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行业信息

该醒一醒了!这才是中国汽车最脆弱的一环

2022-09-13 17:00:14

“致敬由99.9%的中国人组成的上海工厂团队;感谢所有合作伙伴,我们的供应链本地化率已经超过95%;感谢所有支持新能源汽车行业发展的人!一起加电!”

上月中旬,位于上海临港的特斯拉超级工厂,下线了第100万台电动汽车。而这同时也是,特斯拉在全球生产的,第300万台汽车。

大老板埃隆·马斯克自然是欣喜异常,而总体负责大中华区政府事务、公共关系、市场与品牌的全球副总裁陶琳,在转发BOSS微博之余,也不忘致谢中国团队,感谢整个在华上游供应链。


陶琳的博文,透露了一项关键信息——这99.9%纯度的中国团队自不待言,但那95%的供应链本地化率,则多少有些耐人寻味。因为我们都知道的是,其中缺失的这5%,无疑便是最近这两年里,社会各界一直关注,并且反反复复提起的,汽车芯片的问题。

毫无疑问,中国的新能源与智能汽车供应链,当得起一句“强大”。然而强大并不代表没有弱点,毕竟车规级芯片,就是整个供应链体系中,最为脆弱的一个环节。


“缺芯”致“卡脖子”问题突出

随着美国《芯片和科学法案》加速落地,美国在芯片领域的“贪欲”越来越大。高端芯片的代工主产地都集中在东亚地区,而台积电在全球高端芯片的代工领域,有着无可替代的地位。

佩洛西此次窜访台湾,有一点常常会被忽略,那就是她与台积电董事长的会面。虽然到现在我们还不知道佩洛西与台积电董事长的对话内容,但是我们也能大概清楚他们的意图是什么。

《法案》明确,将促进美国在半导体领域的研发和生产,确保美国处于领先地位。其中称,美国发明了半导体,但今天仅占全球半导体产量的10%,而且不包括最先进的芯片,并且依赖占全球半导体产量75%的东亚企业。《法案》除了美国政府的投资,还将鼓励美国的私有半导体投资。

“近两年多的汽车芯片短缺,使国内汽车及芯片行业‘卡脖子’问题更为突出,《法案》将进一步加剧这一问题,会‘卡’得更严重。”安庆衡认为,随着《法案》的落实,中国车企面临的“缺芯”问题有可能加剧,对此应有充分的思想准备。

除了《法案》,近来美方也在通知中国台湾地区、韩国、日本、美国的芯片企业,要组建芯片联盟,而这些地区都是芯片产业集中之地,涉及面较广,产能大,企业多,关注度高。

目前的现状是,中国自主汽车芯片产业依然存在短板。在智能辅助驾驶和智能座舱两大核心汽车芯片领域,中国大部分车企都依赖英伟达、英特尔和高通提供的芯片。其中,英伟达正在智能辅助驾驶芯片领域构建其全球龙头地位,而高通则在智能座舱芯片领域成为出货量全球第一的芯片企业。安庆衡不无忧虑地表示,在这种情况下,《法案》力度如此之大的政策支持和资金支持,将给中国车企芯片供应及国内自主汽车芯片产业发展带来更大的困难。

车用芯片主要分为三大类:功能芯片(各种MCU,以及高算力处理器),功率器件(IGBT等),以及传感器芯片。在这其中,又以MCU与功率器件的使用比例最高。


台积电几乎垄断车规芯片代工,大家都被卡脖子?

这一次自2020年下半年开始的车企“缺芯”潮,大家都是有目共睹,新车堆了无数个停车场,就是无法交付,无论是自主品牌还是合资品牌,缺芯问题都一直困扰着大家。


本轮芯片危机中,最紧缺的是功能芯片MCU,一辆汽车所使用的半导体器件中,有30%都是MCU芯片,每辆车至少需要用到70颗以上,新能源汽车每辆可能需要300颗。

作为车辆各功能控制的核心器件,车规级MCU被成为汽车的“大脑”。其主要用于车身控制、驾驶控制、信息娱乐和驾驶辅助等系统,并且对功能、可靠性、工作温度等指标的要求极为严苛。

2022年全球MCU销售额将增长10%,达到215亿美元的历史新高,其中汽车MCU的增长将超过今年大多数其他终端市场。未来五年,汽车MCU销售额预计将以7.7%的复合年增长率增长,而通用MCU收入预计将增长7.3%。


可见车规级MCU市场前景相对更为广阔。但在新冠疫情等因素影响下,由于遭遇产能瓶颈,缺货成为近两年汽车行业的关键词。

相比于其他类型的芯片,MCU单片成本价格不超过15美元,不需要很先进的制程工艺,而是需要16-40nm的成熟制程,所需要的制造技术也是15年前或更早的。

但是MCU产能的60%—70%都在台积电的手里,而车规级MCU涉及到行车过程中的人身安全,对安全性和可靠性的要求极高,产线搭建起来也更为复杂,一般需要5年左右,放大了车规级MCU的紧缺程度。


新势力们用的高端芯片,几乎100%来自台积电

这还是一些不算太高端的芯片,就已经被掐脖子了,对于高端芯片来说,也就是我们文章里的常客——英伟达Orin这类芯片,正是采用了台积电的7nm工艺,而台积电也几乎属于代工中的垄断地位。

有消息称,由于三星电子的产量较低,台积电将垄断英伟达将于2022年发布的所有GPU订单。如果真的是这样,完全转向台积电是具有讽刺意味的,因为英伟达最初打算通过尽可能多元化来保留对供应商的一些权力。台积电和三星是世界上仅有的两家生产并向其他公司销售采用先进技术(低于7nm)制造的芯片的公司。


英伟达目前已同意向台积电支付高达100亿美元的费用,用于购买4nm芯片。随着高性能计算行业的快速增长及其产品需求的不断增长,台积电于12月推出了N4X芯片技术。这是4nm节点的一个变体,将专门针对HPC产品,预计将在明年上半年进入风险生产阶段。HPC产品比其他产品更复杂,因为它们需要更大的芯片和更高的产量,以及芯片制造商的其他要求。

你以为只有英伟达么?我们的另一位老朋友高通,它们家的高端芯片,也将由台积电来生产,分析师郭明錤最新调查带来的爆料消息,台积电将是高通在2023-2024年的5G旗舰芯片独家供应商,这对两家公司来说将是一个超级双赢的局面。从这段消息的内容来看,高通和台积电在未来两年内的合作已经达成了共识,也不排除已经签订合作协议的可能。


目前新势力们使用的国外高端的智能座舱和智能驾驶芯片,无外乎就是高通和英伟达。差点儿忘了自动驾驶芯片和方案领域里的昔日霸主Mobileye,尽管为英特尔所有,但Mobileye从未使用英特尔的工厂生产芯片,而是依赖台积电生产迄今所有的EyeQ芯片。

你可能会说,我们也有很多品牌是用国产芯片的呀,那么多自主品牌车企都在用地平线的征程系列芯片,可十分不巧是,为智能汽车开发人工智能芯片的地平线,正在与台积电合作开发其16nm和28nm汽车级解决方案,预计双方将在2023年将合作扩展到台积电的7nm工艺技术,以制造地平线的征程6系列芯片。而已经箭在弦上,即将开始装车的地平线征程5芯片,它用的是台积电的14nm工艺技术,也是台积电生产的。


国内的车企在芯片领域一部分是被英伟达、高通、英特尔卡脖子,而那些使用国内自研芯片的车企,也有可能被台积电卡脖子,而归拢到一起,全都是被台积电卡脖子,可见台积电真的是太重要了。咱们还只是说了车企,至于手机数码厂商、互联网企业,几乎也无一例外面临这样的问题。

台积电也很有可能成为美国霸权主义的一个工具,台积电是目前全球最大、最有价值的半导体制造商,美国诸多高科技公司,如苹果、特斯拉、英特尔等等,都极度依赖台积电的产品生产智能手机、自动驾驶AI芯片以及计算机处理器。在半导体行业,台积电占据了全球市场份额的66%,统计数据显示,台湾占全球最先进芯片制造的90%以上,韩国仅占8%。


所以对于中国大陆来说,台积电的“生变”,会产生深远的影响。


倒逼自主发展提速

近年来,发展自主汽车芯片产业一直是国内行业热议的话题。

“当然,这也会从另一个方面形成倒逼的力量,推动中国汽车芯片产业的加快发展。”安庆衡认为,现实困难的增多,势必国产使汽车芯片发展加速,但是过程并不容易,需要付出艰辛的努力。


从全球芯片产业链分布看,芯片的设计巨头主要集中于美国,晶圆制造商中居领先地位的是台积电和三星等企业,而日本除了瑞萨电子,主要是芯片原材料的核心供应商,东南亚则是芯片的封测基地,占据全球芯片封测产能的约70%以上。

“从国内汽车芯片产业现实看,尽管近年来国内相关企业在汽车芯片自研方面有所进步,但总体上进展仍然有限,差距依然明显。”安庆衡表示,国内的汽车芯片领域,已经有地平线、中芯国际等企业参与,但从设计能力到生产能力仍有差距,而《法案》会给国内相关企业带来更多的压力,而压力也会变成推动进步的驱动力。“因此,国内自主汽车芯片替代一定会加速。”安庆衡表示,中国的汽车芯片产业已经没有退路,只有全力以赴,攻坚克难,做强产业。

进入2021年,随着“缺芯”问题的大爆发,车规级MCU的问题终于是得到了广泛的认识。更因为其价格的一路暴涨,促使众多企业转向该领域谋求新业务。然而认证准入的问题,又横亘在企业面前。

国际车规级芯片的标准认证,目前主要分AEC-Q与ISO26262两套体系。进入2022年以后,尽管已有二十余家国内无晶圆工厂的上百种产品,部分通过了AEC-Q100认证,但几乎所有都是最低等级的3级认证。

例如国芯科技已开始出货的CCFC2003PT、CCFC2006PT两款产品,虽然可用于发动机控制,但可靠性认证目前只完成了3级。更何况与AEC-Q认证相比更加严格ISO26262。

不过,终究还是有企业走完了流程,拿到了认证,还是级别最高的一种。同样还是芯驰。

“车厂敢用中国芯片很重要的挑战是车规级认证这件事情。”

芯驰科技副总裁陈蜀杰面对记者提问时回答:“芯驰现在是唯一拿到‘四证合一’的,包括ASIL D级,最高等级的流程认证;ASIL B级,针对SoC系列产品的B级产品认证;ASILD级,针对MCU产品D级认证,以及AEC-Q100分别达到Grade1和Grade2级认证,还有很重要的是信息安全,我们拿到是国密认证,比如网关芯片,本身能够提供网关芯片的国际国内车规芯片厂非常少,但芯驰是唯一一个拿到国密认证的,这是保证我们的信息安全。”


这里提到的ASIL D级,便是在ISO26262标准下的,满足了S(severity严重度)、E(Exposure曝光度)以及C(controllability可控度)全部三个维度最高等级要求的半导体产品。

当然,上述的各种“唯一”,无论ISO26262还是国密认证,恐怕都是短时效性的。鉴于MCU产品研发是现阶段国内半导体企业最热门的项目之一,没有人能知道这种“唯一”能持续几周还是几个月。

在滚滚大潮下,芯驰只是较之友商们,领先了几个身位。

在众多同行业企业中,上海芯旺微电子技术有限公司是另一家值得专门一提的企业,尽管其并未出席本届供应链创新大会。

芯旺微的优势在于,投入了相当的精力和时间,自主研发了KungFu指令集。

KungFu是一种混合精简指令集(RISC),其较之于众多使用ARM Cortex-M0/M3内核来“凑合”的友商,不但完全无惧“卡脖子”风险,在性能上也相对更好。


目前,芯旺微已量产了8位的KF8A,以及32位的KF32A两款产品,可用于车身和车内电源、仪表辅助、车联网与车载雷达控制。


车企自研芯片成趋势

芯片短缺让国内汽车行业险象环生,却又暗藏生机与希望。

面对缺芯和涨价带来的严峻形势,车企自然不会坐以待毙,始终在采取相应手段实施自救,这也引出汽车产业当前又一大关键词“车企造芯潮”。

事实上,在“芯片危机”来临之前,车企造芯就已经大范围铺展开来了。过去一年,长城、五菱、北汽、吉利、比亚迪、上汽、小鹏、蔚来、理想、零跑等国内众多车企都纷纷加入了车企造芯大军。

这其中,一部分车企采用自研方式,如小鹏汽车自研芯片计划已经启动了一年之久;蔚来创始人李斌也在联合理想汽车创始人李想等组件造芯联盟;零跑汽车在自研其智能驾驶芯片之后甚至表示,不造芯片的车企不是一家好的科技公司。

那么,自研芯片计划进展到哪一步了?

国内MCU企业也在加快市场进程。据不完全统计,国内芯片企业中已有兆易创新、杰发科技、芯海、芯旺微电子、比亚迪半导体、国芯科技、赛腾微、小华半导体、航顺、琪埔维、国民技术等均公布了其车规MCU产品的商业化进程。

根据各企业官网及其公开宣传的进展,兆易创新首颗车规级MCU产品已送样测试,预计2022年中实现量产;芯旺微电子KF8A/KF32A系列车规级MCU已量产,已和部分车企达成合作;国民技术的MCU芯片已在车载领域出货。


此外,比亚迪半导体车规级MCU量产装车也突破的1000万颗,且已推出全新车规级8位通用MCU;芯驰科技正式发布高端车规控制单元(MCU)E3 系列,并称之为当前全球性能最高的车控MCU产品;国芯科技新一代车规MCU产品已获超过110万颗订单等。

理想这边,目前计划将芯片打造成一个独立业务,并通过成立子公司等方式不断扩充团队规模。今年5月份,理想全资子公司四川理想智动有限公司正式成立,注册资本1亿元,经营范围主要包括集成电路芯片设计、道路机动车辆生产和汽车配件及零部件制造等。

起步更早的蔚来,则已经进入流片阶段,研发进程在国内造车新势力中处于领先地位。

李斌早在2020年就公开表示,蔚来需要“靠两条腿走路”,即一边采用供应商的产品保证量产,一边逐步夯实自己的研发实力。

去年下半年,蔚来被爆出在内部成立独立硬件部门“Smart HW”,将触角从车规芯片延伸至自动驾驶芯片,野心正在不断膨胀。

起步相对较晚的小鹏,自研芯片计划进展也比较顺利。

去年4月份,小鹏汽车组建了规模在10人左右的芯片研发队伍,由联席总裁夏珩直接领导,计划最迟在2022内流片。

在过去几个季度的财报电话会上,何小鹏也多次强调将加大研发投入,包括和自动驾驶、芯片相关的硬件研发业务。

但值得注意的是,车企自研芯片在技术和成本上要求都较高,目前国产大部分自主芯片在一定程度上存在功耗偏高的问题,要想造出品质车机芯片,还需要投入更多的资金和时间成本。


与完全自研芯片的小部分车企不同,更多车企还是选择了与半导体厂商或创业汽车芯片公司合作造芯。

比如,北汽产投与Imagination合资成立北京核芯达科技有限公司;上汽与英飞凌合资组建IGBT企业上汽英飞凌汽车功率半导体(上海)有限公司;吉利集团控股的亿咖通科技与Arm中国合资建立了湖北芯擎科技······其他车企也开始积极和国产芯片企业形成有效互动。

无论是与芯片厂合作还是车企自主造芯,都表明能最快拿到更多芯片是当前车企的第一要义。

缺芯减产对于车企来说是个极大的考验,尤其是对于过于依赖进口芯片的中国车企来说,供应链的安全保障成为他们不得不面对的重要命题。

而此次美国政府一手策划的芯片断供事件,无疑也是对中国汽车产业链的一次重塑。面对行业大考,国内一众车企均已做出了自己的选择。


结语

在全球“缺芯”危机中,“危”中有“机”,但“机”中也有目前国内车规级MCU企业难解的“围”。对此,需要审慎看待的是,车规级MCU技术经验没法一蹴而就,国外厂商十几年积累才实现的领先,国产厂商不可能一两年内就实现超越。这不符合科学发展的产业规律。

因此,尊重事实、保持耐心、砥砺攻坚,在存在短板的领域针对性发展,是未来中国车规级MCU厂商应该具备的素质和方法论。而不应当急于一时上产品或者“挣块钱”。

但在未成“气候”之前,本土车规级MCU企业还需要从产品质量、技术研发、服务体系以及平台兼容等多方面,去优化配置自身的资源和生态体系,实现资源组合价值最大化,并借鉴过往国际巨头在生态建设上的丰富经验。

同时,借助国产替代的东风切实在国内外市场打造出品牌影响力,必要时“抱团取暖”,自主企业才能逐步突破海外巨头在汽车MCU生态上建立的封锁,驶入车规级MCU国产化的“大时代”。


来源:上海锦町新材料科技整理自网络

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