導讀：整個2021年，注定是汽車行業歷史上最不平凡的一年?！?a href='http://www.mgsoxford.com/kw-14.html' target='_blank'>芯片”成為了每一個汽車人無論如何都繞不開的話題。誰也沒有想到，疫情在改變人們生活方式同時，也在重塑整個汽車半導體產業。
從2020年中開始，由于國外疫情的持續擴散。天天宅在家里的人們對消費電子的需求持續增加，但受限于疫情管控，實體購車變得困難重重，這也讓車企在疫情爆發的初期紛紛削減訂單。
但隨著管制的逐步解除，擠壓已久的購車欲望急需釋放。與此同時，人們的出行方式也發生了巨大的改變。相比于乘坐公共交通，消費者更傾向于乘坐私家車出行，汽車的銷量開始持續增長。而這部分芯片產能早已被其他行業占據；除此之外，疫情帶來的意外停工也嚴重削減了原有的芯片產能，可以說這次“芯片荒”是供需兩端嚴重不平衡的結果。
此次缺芯帶來的影響是全球性的，即使是實力雄厚的大眾汽車也不例外。受芯片短缺的影響，大眾中國2021年在華實現交付330萬輛，同比下降14%。鑒于全球芯片供應短缺情況的持續，大眾預計在最壞的情況下，明年汽車的產量將降低至800萬輛，較今年大幅減少。
一、全球汽車芯片市場
汽車行業歷經了長期的發展，才實現了以安全與舒適性為核心的汽車電子產業。早在2004年，僅有四分一的出廠車輛內置安全氣囊。隨著政府及消費者對汽車安全的不斷重視，現如今安全氣囊已經成為了汽車的標配。
二十多年來，汽車電子行業不斷地蓬勃發展，越來越多機械控制的部件被電子控制所取代。伴隨著整車電氣化水平的不斷提高，這一趨勢顯得更加明顯。從2007年到2017年，汽車電子成本的占比從約20%上升至40%左右。
自2020年起，汽車半導體受益于“三化”（電動智能互聯）的不斷推進，全球汽車半導體產業又迎來了一波新的增長。根據 KPMG 數據，2020年全球汽車半導體市場規模為450億美元左右。據預測，到2040年汽車半導體的潛在市場規模將達到1500~2000億美元。
汽車半導體收入
汽車半導體的概念寬泛，其按照功能可以分為，汽車芯片，功率器件，傳感器等。隨著智能汽車的不斷發展，汽車芯片也出現了分化。
汽車半導體產業組成
其中一類為汽車核心功能模塊所使用的MCU芯片，它的主要任務就是保證汽車核心功能穩定運行。包括了VCU（整車控制單元，協調整車三電系統），ESP（車身穩定系統，防止側翻側滑），BMS（電池管理系統，負責電池續航和安全）。目前一輛傳統汽車平均用到70顆以上的MCU芯片，每輛智能汽車有望采用超過300顆MCU，是傳統汽車的4倍還多。
另一類是與自動駕駛駕駛，車聯網，智能座艙相關的SOC芯片。這類芯片的算力極強，集成了CPU、AI芯片（GPU、FPGA、ASIC）、深度學習加速單元（NPU）等多個模塊。
1、自動駕駛
在自動駕駛芯片領域，英偉達以及背靠英特爾的Mobileye仍然處于領先的第一梯隊；德州儀器、高通、華為海思、地平線處于第二梯隊。由于我國在消費電子領域已經深耕多年，國內芯片廠商的成長速度很快。同時考慮到美國的“芯片政治”的影響，為了避免出現芯片供應問題，眾多車企也開始將地平線、黑芝麻等國內廠商作為備選方案，這給予了我們一次快速成長的寶貴的機會。
自動駕駛芯片主流供應商
2、座艙芯片
在智能座艙計算芯片領域，高通在產品力與高端市場占有率上具備絕對領先優勢，三星、英特爾、瑞薩等廠商緊隨其后，中低端車型市場上以恩智浦、德州儀器為主。以高通、三星為代表的消費電子廠商可以依靠下游出貨量較大的手機等產品來分攤高昂的研發成本，在制程升級方面具備更高積極性以及在開發高算力產品方面具有顯著的技術優勢。目前在國內新興旗艦車型上幾乎壟斷，市場份額高達 70-80%。
雖然SOC芯片的功能強大，但考慮其使用數量與運用場景遠遠不及MCU。一旦提及更為基礎的MCU時，我們反而捉襟見肘，而本次缺芯的主角正是價格較低的MCU。正如大眾集團采購主管Murat Aksel所說的：“由于一顆成本僅為50美分的芯片，我們無法制造出一輛售價5萬美元的汽車?！?
二、車規級芯片難在哪里？
MCU根據不同指標分為消費級MCU、工業級MCU和車規級MCU。不同MCU的良品率要求各異。其中，消費級MCU注重功耗和成本，工業級MCU注重平衡性能、功耗、成本和可靠性，車規級MCU則注重安全和可靠。
由于汽車與手機的運用場景不同，消費級芯片與車規級芯片在發展路線上出現了分化。消費級芯片向著算力更強，功耗更低，面積更小的方向發展；而汽車芯片則走向了完全不同的發展路線 —— 安全。
由于汽車芯片直接關系到人的生命財產安全，所以對產品的要求也更為嚴格，為此國際汽車電子協會對車規級MCU推出三種標準規范，以確保汽車電子產品的安全運行。
? AEC-Q100可靠性標準
? IATF 16949供應鏈質量管理標準
? ISO26262功能安全標準
除了這三種標準以外，車規級MCU在工作溫度，不良率，工作壽命上的要求都更為苛刻。這也就是為什么在汽車芯片行業內會流傳這么一句話：“得車規者，得天下！”總之汽車芯片除了需要滿足種種行業標準，考慮到其復雜和惡劣的使用環境，還需要很好的EMC抗干擾特性、特殊的處理以保證高可靠性、零失效。
三、國內芯片與國外的差距
2020年全球汽車MCU市場規模約70億美元，其中 Renesas、NXP、Infineon、TI和Microchip五大廠商合計市占率達86.6%，市場高度集中。令人感到遺憾的是，當前車規級芯片的國產化率很低，90%超過國外進口，關鍵核心芯片全部被國外壟斷。
芯片是一個成本高，周期長的，壁壘高的高科技行業。雷軍就說過“芯片行業10億起步，10年結果。”當芯片研制出來，至少要賣出幾千萬件才能收回成本。如果只賣100萬件，每個芯片的平均研發成本就要1000多塊錢。芯片比市面上的手機還貴，這生意就沒法做。
而車規級芯片更是如此！芯片研制出來，放到市場上賣，還要面對傳統芯片巨頭的圍追堵截。他們在這個領域深耕多年，是不會輕易地讓出這一塊蛋糕。一款中國的車規級芯片要想出人頭地，還需要翻越傳統芯片巨頭設下的“三座大山”！
1、行業壁壘
汽車核心芯片是一個強綁定的供應鏈體系，行業壁壘比較高，新品設計出來后無法快速上車，一般需要2-3年時間完成車規認證，并進入整車廠供應鏈；一旦進入之后，能擁有長達5-10年的供貨周期。一個產品開發36個月-48個月，產品的壽命周期是10年，還有10年的備件的要求。
2、專利壟斷
當前汽車核心芯片主要采用的是40nm以上的工藝制成，相比于消費電子而言，這并不是什么難事，而真正卡住我們的是專利壁壘。就像5G時代老美繞不開華為的專利一樣，目前汽車核心芯片的專利權牢牢被西方廠商把控。僅博世一家公司在半導體領域就擁有超過1500項發明專利，更不要說那些老牌的芯片廠商了。隨著汽車電子技術的不斷發展，汽車核心芯片的集成度越來越高，可以說整個汽車電子的基石就是他們創立的，這是你無論如何都繞不開的。
3、配套設施
一款芯片要想量產，除了芯片本身以外，其相關的配套設施一樣也不能少。例如芯片編譯環境設置，配套的底層驅動代碼，完善的芯片手冊，以及快速響應的售后服務，而這些都需要長期的技術和經驗積累。在控制器平臺設計之初，關于主芯片的選擇就是重中之重。一款國產MCU想要被“翻牌子”，需要考慮開發人員的熟悉程度、開發難度大、開發時長。如果開發周期過長，即使這款MCU貨源充足還物美價廉，也會面臨被淘汰的命運”。
除了以上客觀條件，另一大制約我國“汽車芯”長期發展的主要原因：車企和芯片企業之間信任缺失。由于國產車載芯片沒有足夠的驗證記錄，可靠性沒保證；工具鏈不夠強，開發能力弱；成熟度不夠，性能指標與國外芯片相比有差距，同時，成本還要更高。與之相反的是國外的車載芯片成熟度高，價格便宜，質量又好，這使得國內芯片很難形成比較優勢或是規模效應。
一方面由于自主芯片與國外存在的技術差距，使得汽車企業用起來擔驚受怕，本能的降低了自主芯片的裝機率；另一方面，自主芯片裝車機會少就更難獲得改進的機會，進一步導致后續研發資金跟不上，生產效率持續低下。因此只有打破這種“惡性循環”，自主芯片才能迎來發展的春天！
四、國家助力“汽車芯”長期發展
當前中國的汽車電子市場正不斷增長，預計到2030年汽車電子成本占比提升到整車成本的51%，市場規模將超過8000億元。雖然市場很大，但我們的根基還很薄弱。相較于整個汽車芯片產業而言，我們要慢下來，靜下心，認真地干10年，可能才會看到產業鏈條形成完整的體系。
與此同時我們也看到，政府對于芯片產業不遺余力的支持。近年來，為進一步鼓勵國內半導體的整體發展，增強科技競爭力，政府相繼出臺了一系列支持和引導半導體行業發展的政策法規。為芯片行業建立了優良的政策環境，促進芯片行業自主創新，改善擺脫依賴別國的窘境。
1、政策護航
通過制定稅收減免等經濟性手段，對芯片產業鏈上的上下游企業予以發展支持。2018年國家確立了集成電路生產企業的“兩免三減半”，“五免五減半”的稅收優惠政策，同時為半導體企業融資，人才教育，科研投入等方面提供大力支持。
2、資本助力
自2014年起，國家牽頭成立了“國家集成電路產業投資基金”，重點投資國內芯片產業鏈龍頭企業，改善了企業融資環境，強力地支持了我國自主可控集成電路供應鏈的構建。
3、行業引領
針對現階段車規級芯片國產化率低的問題，2021年兩會期間，政府提出“提高車規級芯片國產化率”與“制定車規級芯片”兩步走戰略。第一步通過國內的主機廠與系統級供應商共同推動，在一些功能相對簡單，技術門檻較低的車規級芯片上率先嘗試進行國產化替代，提高市場占用率，提升其車規級國產化體系能力；第二步，由芯片供應商推動，形成芯片供應商內生動力機制，解決技術門檻高的車規級芯片國產化問題。
4、資源整合
由于車規級芯片的認證標準嚴格，而對安全性的需求極高，但國內現階段卻缺乏健全的標準體系和測試認證平臺，這無疑制約了行業的長期發展。2020年，中國汽車芯片產業創新聯盟成立，聯盟跨界融合汽車和芯片兩大產業，聯合產業鏈上下游共同組建，形成透明、一致公開的行業認證標準，打通產業鏈上下游資源共同推動行業。同年，由工信部電子信息局頒布的汽車芯片供需對接手冊，提出建立汽車芯片的供需平臺，整合行業上下游供需資源，通過信息及資源的打通，解決因為信息不對稱帶來的供需不平衡。
五、總結
疫情導致的半導體的短缺反映出全球半導體產業供應鏈的脆弱與不平衡，也給所有汽車人敲響了警鐘。沒有強大的半導體產業，中國汽車產業的“新四化”轉型就是“空中樓閣”。
當然，我們也應該清楚地認識到當前國內車規級芯片技術西方領先集團的差距，這需要一批又一批芯片人的不斷努力。對于“國產芯”，我們既要抱有強大的信心，又要懷著持續的耐心。值得慶幸的是，目前國家已經把“提高車規級的半導體國產化率”上升為國家戰略，隨著政策的不斷引導與扶持，國內半導體企業將迎來飛速發展的時代機遇?；蛟S在不久的未來，使用上一顆真真切切的“國產芯”將不再是件難事。
參考資料：
1、德勤：兵臨城下，糧草未及——汽車半導體戰略重整之啟思
2、Vehicle攻城獅：深度解析，汽車缺芯背后的真相
3、果殼：這種全球瘋搶的芯片，國產替代有何機會和難題
4、星海局情報：躺著也中槍，中國沒有自己的汽車芯片？
5、中金公司：汽車芯片，自動駕駛浪潮之巔
6、東北證券 李恒光：汽車域控制器行業深度研究，智能化大趨勢，相關軟硬件迎爆發
7、汽車評價：汽車芯片國產替代堵點：互信缺失
來源：智能汽車開發者平臺 ，作者Defry
