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最近這兩年，不知道大家有沒有發(fā)現(xiàn)一個(gè)新的現(xiàn)象。
無論是哪家車企的發(fā)布會，都會高頻次地出現(xiàn)一塊并不起眼的小東西——芯片。
就拿7月底的蔚來NIO IN創(chuàng)新科技日來說，就宣布全球首顆車規(guī)級5nm智駕芯片“神璣NX9031”成功流片（已經(jīng)做好大規(guī)模量產(chǎn)的準(zhǔn)備）。蔚來官方表示，這塊芯片擁有超過500億顆晶體管，僅僅1顆的算力就能抵上4顆英偉達(dá)Orin X芯片，也就是算力超過1000TOPS，聽起來非?；Ｈ?。
而到了8月底，小鵬MONA M03暨小鵬十周年發(fā)布會上，何小鵬現(xiàn)場宣布小鵬自研的自動駕駛芯片“圖靈”流片成功。它專為AI大模型研發(fā)，不僅僅可用于智駕系統(tǒng)，還可用于機(jī)器人、飛行汽車等等，擁有40核處理器，最高可運(yùn)行大模型參數(shù)30B（數(shù)據(jù)量和蘋果的MM1大模型相當(dāng)）。
雖說現(xiàn)場沒有公布制程和算力，不過何小鵬也透露，圖靈芯片在性能上可以匹敵3顆“主流智駕芯片”。雖說并沒有指名道姓是英偉達(dá)Orin X，但大家應(yīng)該也能猜得到。何小鵬選擇含蓄表達(dá)，大概是考慮了雙方緊密的合作關(guān)系吧。除了這兩家新勢力之外，吉利芯擎科技也推出過龍鷹系列智能座艙芯片，以及AD系列智能駕駛芯片：比亞迪、上汽、東風(fēng)、長城、長安等傳統(tǒng)品牌，也曾曝出、或是正在進(jìn)行車規(guī)級芯片的自主研發(fā)工作，好像這年頭不搞芯片，在外人面前就抬不起頭來似的。
那么，車企造芯片，單純是為了炫技嗎？是，但又不全是。從技術(shù)角度來講，做芯片確實(shí)比做三電要難上不少，不然也不會在這么長的時(shí)間里被國外卡著脖子。但存在瓶頸的并不僅僅是光刻機(jī)，還有一個(gè)更主要的原因：搞芯片的燒錢程度，可不是鬧著玩的！就拿國內(nèi)車載芯片企業(yè)中，混得最出彩的“大哥”地平線來說，哪怕已經(jīng)拿下了理想、長安、廣汽、蔚來等車企的供應(yīng)定點(diǎn)，估值超600億元，卻仍然處于虧損狀態(tài)。最近3年時(shí)間，地平線由于需要巨額研發(fā)投入，一共虧了175個(gè)億，差不多是創(chuàng)辦以來的融資總額！即便如此，距離盈利依然還有一段距離。那么問題來了，既然搞芯片不掙錢，那他們憑什么敢這么“浪”，紛紛踏上自研芯片這條燒錢的不歸路呢？實(shí)際上，除了自身需要以外，國家的政策導(dǎo)向又一次成為了背后的關(guān)鍵推手：
據(jù)媒體報(bào)道，工信部在今年年中的時(shí)候曾經(jīng)組織比亞迪、上汽等一票車企開了場閉門會，并明確提出：在2025年以前，汽車芯片的本土采購比例要達(dá)到25%以上。根據(jù)中國電動汽車百人會上的數(shù)據(jù)，3年前中國汽車行業(yè)整體芯片的國產(chǎn)化率不到5%，現(xiàn)在已經(jīng)上升到10%左右。另一位資深芯片產(chǎn)業(yè)分析師透露，2023年中國汽車一共消耗了各種芯片約為200億顆，其中國產(chǎn)化率不足15%。雖然各個(gè)統(tǒng)計(jì)口徑不一樣，但大體上結(jié)論都是差不多的——中國汽車芯片國產(chǎn)化率距離25%這一大目標(biāo)，仍然有著一定的差距。
實(shí)際上，早在2022年，汽車芯片國產(chǎn)化的呼聲就已經(jīng)非常高了。當(dāng)時(shí)新冠正在全球肆虐，不少芯片工廠都被迫停產(chǎn)，導(dǎo)致了一輪前所未有的“汽車芯片荒”，直接影響了汽車產(chǎn)能。何小鵬都無奈的表示：“誰要是能搞來芯片，我就親自找他喝酒去！”而原工信部部長苗圩，直接在公開場合怒批車企“缺芯”——車企領(lǐng)先的口號喊得震天響，一到缺芯就只會叫喚，缺芯少魂吶！
雖然現(xiàn)在來看，短期內(nèi)不會再出現(xiàn)當(dāng)時(shí)那樣大規(guī)模缺芯的黑天鵝事件了，但汽車芯片國產(chǎn)化卻仍然舉足輕重，原因恰恰在于——成本。在一輛傳統(tǒng)燃油車上，大約只有300-500顆左右的芯片。但新能源車由于更多電子控制器的介入，每輛車的芯片數(shù)量驟然提升至1000顆以上。智能化程度更高的車型，對芯片的需求量則更大，芯片數(shù)量甚至?xí)^2000顆！賽力斯汽車平臺技術(shù)體系總裁何浩曾表示，2019年芯片占整車成本的占比大約只有4%，到2023這一比例已經(jīng)迅速提升至20%以上。再加上最近動力電池價(jià)格一直在下跌……照這個(gè)趨勢下去，搞不好芯片的成本占比會超過動力電池，成為整車中最燒錢的部分。
了解芯片行業(yè)的朋友應(yīng)該知道，芯片作為這個(gè)時(shí)代最能代表高精尖技術(shù)的存在，門檻和壁壘是非常高的，這也使得芯片產(chǎn)業(yè)特別容易出現(xiàn)一家獨(dú)大的寡頭。理論上來說，一家企業(yè)一旦在市場中形成絕對壟斷，就能掌握無限大的定價(jià)權(quán)。現(xiàn)在的高通、英偉達(dá)、英特爾、AMD等等傳統(tǒng)芯片巨頭，正在享受這一紅利。據(jù)業(yè)內(nèi)人士估算，一旦汽車芯片實(shí)現(xiàn)大規(guī)模國產(chǎn)化，突破巨頭們在芯片上的壟斷地位，單車在芯片上的成本有望降低到現(xiàn)在的僅1/4。粗略估算一下，相當(dāng)于一輛20萬元的車能省下3萬元的成本！聽起來就相當(dāng)誘人。
而汽車芯片的種類雖然繁雜，大體上可以分為三大類：一是高算力芯片，具體就是高算力的智能駕駛芯片和智能座艙芯片，也是當(dāng)下最炙手可熱、也最難突破的一類（前面提到的蔚來神璣、小鵬圖靈、吉利龍鷹都是這類）。二是汽車功能控制類芯片，包括各種MCU（微型控制器芯片），以及各種伴隨雷達(dá)、攝像頭芯片而生，用于處理感知信號用的芯片。三是功率半導(dǎo)體芯片，主要包括IGBT、碳化硅晶體管等等，用于電機(jī)控制器、充電模塊等等，負(fù)責(zé)強(qiáng)電控制。那么，芯片的突圍之路究竟應(yīng)該從哪里開始？今天，我們就來好好聊一聊。
01. 智駕芯片：必須邁過英偉達(dá)！????
首先來聊聊近期呼聲最高的智能駕駛芯片。智能駕駛芯片目前已經(jīng)基本屬于英偉達(dá)的天下了，市面上帶高階智駕功能的車，有80%以上用的都是英偉達(dá)的芯片，哪怕一顆Orin X要大幾千塊也在所不惜。
近年來，國內(nèi)也出現(xiàn)了像地平線、黑芝麻智能這樣向英偉達(dá)發(fā)起沖擊的中國智駕芯片企業(yè)。盡管在制程和算力上，國產(chǎn)智駕芯片已經(jīng)不輸英偉達(dá)了，成本上相比英偉達(dá)也有一定的優(yōu)勢，但短時(shí)間內(nèi)仍然難以撼動英偉達(dá)的地位。主要原因在于，芯片確實(shí)不如英偉達(dá)好用。這里的“好用”，指的是英偉達(dá)已經(jīng)經(jīng)過多年的積累，形成了一套非常完善的軟件開發(fā)流程，智駕工程師們已經(jīng)用習(xí)慣了。而切換到全新的智駕芯片，軟件開發(fā)流程也得跟著變。就像你用了十多年Windows系統(tǒng)突然切換到iOS一樣，肯定會不適應(yīng)。所以智駕芯片想要實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化突圍，最大的攔路虎其實(shí)在軟件上。好用的芯片和開發(fā)軟件，必須得用時(shí)間磨合出來。
既然英偉達(dá)的芯片更好用，為何蔚來、小鵬、吉利等車企，還硬著頭皮也要搞智駕芯片呢？因?yàn)榛谟ミ_(dá)芯片開發(fā)出來的智駕系統(tǒng)，一定程度上被“公版”芯片框架框死了。就像當(dāng)年幾乎所有車企都在用Mobileye，后來特斯拉決定拋棄Mobileye轉(zhuǎn)向自研HW系列芯片一樣。說白了，車企玩了這么多年智駕，逐漸摸清楚了自己最需要的是什么，只有突破“公版”方案，才有可能領(lǐng)先于行業(yè)平均水平。
不過，雖說車企自研出來的智駕芯片算力和性能都杠杠的，但芯片制程普遍都小于7nm。目前大陸晶圓廠的芯片最先進(jìn)制程在14nm，意味著這些國產(chǎn)高性能智駕芯片想要大規(guī)模量產(chǎn)，臺積電代工是繞不過去的。而臺積電在核心技術(shù)上又受美國控制，所以一旦地緣政治出現(xiàn)波動，很有可能直接影響先進(jìn)芯片的出貨。受到制裁的華為，就是其中最典型的案例。想徹底解決先進(jìn)芯片卡脖子的問題，晶圓制造這關(guān)仍然需要克服??！除了智駕芯片以外，智能座艙芯片的情況也比較類似，也對芯片制程要求比較高，軟件開發(fā)也需要磨合，社長在這里就不過多贅述了。
02. 車規(guī)級MCU：驗(yàn)證周期是大關(guān)！????
相比之下，車規(guī)級MCU芯片，如空調(diào)、BMS、剎車、轉(zhuǎn)向、燈光控制芯片，這些芯片對制程的要求就沒那么高，基本上都在16nm以上，不需要擔(dān)心“造不出來”。盡管如此，車規(guī)級MCU的國產(chǎn)化率仍然非常低。
全球接近98%的市場，都被瑞薩、恩智浦、英飛凌、賽普拉斯、德州儀器、微芯、意法半導(dǎo)等七大廠商占據(jù)。而華潤微、三安光電這些中國車規(guī)級MCU企業(yè)，雖然近幾年有上升勢頭，但體量上跟這些國際巨頭還是無法抗衡的。
目前國內(nèi)車規(guī)級MCU產(chǎn)品，主要應(yīng)用在雨刮、車燈、車窗等低端應(yīng)用場景。而電子助力轉(zhuǎn)向、ESP、ABS、安全氣囊、逆變器、BMS等相對高端的應(yīng)用場景，覆蓋較弱。車規(guī)級MCU的壁壘，主要在于需要通過專業(yè)的車規(guī)級安全認(rèn)證。
認(rèn)證周期長達(dá)1-2年，再加上設(shè)計(jì)、流片、量產(chǎn)，一趟線下來往往需要3-5年的時(shí)間。之所以限制如此嚴(yán)格，主要是因?yàn)橄啾戎邱{智艙芯片，車規(guī)級MCU出問題的后果非常嚴(yán)重，很多直接關(guān)乎生命安全，比如安全氣囊失效、整車無法啟動、ESP失效等等。長周期認(rèn)證，也是為了保證芯片在10-15年內(nèi)能夠保持安全可靠。
不過，長周期認(rèn)證對于咱們的“追趕者”就不太友好了。等到費(fèi)勁千辛萬苦通過認(rèn)證，巨頭們早就推出性能更強(qiáng)的產(chǎn)品了。所以車規(guī)級MCU想要彎道超車，需要提前進(jìn)行高瞻遠(yuǎn)矚的布局。要抓住汽車電子電氣架構(gòu)從分布式向集中式變革的大趨勢，從多功能集成的SOC芯片入手才有機(jī)會。
03. 功率半導(dǎo)體：重在產(chǎn)能和成本！????
相比前面提到的“弱電芯片”，“強(qiáng)電芯片”也就是功率半導(dǎo)體，國產(chǎn)化進(jìn)程就要好很多了。在以往汽車功率半導(dǎo)體市場，英飛凌的地位基本上跟寧德時(shí)代在動力電池界的地位類似，獨(dú)占半邊天，而其他半導(dǎo)體廠商只能喝英飛凌剩下的湯。
2015年，中國汽車功率半導(dǎo)體國產(chǎn)化率只有不到13%。而到了2023年，這一比例已經(jīng)提升到了接近60%。更可喜可賀的是，比亞迪半導(dǎo)體在去年已經(jīng)干掉了昔日的“老大哥”英飛凌，成為了國內(nèi)功率半導(dǎo)體裝車量最大的企業(yè)（也和比亞迪的銷量脫不開關(guān)系）。
之所以如今功率半導(dǎo)體成為汽車芯片國產(chǎn)化的“排頭兵”，主要還是跟布局早有關(guān)。早在2004年，比亞迪就成立了專門的半導(dǎo)體公司，而具體比亞迪開展功率半導(dǎo)體器件研發(fā)業(yè)務(wù)的時(shí)間則更早，可以追溯到1998年。2011年，比亞迪就成功開發(fā)出了耐壓600V的IGBT，并開始在汽車功率模塊和家電中應(yīng)用。2020年，在市面上除了特斯拉以外，絕大部分電動車都還在用IGBT的時(shí)候，比亞迪就率先把自研的碳化硅功率器件應(yīng)用在了初代漢EV上。碳化硅相比硅基的IGBT，功耗更低、更耐高壓，這也成為了當(dāng)時(shí)比亞迪敢跟剛剛國產(chǎn)化的特斯拉Model 3在能耗上硬碰硬掰手腕的底氣。
而2023年12月，比亞迪宣布研發(fā)出了耐壓1200V的碳化硅芯片，做到這種程度，基本可以認(rèn)為做到了國際一流水平。當(dāng)然，除了比亞迪以外，包括中車、斯達(dá)半導(dǎo)體等等中國功率半導(dǎo)體企業(yè)，近幾年出貨量增長還是比較明顯的。一方面，他們確實(shí)乘上了汽車電動化轉(zhuǎn)型以及800V普及的東風(fēng)，另一方面，經(jīng)過幾年的驗(yàn)證，車企們已經(jīng)開始逐漸接納國產(chǎn)功率半導(dǎo)體了。
接下來想要讓汽車功率半導(dǎo)體國產(chǎn)化更進(jìn)一步，大力發(fā)展碳化硅器件，做好成本控制，二者缺一不可。碳化硅器件的高耐壓特性，跟800V高壓平臺技術(shù)是完美契合的。早在2020年以前，碳化硅器件就已經(jīng)出現(xiàn)了，卻沒有像現(xiàn)在一樣大規(guī)模的上車，主要是因?yàn)樘F了，1顆碳化硅的價(jià)格基本能抵上10顆IGBT。如今,經(jīng)過幾年的規(guī)?；当局?，碳化硅器件的價(jià)格仍然高出IGBT將近50%，降本空間仍然很大。碳化硅價(jià)格高，主要是因?yàn)樯a(chǎn)比IGBT困難得多。碳化硅晶體的生長速度只有硅的1/80不到，同時(shí)碳化硅質(zhì)地更脆，切割時(shí)容易崩片，導(dǎo)致良品率低。
想要提升碳化硅的生產(chǎn)效率，晶圓尺寸非常關(guān)鍵。常見的碳化硅晶圓的生產(chǎn)尺寸有4英寸、6英寸和8英寸，晶圓尺寸越大，意味著單位時(shí)間里能生產(chǎn)出的芯片數(shù)量越多。
目前，國內(nèi)大部分的碳化硅晶圓廠都是4英寸的，只有少部分擁有生產(chǎn)6英寸能力，代表著國際先進(jìn)水平的8英寸晶圓廠則寥寥無幾。所以，當(dāng)國內(nèi)晶圓廠大部分完成從4英寸到6英寸的升級改造，少部分達(dá)到8英寸時(shí)，碳化硅的產(chǎn)能將大幅提高，成本也會迎來進(jìn)一步下降。相信用不了幾年，800V技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)真正意義上的遍地開花。
04. 寫在最后????
科幻小說《三體》中，劉慈欣對于人類敵對陣營“三體人”科技多么多么強(qiáng)大的描述，恰恰在于芯片技術(shù)——三體人把超級計(jì)算機(jī)，刻進(jìn)了一顆“質(zhì)子”里。
而恰恰是三體人向人類發(fā)射的兩顆帶著超級計(jì)算機(jī)的質(zhì)子，成了地球文明走向毀滅的關(guān)鍵?，F(xiàn)實(shí)世界何嘗不是如此，芯片產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)大與否，不僅是一個(gè)國家科技水平的典型體現(xiàn)，更是決定未來國運(yùn)的關(guān)鍵。
道阻且長，行則將至。行而不輟，未來可期。
