”。對于下一階段的發(fā)展方向，徐曉煜指出，在AI芯片方面，對大算力產(chǎn)品的需求不會減少，企業(yè)對更高算力的追求也將繼續(xù)，但對于不同芯片在不同領(lǐng)域的應(yīng)用有望更加清晰，如車側(cè)、端側(cè)是否需要超過1000TOPS算力的產(chǎn)品，更高算力的芯片應(yīng)用于哪些場景，都需要打個問號。
汽車行業(yè)對芯片的需求不斷增長和提高，與此同時，汽車芯片的成本越來越高。應(yīng)該如何看待這個問題？答案顯然不是單純由供需關(guān)系決定的。一方面，從設(shè)計(jì)端來看，由于汽車芯片開始承擔(dān)更多功能，其設(shè)計(jì)也愈發(fā)復(fù)雜，從原來的單一節(jié)點(diǎn)向融合節(jié)點(diǎn)發(fā)展，許多公司開始考慮平面2.5D封裝和立體的3D封裝及將內(nèi)存和芯片合在一起的HBM（高寬帶內(nèi)存）封裝，并在芯片架構(gòu)上做了許多創(chuàng)新，這帶來了成本的增加。
另一方面，從制造端來看，流片費(fèi)用越來越高，從40nm的低端芯片到28nm、14nm的中端芯片，到今天7nm的高端芯片，每一代產(chǎn)品的流片費(fèi)用幾乎都是前面兩代的總和。由于當(dāng)前生產(chǎn)工藝不成熟，產(chǎn)品良率遲遲難以提高，這個問題仍是芯片產(chǎn)業(yè)面臨的最嚴(yán)峻挑戰(zhàn)之一。
國家新能源汽車技術(shù)創(chuàng)新中心（以下簡稱“國創(chuàng)中心”）總經(jīng)理、中國汽車芯片產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟秘書長原誠寅表示，中國在車規(guī)級自主芯片層面，走的是從追趕到學(xué)習(xí)，最后實(shí)現(xiàn)逐步替代的路線。雖然近年來智能網(wǎng)聯(lián)汽車快速發(fā)展帶動芯片產(chǎn)業(yè)崛起，但對實(shí)際發(fā)展情況，仍需理性看待。“在AI芯片方面，高算力、低能耗的需求對芯片工藝制程的要求非常高，以我們目前的能力尚無法自給自足，當(dāng)下要做的是加快發(fā)展，爭取逐步縮短差距。就目前來看，自主汽車芯片行業(yè)已開始摸索出適合自己的發(fā)展道路，未來前景可期。”
碳化硅進(jìn)入快車道 有望改變芯片格局
盡管國產(chǎn)芯片在制程上落后，但智能汽車所用的車規(guī)級芯片對納米工藝的要求并不像智能手機(jī)那樣高，反而對材料有更高要求。因此，碳化硅等新材料和新技術(shù)的發(fā)展，為汽車芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來新的可能。
德州儀器（TI）中國區(qū)汽車事業(yè)部總經(jīng)理蔡征對記者介紹稱，硅是應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體材料，但無法突破高溫、高功率和高頻的瓶頸。以碳化硅和氮化鎵為代表的第三代半導(dǎo)體，由于其材料本身的寬禁帶特征，可在更高的電壓、溫度下工作，提升功率密度。
其中，碳化硅主要用于襯底晶片和外延片。據(jù)介紹，由于碳化硅具有優(yōu)越的物理性能：高禁帶寬度、高電導(dǎo)率、高熱導(dǎo)率、低通損耗等，特別適合于制造電力電子領(lǐng)域的高功率半導(dǎo)體元器件。諸多優(yōu)勢在身，碳化硅搭上了新能源汽車推廣的快車道。蔡征表示，隨著電動汽車800V系統(tǒng)的普及，以及市場對更高電驅(qū)動轉(zhuǎn)換效率的需求，碳化硅器件在牽引逆變器和電動壓縮機(jī)上會有越來越廣泛的應(yīng)用。
不過，業(yè)內(nèi)人士指出，碳化硅不可能全部替代絕緣柵雙極型晶體管（IGBT），未來更多是二者之間的互補(bǔ)。原誠寅告訴記者，碳化硅最大的問題在于基礎(chǔ)材料的成本偏高、效率偏低。“現(xiàn)在碳化硅還是在6英寸的晶圓上做，而IGBT已做到8英寸，同時也在向12英寸發(fā)起沖擊。相比之下，碳化硅的生產(chǎn)效率偏低，而且降低成本也是短期內(nèi)無法解決的難題。所以保守估計(jì)，短時間內(nèi)碳化硅的應(yīng)用占比會逐漸升高，但無法完全替代IGBT。”他稱。
在蔡征看來，“互補(bǔ)共生”可以用來描述車規(guī)級功率半導(dǎo)體器件未來的競爭情況。受限于碳化硅器件較高的制造成本和有限的生產(chǎn)能力，傳統(tǒng)IGBT仍將占據(jù)主要市場份額，而要充分釋放碳化硅和IGBT的性能，有賴于功能強(qiáng)大的驅(qū)動器相配合。
與現(xiàn)有的硅或碳化硅解決方案相比，氮化鎵能夠?qū)崿F(xiàn)更好的開關(guān)性能和對更高工作頻率的支持，以及更低的輸入和輸出電容和零反向恢復(fù)電荷，可顯著降低約25％的功率轉(zhuǎn)換損耗，從而降低成本并提升功率密度，因此適用于中等功率的交流／直流車載充電器和高壓直流／直流轉(zhuǎn)換器。
蔡征指出，氮化鎵的優(yōu)勢可在需要更高效率和更小尺寸的設(shè)計(jì)中得到最大程度的發(fā)揮。隨著電動汽車的進(jìn)一步推廣，德州儀器將氮化鎵視為車載充電器和直流／直流轉(zhuǎn)換器的理想解決方案。
單域走向跨域融合 商用進(jìn)程逐步提速
自動駕駛一直是智能汽車的重要價值點(diǎn)，未來幾年，這項(xiàng)技術(shù)的前裝量產(chǎn)勢必進(jìn)入快車道。芯片企業(yè)紛紛搶抓這一機(jī)遇，積極探索商業(yè)化進(jìn)程，而2023年將是關(guān)鍵窗口期。
超星未來創(chuàng)始人、首席執(zhí)行官梁爽曾表示，通過中央大算力芯片方案支撐起高級別自動駕駛是雄偉的“珠峰”，可能要接近2030年才能實(shí)現(xiàn)；未來幾年，最大的市場機(jī)會仍來自行泊一體、艙泊一體為代表的量產(chǎn)方案。
目前，一些芯片廠商成功實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品對量產(chǎn)車的配套，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)盈利，但對于一些定位L4甚至更高等級自動駕駛的企業(yè)來說，他們的盈利會較為困難。高等級自動駕駛芯片對算力的要求更高，傳感器也更豐富，實(shí)現(xiàn)難度大。所以，企業(yè)開始更多考慮跨域融合的芯片需求。
相較于單域控制的單核芯片，黑芝麻智能目前著力打造多域融合的計(jì)算平臺。“理想狀態(tài)下，我們希望一個域內(nèi)的信息能夠?qū)崿F(xiàn)自循環(huán)或內(nèi)收斂，但實(shí)際上，跨域之間的信息傳遞非常普遍。”徐曉煜說道，“比如，行業(yè)普遍認(rèn)為駕駛員監(jiān)控是屬于座艙域的功能，但自動駕駛與之息息相關(guān)，駕駛員要對自動駕駛中的車輛隨時保持警惕，這就使得座艙域與自駕域存在共通的信息傳輸和處理。如果在域與域之間進(jìn)行，意味著系統(tǒng)效率隨之降低，這種方式并不適用對于時延要求高的功能。因此，將所有信息匯聚到一起，搭建融合計(jì)算平臺的概念誕生了，它將是未來汽車芯片的演進(jìn)方向。”
此前，不少自主汽車芯片企業(yè)表示，整車企業(yè)不敢輕易嘗試本土芯片，“有產(chǎn)品，無場景”是他們面對的難題。原誠寅表示，目前行業(yè)正在討論設(shè)立與汽車芯片相關(guān)的保險，用商業(yè)化手段解決產(chǎn)業(yè)化問題。他進(jìn)一步指出，對于芯片廠商和整車企業(yè)而言，想要實(shí)現(xiàn)盈利，關(guān)鍵是要明確產(chǎn)品的核心定位和應(yīng)用場景。原誠寅認(rèn)為：“不少AI芯片面臨自動駕駛應(yīng)用場景方面的挑戰(zhàn)。有鑒于此，這個領(lǐng)域未來將迎來洗牌。就當(dāng)前情況看，實(shí)現(xiàn)全場景下的高等級自動駕駛還不現(xiàn)實(shí)，企業(yè)要實(shí)現(xiàn)技術(shù)的商業(yè)化落地，必須聚焦核心業(yè)務(wù)，明確自己的發(fā)展路徑。”
徐曉煜也表示，自動駕駛落地面臨的現(xiàn)實(shí)困難，仍是如何開發(fā)盈利模式的問題，高等級自動駕駛遲遲難推進(jìn)，所以大部分企業(yè)開始轉(zhuǎn)變思路，致力于耕耘L2＋＋自動駕駛，也就是從L2一直向更高階的自動駕駛推動。他說：“當(dāng)數(shù)據(jù)累積到一定程度后，在某些特定場景，全自動駕駛有可能獲準(zhǔn)落地，比如，現(xiàn)在的低速自動泊車。”據(jù)悉，特斯拉已率先允許美國車主在無人駕駛運(yùn)行1萬公里后，開放脫手模式，實(shí)現(xiàn)完全的自動駕駛。
蔡征告訴記者，過去曾被視為高端附加技術(shù)的高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS），正在成為汽車的標(biāo)準(zhǔn)配置。以ADAS為代表的自動駕駛技術(shù)，成本逐漸降低，被眾多車企廣泛采用。他繼而提出，自動駕駛的等級從L2到L4，需要對應(yīng)的法規(guī)先行，所以自動駕駛芯片的發(fā)展也要結(jié)合相應(yīng)的法規(guī)要求，這會是行業(yè)的趨勢。
產(chǎn)業(yè)重構(gòu)大勢所趨 整零互為鏈條合伙人
全球汽車產(chǎn)業(yè)正在經(jīng)歷一場重大變革，產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)生重構(gòu)，供需關(guān)系轉(zhuǎn)向共創(chuàng)關(guān)系，技術(shù)的發(fā)展需要產(chǎn)業(yè)鏈共同推動，作為鏈條重要一環(huán)的汽車芯片便身處其中。
蔡征直言，隨著汽車電動化、智能化和網(wǎng)聯(lián)化的快速發(fā)展，半導(dǎo)體在汽車生態(tài)中受車企的關(guān)注度越來越高。此外，中國市場對新產(chǎn)品的高接受度以及消費(fèi)升級，一方面推動車企加快新技術(shù)導(dǎo)入與落地；另一方面也拉近了它們與半導(dǎo)體公司的直接合作。
以往，芯片廠商與整車企業(yè)之間隔著上游零部件供應(yīng)商，現(xiàn)在大家成為更緊密的事業(yè)合伙人，這樣的趨勢更有利于構(gòu)建汽車芯片產(chǎn)業(yè)生態(tài)。原誠寅也多次向記者強(qiáng)調(diào)合作的重要性——汽車芯片產(chǎn)業(yè)亟需構(gòu)建聯(lián)合生態(tài)，如果各自為營，反而容易浪費(fèi)了有限的資源。
徐曉煜認(rèn)為，供需關(guān)系的重構(gòu)，帶來了新的機(jī)會，2020～2025年將是關(guān)鍵的時期。新能源智能汽車時代需要新的供應(yīng)商“血液”。所以，芯片創(chuàng)業(yè)公司才有機(jī)會能夠切入到相對比較傳統(tǒng)的汽車供應(yīng)鏈上。對整車企業(yè)來說，對新供應(yīng)商的認(rèn)證周期較長，而且一旦完成，合作關(guān)系就相對穩(wěn)固了，所以芯片企業(yè)都在積極布局本土供應(yīng)鏈。
但徐曉煜也指出，與英偉達(dá)、高通等國外知名廠商相比，中國芯片企業(yè)仍不具備足夠的競爭實(shí)力，很難面面俱到。供應(yīng)商與整車企業(yè)的合作關(guān)系要劃分清晰，把各自的工作做精、做透，然后再開放合作，形成良好的生態(tài)系統(tǒng)與世界一流企業(yè)開展競爭。
“卡脖子”問題待解　循序漸進(jìn)跨越2023
2022年，中國智能汽車的滲透率超過20％，預(yù)計(jì)這一比例在2030年將達(dá)到70％。日前，中國電動汽車百人會副理事長兼秘書長張永偉公開表示，我國汽車芯片的需求量十分巨大，而缺口也越來越大。
行業(yè)不得不面臨的現(xiàn)實(shí)是，中國芯片自主化率僅有5％，嚴(yán)重依賴進(jìn)口依然是“卡脖子”的問題。對此，業(yè)內(nèi)人士卻都表示樂觀，認(rèn)為自主供應(yīng)商正面臨前所未有的機(jī)會——中國新車銷量占全球市場份額的1/3，尤其在電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化趨勢下，擁有誘人的增長潛力，芯片自主化率有望用4年時間提升到20％。
在徐曉煜看來，指望2023年一年時間發(fā)生翻天覆地的變化不現(xiàn)實(shí)，但國產(chǎn)芯片企業(yè)正在迎頭趕上，爭取抓牢這次難得的產(chǎn)業(yè)變革機(jī)遇。
除了依賴進(jìn)口，我國汽車芯片全產(chǎn)業(yè)鏈還存在很多短板，比如缺少完備的檢測認(rèn)證體系、相關(guān)人才短缺等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前，我國集成電路領(lǐng)域從業(yè)人員只有54萬人，且主要集中在設(shè)計(jì)、制造和封測環(huán)節(jié)，預(yù)計(jì)2023年人才缺口將達(dá)20萬人。
原誠寅向記者表示，對于人才的培養(yǎng)是一個長期的過程，從企業(yè)到高校都十分重視這項(xiàng)工作，許多學(xué)校成立了集成電路學(xué)院，但學(xué)生能夠?qū)嶋H參加工作至少需要4年，屆時芯片人才缺口有望得到緩解。
據(jù)了解，以國創(chuàng)中心為代表的行業(yè)組織，也在積極推進(jìn)行業(yè)認(rèn)證工作。1月10日，國創(chuàng)中心與北京博電新力電氣股份有限公司聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室戰(zhàn)略簽約儀式在北京經(jīng)開區(qū)舉辦。國創(chuàng)中心車規(guī)級芯片測試認(rèn)證中心將打造國內(nèi)測試車規(guī)芯片層級最全面的測試認(rèn)證中心，測試認(rèn)證覆蓋車規(guī)級芯片器件、系統(tǒng)、控制器部件、整車四個層級垂直測試體系，推動車規(guī)級芯片的“標(biāo)準(zhǔn)研究、測試評價、產(chǎn)品認(rèn)證”三位一體融合發(fā)展。
另據(jù)原誠寅介紹，國創(chuàng)中心還在積極推動五方面工作：第一，繼續(xù)推動自主的芯片標(biāo)準(zhǔn)體系不斷完善；第二，推動自主芯片在國內(nèi)的晶圓廠流片，達(dá)到更高的自主化率；第三，鼓勵更多基于國產(chǎn)芯片的汽車電子方案開發(fā)，芯片需要有相配套的系統(tǒng)方案同步開發(fā)；第四，討論設(shè)立汽車芯片相關(guān)的保險，用商業(yè)化手段解決產(chǎn)業(yè)化問題；第五，鼓勵人才的培養(yǎng)和供應(yīng)鏈上下游的交流，更好推動自主芯片企業(yè)和下游應(yīng)用廠商協(xié)同合作。
近期，我國進(jìn)一步優(yōu)化疫情防控措施，經(jīng)濟(jì)將加快恢復(fù)和回升，芯片市場有望迎來新一輪爆發(fā)式增長。但美國去年下半年開始實(shí)施的對華芯片出口禁令正在深刻改變?nèi)蚬┬?，繼續(xù)造成2023年芯片供應(yīng)失衡。新的一年，自主汽車芯片行業(yè)將如何披荊斬棘？可以肯定的是，前方旅程如逆水行舟，不進(jìn)則退。我們能做的惟有堅(jiān)定信心、砥礪奮進(jìn)，準(zhǔn)備好迎接新常態(tài)、新挑戰(zhàn)，不負(fù)2023年“芯”征程。