國內(nèi)汽車半導(dǎo)體“缺芯”狀態(tài)下MUC自主產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)狀與展望

摘要：在當下新冠疫情和國外芯片技術(shù)封鎖的大形勢下，我國半導(dǎo)體行業(yè)既迎來了巨大的挑戰(zhàn)，也迎來發(fā)展國產(chǎn)自主化芯片的契機。中國是最大的汽車產(chǎn)銷量國家，無論從產(chǎn)業(yè)升級還是民族復(fù)興的角度，在汽車級芯片方面都大有可為。

關(guān)鍵詞：汽車半導(dǎo)體、汽車電子、MCU、新能源汽車、自動駕駛、集成電路、芯片。

1汽車及汽車半導(dǎo)體行業(yè)現(xiàn)狀

中國汽車工業(yè)協(xié)會發(fā)布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2020 年我國汽車產(chǎn)量為 2522.5萬輛，銷量為2531.1萬輛，同比去年分別下降了近2%，下降幅度卻比去年分別減少了5.5%和6.3%，我國的汽車產(chǎn)量和銷量連續(xù)12年高居全球第一。在全球爆發(fā)新冠疫情的前提下，全球大部分國家的汽車產(chǎn)銷量嚴重萎縮，我國汽車產(chǎn)銷量卻仍然保持著良好的態(tài)勢，這充分體現(xiàn)了我國汽車產(chǎn)業(yè)的強大恢復(fù)能力和中國經(jīng)濟的強大韌性。預(yù)計2021年汽車銷量有望超過2600萬輛，同比去年增長4%。

根據(jù) The Boston Consulting Group 預(yù)估，2020—2030年，全球汽車/電動車銷量年均復(fù)合增長率將約為 1%，而2030年全球總汽車銷量將增加至1.09億輛，但以汽油、柴油等傳統(tǒng)燃料為燃能源的汽車將被各種形態(tài)的電動新能源車來取代。未來10年，隨著消費者從傳統(tǒng)能源車轉(zhuǎn)換成新能源電動車的需求不斷擴大，并且隨著消費者對行車智能體驗的需求不斷增大，我們預(yù)期全球汽車半導(dǎo)體市場仍將迎來大幅地增長，超過20%的復(fù)合增長率是未來15年有望達到的，遠高于市場預(yù)期低于10%的增長。即使在 2020年全球純電動車的市場占比連5%都不到，但挪威在五年內(nèi)將全面禁售燃油車，其他主流國家也計劃在2030—2040年全面禁售燃油車，因此可以大膽猜測：到了2035年，全球新型車輛的發(fā)布將超過50%為新能源車輛。特別值得一提的是，全球十大傳統(tǒng)車廠目前仍沒有放下燃油引擎技術(shù)的包袱，加之缺乏領(lǐng)先的電力驅(qū)動技術(shù)和優(yōu)良電池技術(shù)，反而失了先機，將難以對抗新興電動車。

1.2汽車半導(dǎo)體現(xiàn)狀

2021年，受疫情影響，私家車作為較公共交通更加安全的出行方式，引起了車市的復(fù)蘇，這超出了大部分廠商的預(yù)期;國際主要的晶圓廠對疫情影響的錯誤預(yù)判，減少了產(chǎn)能，上游的減產(chǎn)使得全球半導(dǎo)體的總體產(chǎn)能出現(xiàn)不足;加之蓬勃發(fā)展的消費電子產(chǎn)業(yè)嚴重擠壓汽車業(yè)的產(chǎn)能，使得“缺芯”的狀況雪上加霜;此外自然災(zāi)害也不期而至，美國得克薩斯州暴雪天氣、日本福島地震，這些非可抗力因素導(dǎo)致一些晶圓工廠停工、停產(chǎn)，這也就造成了半導(dǎo)體供應(yīng)鏈“芯痛”現(xiàn)象愈演愈烈。汽車行業(yè)在這些因素下受到的影響首當其沖，成為此次全球最“缺芯”的領(lǐng)域。而最為慘痛的是，“芯痛”帶來的影響對汽車產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生的鏈式反應(yīng)也是環(huán)環(huán)相扣的，汽車供應(yīng)鏈的“準時供應(yīng)”被硬生生打斷，大眾、福特、豐田、日產(chǎn)等多家汽車制造商被迫采取停產(chǎn)、減產(chǎn)等措施。據(jù)波士頓咨詢旗下智庫Inverto統(tǒng)計預(yù)測，汽車芯片的短缺對于汽車產(chǎn)業(yè)的影響仍將持續(xù)半年甚至三個季度。

目前汽車半導(dǎo)體的生產(chǎn)制造都由國外品牌控制，國內(nèi)車用半導(dǎo)體占有的市場份額微乎其微，甚至不足1%。國內(nèi) MCU、 IGBT、計算芯片等高端的芯片占有率更是基本可以忽略不計。遺憾的是，國內(nèi)數(shù)千家半導(dǎo)體設(shè)計、生產(chǎn)公司的目標沒有放在車用半導(dǎo)體上，逐利的他們把精力都放在更容易產(chǎn)業(yè)化的低端消費類、工業(yè)市場上，通過相對較短的時間（3個月左右）出一款產(chǎn)品以殺價的形式迅速占有一定的市場份額，而很少有人布局，不愿意引入高端人才、投入更多金錢與時間放在高端產(chǎn)品的研發(fā)上。

中國作為現(xiàn)今世界上汽車最大的產(chǎn)銷國，在新能源技術(shù)、自動駕駛技術(shù)悄然而至的今天，產(chǎn)業(yè)升級是必由之路，高端車用芯片的布局是當前國內(nèi)最為迫切的需求，汽車級半導(dǎo)體迎來了供給端質(zhì)變的契機，而中國汽車半導(dǎo)體也有望趁此良機大力發(fā)展而擺脫的國外封鎖束縛。汽車電子技術(shù)日益成熟對半導(dǎo)體行業(yè)的最明顯的影響將是需求的加速增長。在當前特殊的全球貿(mào)易背景下，大國博弈愈演愈烈，再一次提醒我們實現(xiàn)自主可控有多么重要。而在市場容量僅次于手機的汽車芯片領(lǐng)域，關(guān)鍵零部件更不能被國外“卡脖子”。

汽車半導(dǎo)體器件主要包含MCU（車用微控制器）、功率半導(dǎo)體（IGBT、MOSFET等）、傳感器等等，而自動駕駛汽車所用的半導(dǎo)體器件還包含有ADAS、CMOS圖像傳感器、AI主控、激光雷達、MEMS等一系列產(chǎn)品。傳感器領(lǐng)域博世排名全球第一，主要是加速度傳感器、液位傳感器、氣壓傳感器、重力傳感器和IMU，基本上都是MEMS傳感器。英飛凌主要是磁傳感器、電流、壓力、雷達傳感器和MEMS麥克風。安森美主要是圖像傳感器。Melexis主要是電流、速度、壓力、磁、溫度、速度、光學(xué)傳感器。NXP主要是雷達傳感器。

MCU領(lǐng)域NXP主要是動力傳遞領(lǐng)域，包括EPS、ESP、發(fā)動機管理、變速箱管理、車身、空調(diào)、車燈、鑰匙和座椅領(lǐng)域。瑞薩主要是儀表、車機、發(fā)動機管理、電機控制和底盤，儀表和車機領(lǐng)域幾乎處于壟斷地位。英飛凌主要是ADAS、底盤、發(fā)動機控制、動力傳遞。ADAS領(lǐng)域幾乎處于壟斷地位。德州儀器主要是車身、照明、動力傳遞領(lǐng)域。MICROCHIP主要是車身和ADAS領(lǐng)域。

功率元件領(lǐng)域英飛凌主要是IGBT、MOSFET、驅(qū)動IC。意法半導(dǎo)體主要是SiC、MOSFET和驅(qū)動IC。博世主要是驅(qū)動IC、LDO。德州儀器主要是驅(qū)動IC和PMIC。安森美主要是MOSFET。

2汽車半導(dǎo)體刻不容緩國產(chǎn)替代需求

iSuppli公司調(diào)研報告稱，在一輛汽車中所配備的MCU一般占所有半導(dǎo)體器件的約30%。而隨著近些年新能源汽車的興起、汽車產(chǎn)業(yè)電動化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化，這使得汽車電子化程度突飛猛進，單位車輛所需的MCU芯片已經(jīng)達到300多顆，中國大陸一年使用的汽車級MCU芯片數(shù)量達到總數(shù)76億顆之多。

美國伯恩斯坦研究公司預(yù)計，2021年全球汽車芯片短缺將造成多達450萬輛汽車產(chǎn)量的減產(chǎn)?；氐絿鴥?nèi)市場，中國汽車工業(yè)協(xié)會2020年2月9日發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，1月，中國國內(nèi)汽車產(chǎn)量和銷量分別達到238.8萬輛和250.3萬輛，環(huán)比去年12月份下降15.9%和11.6%，表明汽車芯片供應(yīng)不足已影響到生產(chǎn)節(jié)奏，預(yù)計全年將有40萬輛的產(chǎn)能受到影響。根據(jù)IHS調(diào)研，短缺的部件與MCU有很大關(guān)系，而車用MCU芯片作為汽車電子系統(tǒng)內(nèi)部運算和處理的核心，遍布汽車動力控制、車身控制、安全控制、行駛控制、信息處理等各個子系統(tǒng)，是汽車從電動化向智能化深度發(fā)展的關(guān)鍵。

目前國際半導(dǎo)體巨頭仍然牢牢掌控著中國內(nèi)地車用MCU的市場。據(jù)IHS調(diào)研指出，目前臺積電生產(chǎn)制造的MCU約占全球汽車MCU市場份額的70%，全球MCU芯片供應(yīng)排名前7的供應(yīng)商占據(jù)98%的車用MCU市場。國內(nèi)目前大概有100余家從事MCU的廠商。令人遺憾的是，約100個MCU廠商僅僅占據(jù)約5%的市場規(guī)模，其中大部分還集中在消費級和工業(yè)級領(lǐng)域，在車規(guī)級MCU市場中，中國內(nèi)地生產(chǎn)的MCU的占有率微乎其微。同時近些年美國對于中國獲得高端芯片圍追堵截，并號召全球封鎖中國：其他國家不得將使用了美國技術(shù)的高端芯片和高精端設(shè)備銷售給中國，這是中國芯片之殤。

3 汽車電子未來發(fā)展方向

汽車電子是指汽車電子控制系統(tǒng)和各類車載電子信息網(wǎng)絡(luò)裝置以及汽車電力電子與電氣驅(qū)動控制等。汽車電子是現(xiàn)代汽車技術(shù)發(fā)展的最主要驅(qū)動力之一。汽車電子無可厚非的成為內(nèi)燃汽車、電動汽車、智能汽車的共性關(guān)鍵技術(shù)。當今，汽車工業(yè)是使用微處理器（MCU）最多的工業(yè)，汽車電子的發(fā)展有利地促進了信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。汽車電子是電子信息技術(shù)與汽車傳統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用結(jié)合，可以分為車體汽車電子控制系統(tǒng)和車載汽車電子系統(tǒng)。目前，汽車電子技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于汽車發(fā)動機控制、底盤控制、車身控制、故障診斷以及音響、通訊、導(dǎo)航等方面，顯著提高了車輛的綜合性能，使汽車從代步工具成為同時具有交通、娛樂、辦公和通訊多種功能的綜合平臺。傳感技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日益成熟，這些技術(shù)被廣泛應(yīng)用于汽車電子，這促使了現(xiàn)代汽車技術(shù)更加智能化，“人、車、環(huán)境”之間的智能協(xié)調(diào)與互動愈發(fā)頻繁。汽車控制系統(tǒng)智能化體現(xiàn)在能夠主動協(xié)助駕駛員實時感知、判斷決策、操控執(zhí)行上，其中“感知能力” 的獲取依賴于傳感器和互聯(lián)網(wǎng)提供的駕駛環(huán)境信息，電控單元通過算法軟件處理傳感器信號，分析判斷駕駛員的動作意圖，分析車輛自身狀態(tài)和駕駛環(huán)境，最終發(fā)出控制指令，執(zhí)行層根據(jù)控制器的指令協(xié)助駕駛員操控汽車。汽車電子智能化這一趨勢在自動駕駛系統(tǒng)中體現(xiàn)得尤為突出。近年來，國家層面關(guān)于汽車電子頂層設(shè)計政策出臺密集，對車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)、智能汽車產(chǎn)業(yè)提出了行動計劃或發(fā)展戰(zhàn)略，其中 2018 年年底出臺的《車聯(lián)網(wǎng)（智能網(wǎng)聯(lián)汽車）產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃》明確指出到 2020 年車聯(lián)網(wǎng)用戶滲透率達到 30%以上，新車駕駛輔助系統(tǒng)（L2）搭載率達到30%以上，聯(lián)網(wǎng)車載信息服務(wù)終端的新車裝配率達到60%以上的應(yīng)用服務(wù)層面的行動目標。2019年2月28日，交通部部長李小鵬表示將加強部際協(xié)調(diào)，和相關(guān)部委建立跨部門的協(xié)同工作機制，力爭在國家層面出臺自動駕駛發(fā)展的指導(dǎo)意見。陸續(xù)出臺的汽車電子重磅政策不斷催化行業(yè)發(fā)展，尤其是自動駕駛的發(fā)展有望在政策的保駕護航下迎來發(fā)展的新紀元。

由于汽車向著電動化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化方向發(fā)展，過去汽車的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為多個ECU相連的分布式架構(gòu)，特點是低帶寬，扁平式網(wǎng)絡(luò)，每個應(yīng)用都需要一個模塊，要實現(xiàn)今后汽車豐富的功能，需要布置很多模塊，會導(dǎo)致汽車電子的可靠性下降響應(yīng)速度降低、重復(fù)計算占用寶貴資源，為此汽車功能模塊需要更集中、功能更安全、數(shù)據(jù)運算能力更高、信息更安全，進而要求芯片向著ASIC（Application Specific IntegratedCircuit專用集成電路）/SoC（System on Chip 片上系統(tǒng)）方向發(fā)展。

參考文獻：

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[2]夏金彪.缺“芯”蔓延 沖擊全球汽車業(yè)[N].中國經(jīng)濟時報，2021-01-26（02）.

作者簡介：胡佳歡（1984-），男，吉林省四平市，江蘇集萃集成電路應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新中心 ，工程師，碩士，研究方向：微電子學(xué)與固體電子學(xué)。