近幾年，芯片行業(yè)成為了美國(guó)對(duì)華制裁的焦點(diǎn)領(lǐng)域。外部的壓力催生了國(guó)產(chǎn)芯片自主發(fā)展的必要性。在政策支持和市場(chǎng)需求的雙重推動(dòng)下，國(guó)產(chǎn)芯片企業(yè)正加速技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，以應(yīng)對(duì)外部環(huán)境的不確定性。
國(guó)產(chǎn)芯片自主化發(fā)展的重點(diǎn)聚焦在汽車領(lǐng)域。隨著新能源汽車和智能網(wǎng)聯(lián)汽車的快速發(fā)展，對(duì)高性能半導(dǎo)體芯片的需求大幅增加。在我國(guó)從汽車大國(guó)向汽車強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變的過(guò)程中，國(guó)產(chǎn)芯片自主化是關(guān)鍵的一步。
具體到車規(guī)級(jí)MCU，目前國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)展情況如何？當(dāng)前國(guó)產(chǎn)廠商正在如何布局車規(guī)級(jí)MCU產(chǎn)品？國(guó)產(chǎn)替代的過(guò)程中又會(huì)遇到哪些瓶頸和挑戰(zhàn)？針對(duì)這些問(wèn)題，我們與國(guó)內(nèi)部分車規(guī)級(jí)MCU廠商進(jìn)行了探討。
300億市場(chǎng)空間下，車規(guī)級(jí)MCU國(guó)產(chǎn)市占率不足5%，前景廣闊
當(dāng)下汽車芯片市場(chǎng)呈現(xiàn)快速的發(fā)展態(tài)勢(shì)。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，2024年我國(guó)車規(guī)級(jí)芯片市場(chǎng)規(guī)模將突破900億元，其中車規(guī)級(jí)SoC市場(chǎng)規(guī)模將預(yù)計(jì)達(dá)到341億元。
▲《半導(dǎo)體器件應(yīng)用網(wǎng)》整理自網(wǎng)絡(luò)
同時(shí)，作為近幾年汽車應(yīng)用前沿?zé)衢T領(lǐng)域的BMS和48V系統(tǒng)也在快速發(fā)展。
相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)48V系統(tǒng)半導(dǎo)體市場(chǎng)從2021年的12億元發(fā)展到2024年的72億元，3年時(shí)間增長(zhǎng)達(dá)到6倍。48V系統(tǒng)市場(chǎng)的增長(zhǎng)也帶動(dòng)了上游希獲微、南芯、杰華特等DC/DC芯片原廠的快速發(fā)展。
BMS市場(chǎng)近些年也保持快速增長(zhǎng)。數(shù)據(jù)顯示，2022年中國(guó)BMS市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到138億元，同比增長(zhǎng)89%，預(yù)計(jì)到2027年市場(chǎng)規(guī)模將突破300億元。諸如中穎電子、芯?？萍?/span>等國(guó)內(nèi)芯片廠商也在BMS快速發(fā)展的態(tài)勢(shì)下快速發(fā)展。
根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，一輛高端智駕新能源汽車所使用的半導(dǎo)體器件數(shù)量中，每輛車至少需要300顆以上的MCU芯片。
面向巨大的市場(chǎng)，對(duì)于車規(guī)級(jí)芯片國(guó)產(chǎn)替代前景的樂(lè)觀判斷，幾乎成為當(dāng)下行業(yè)的共識(shí)。
航順芯片高級(jí)區(qū)域總監(jiān)陳水平看好國(guó)產(chǎn)車規(guī)級(jí)MCU的發(fā)展前景，“當(dāng)下國(guó)產(chǎn)級(jí)車規(guī)級(jí)芯片市場(chǎng)占有率還不到30%，更高階控制領(lǐng)域的芯片占比就更低。但是過(guò)去一年能看到，國(guó)產(chǎn)車規(guī)級(jí)芯片在不斷更新迭代與進(jìn)步，這對(duì)于處于起步階段的國(guó)產(chǎn)車規(guī)級(jí)芯片產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)是非常積極的信號(hào)。面對(duì)超過(guò)70%的市場(chǎng)空間，我對(duì)車規(guī)芯片實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代的前景非常樂(lè)觀。”
▲圖源：包圖網(wǎng)
上海貝嶺執(zhí)行總監(jiān)唐振寧認(rèn)為，目前汽車芯片國(guó)產(chǎn)化率還很低，國(guó)產(chǎn)車規(guī)芯片技術(shù)能力也還不夠，汽車行業(yè)還是大量依靠進(jìn)口芯片。長(zhǎng)期來(lái)看，還是必須走國(guó)產(chǎn)化道路，加快能力建設(shè)，實(shí)現(xiàn)自主可控。
發(fā)展蓄勢(shì)待發(fā)，國(guó)內(nèi)廠商發(fā)力車規(guī)級(jí)MCU布局
從發(fā)展歷程來(lái)看，自2018年起，國(guó)內(nèi)部分半導(dǎo)體廠商開始開始謀劃布局車規(guī)級(jí)MCU；2021年缺芯潮的背景下，國(guó)產(chǎn)車規(guī)芯片迎來(lái)了布局熱潮；到了2024年，隨著認(rèn)證周期的結(jié)束，越來(lái)越多車規(guī)級(jí)MCU推廣到市場(chǎng)并投入使用。
上海貝嶺執(zhí)行總監(jiān)唐振寧介紹，貝嶺依托自己30多年在芯片行業(yè)技術(shù)和資源積累，以及集團(tuán)內(nèi)晶圓廠的支撐，布局了功率器件、驅(qū)動(dòng)電路、存儲(chǔ)器、電源管理、接口電路、信號(hào)鏈產(chǎn)品等多條車規(guī)產(chǎn)品線。
“目前大規(guī)模上車應(yīng)用的產(chǎn)品主要集中在功率器件、電源管理和存儲(chǔ)器產(chǎn)品，明年貝嶺將推出SBC、高邊驅(qū)動(dòng)等新的產(chǎn)品類別，并把已經(jīng)量產(chǎn)的產(chǎn)品類別做系列化和迭代升級(jí)。貝嶺充分利用集團(tuán)內(nèi)晶圓制造資源，發(fā)揮CIDM的優(yōu)勢(shì)，在功率器件以及配套的驅(qū)動(dòng)電路方向集中發(fā)力，逐步建立市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。貝嶺點(diǎn)火IGBT產(chǎn)品國(guó)內(nèi)品牌出貨量第一，已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外頭部客戶實(shí)現(xiàn)批量出貨，配套的驅(qū)動(dòng)電路即將推出，形成配套銷售；貝嶺3路LED車燈驅(qū)動(dòng)，單品年出貨量超1千萬(wàn)顆。”
▲圖源：包圖網(wǎng)
兆易創(chuàng)新、中微半導(dǎo)等半導(dǎo)體企業(yè)正積極布局車規(guī)級(jí)MCU市場(chǎng)，通過(guò)產(chǎn)品迭代和升級(jí)，滿足中高端汽車控制領(lǐng)域的應(yīng)用需求。
另外，近幾年以杰發(fā)科技為代表的專注于車規(guī)級(jí)芯片設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的廠商也在布局中取得突破。
在國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體廠商加大車規(guī)級(jí)芯片的市場(chǎng)布局與產(chǎn)品研發(fā)的背景下，我國(guó)車規(guī)級(jí)芯片實(shí)現(xiàn)自主化的前景將更加廣闊。
從消費(fèi)級(jí)到車規(guī)級(jí)芯片布局，并不容易
車規(guī)級(jí)MCU廣闊的發(fā)展前景吸引了眾多國(guó)內(nèi)廠商入局，但是在布局的過(guò)程中也會(huì)遇到許多挑戰(zhàn)和困難。
航順芯片在拓展布局車規(guī)級(jí)芯片的歷程就是許多布局車規(guī)級(jí)MCU的國(guó)產(chǎn)廠商的縮影。
2013年成立的航順芯片于2018年正式立項(xiàng)車規(guī)級(jí)MCU，2019年發(fā)布第一顆車規(guī)MCU。
據(jù)航順芯片高級(jí)區(qū)域總監(jiān)陳水平介紹，相較于消費(fèi)類MCU，車規(guī)級(jí)MCU對(duì)芯片的可靠性和穩(wěn)定性要求要高得多。
“我們?cè)趶南M(fèi)類轉(zhuǎn)向車規(guī)類的過(guò)程中首先遇到的考驗(yàn)是芯片設(shè)計(jì)端的技術(shù)與資金：車規(guī)級(jí)芯片要滿足AEC-Q100車用可靠性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，以及諸多性能測(cè)試，為了滿足這些要求，我們前期需要跟晶圓廠、封測(cè)廠等上游企業(yè)進(jìn)行諸多技術(shù)溝通，因此整個(gè)產(chǎn)品研發(fā)的周期將近一年，在這個(gè)周期內(nèi)需要大量的資金投入，但是產(chǎn)出相對(duì)較慢。當(dāng)產(chǎn)品研發(fā)出來(lái)并供應(yīng)到客戶后，市場(chǎng)也具有不確定性：如果某款車型或者某個(gè)車企銷量不穩(wěn)定，會(huì)導(dǎo)致前期的資金投入和備貨無(wú)法轉(zhuǎn)化為現(xiàn)金流，這對(duì)布局企業(yè)來(lái)說(shuō)是一個(gè)較大的難題。”
客戶資源不足是布局車規(guī)級(jí)芯片前期可能會(huì)面臨的另一個(gè)痛點(diǎn)。
陳水平分享：“從消費(fèi)級(jí)轉(zhuǎn)向車規(guī)級(jí)MCU，前期缺少汽車領(lǐng)域的客戶支持，需要我們從零開始積累汽車客戶資源，開發(fā)市場(chǎng)的過(guò)程中也面臨諸多挑戰(zhàn)。所幸航順芯片經(jīng)過(guò)這幾年在車規(guī)級(jí)芯片領(lǐng)域的深耕和布局，目前車規(guī)級(jí)芯片已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)并供應(yīng)給下游客戶。”
另外，目前航順芯片正在布局從非安全類控制芯片向安全類控制芯片轉(zhuǎn)變。陳水平坦言，實(shí)現(xiàn)消費(fèi)級(jí)向車規(guī)級(jí)芯片轉(zhuǎn)變的0突破后，從非安全類芯片向安全類芯片轉(zhuǎn)變相對(duì)更順利。
“當(dāng)我們?cè)谲囈?guī)級(jí)芯片完成了技術(shù)積累和客戶開發(fā)后，憑借我們專業(yè)的汽車設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)和供應(yīng)鏈體系，規(guī)劃安全控制類芯片要更加容易，預(yù)計(jì)2025年航順芯片的安全認(rèn)證車規(guī)級(jí)芯片就將上市。”
挑戰(zhàn)一：
國(guó)產(chǎn)車規(guī)芯片在技術(shù)和設(shè)計(jì)上仍有差距
在國(guó)產(chǎn)芯片上車的市場(chǎng)熱潮下，除了轉(zhuǎn)型布局過(guò)程中面臨的困難外，車規(guī)級(jí)芯片廠商在實(shí)現(xiàn)布局后也會(huì)面對(duì)市場(chǎng)與技術(shù)的雙重挑戰(zhàn)。
上海貝嶺執(zhí)行總監(jiān)唐振寧認(rèn)為，國(guó)內(nèi)車規(guī)級(jí)功率和模擬產(chǎn)品和國(guó)外比差距已經(jīng)較小。但在功能復(fù)雜的智駕算力芯片、通訊芯片、控制芯片等方面，目前距離國(guó)際先進(jìn)水平還有不小的差距，在芯片設(shè)計(jì)能力、晶圓制造能力、功能安全、質(zhì)量可靠性等方面還有很多不足。
具體而言，國(guó)內(nèi)廠商在技術(shù)和工藝層面面臨首要挑戰(zhàn)。
據(jù)悉，以車規(guī)級(jí)芯片算力維度來(lái)說(shuō)，全球領(lǐng)先廠商如英偉達(dá)已實(shí)現(xiàn)3-5納米制程工藝的車規(guī)級(jí)芯片，而國(guó)內(nèi)頂級(jí)算力芯片的制程工藝多在14-28納米之間，工藝層面的算力差距在2倍以上。
除算力以外，目前在車規(guī)級(jí)芯片接口集成方面也存在差距。
航順芯片高級(jí)區(qū)域總監(jiān)陳水平介紹，目前車規(guī)級(jí)芯片集成通信接口最常規(guī)形式是CAN，通常芯片廠會(huì)內(nèi)置6個(gè)及以上的CAN FD通訊接口，另外還包括LIN、以太網(wǎng)、高速USB以及內(nèi)置藍(lán)牙等等。
“目前車規(guī)級(jí)芯片接口集成的主要難點(diǎn)在于模擬接口和數(shù)字接口的信號(hào)設(shè)計(jì)要求不一致，例如芯片內(nèi)集成ADC模擬接口，再集成CAN和UART等數(shù)字接口，可能會(huì)引發(fā)數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)的互相干擾，從而影響傳輸?shù)姆€(wěn)定性。”
集成接口的另一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)是如何發(fā)揮通信效果的最大化。
“當(dāng)一顆車規(guī)級(jí)芯片設(shè)計(jì)好內(nèi)部走線布局后，很多模塊集成在芯片內(nèi)部，參數(shù)設(shè)計(jì)上芯片可以運(yùn)行一定兆數(shù)的帶寬，但是如果設(shè)計(jì)不好，可能實(shí)際運(yùn)行無(wú)法達(dá)到所設(shè)計(jì)的兆數(shù)，這其中要解決的痛點(diǎn)是如何打造更合理的芯片設(shè)計(jì)方案，避免影響主頻的穩(wěn)定性，從而影響更高端算力的達(dá)成。”
此外，車規(guī)級(jí)芯片在高溫狀態(tài)下的性能穩(wěn)定性，也是如今國(guó)產(chǎn)廠商面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)之一。
陳水平指出，安全類車規(guī)控制芯片要能夠滿足150℃狀態(tài)下能穩(wěn)定應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)中，這需要涉及到最高等級(jí)ASIL-D安全認(rèn)證，目前國(guó)內(nèi)廠商在芯片設(shè)計(jì)上還需要時(shí)間來(lái)沉淀技術(shù)。
挑戰(zhàn)二：
市場(chǎng)信任度低，國(guó)產(chǎn)芯片難上車
除技術(shù)瓶頸外，當(dāng)前國(guó)產(chǎn)芯片還面臨市場(chǎng)開發(fā)與推廣的難題。
具體來(lái)說(shuō)，目前國(guó)產(chǎn)車規(guī)級(jí)控制芯片主要應(yīng)用在車身、域控、動(dòng)力總成、線控底盤、新能源電池管理、座艙音頻等領(lǐng)域，而進(jìn)入到智駕、底盤、動(dòng)力等中高端應(yīng)用領(lǐng)域，目前市場(chǎng)應(yīng)用幾乎來(lái)自英飛凌、意法半導(dǎo)體、恩智浦等國(guó)際大廠。
雖然目前部分國(guó)內(nèi)頭部廠商已經(jīng)有面向智能駕駛和域控領(lǐng)域的產(chǎn)品上市，但是由于這些領(lǐng)域?qū)τ谛酒阅艿娜蒎e(cuò)率幾乎為0，因此汽車廠商對(duì)于國(guó)產(chǎn)車規(guī)級(jí)芯片大批量導(dǎo)入持較為謹(jǐn)慎的態(tài)度。這表明國(guó)產(chǎn)車規(guī)級(jí)芯片在高端市場(chǎng)的認(rèn)知度和市場(chǎng)推廣力度亟待加強(qiáng)。
航順芯片高級(jí)區(qū)域總監(jiān)陳水平也認(rèn)為，提升市場(chǎng)接受度是國(guó)產(chǎn)車規(guī)級(jí)芯片進(jìn)入中高端市場(chǎng)應(yīng)用的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。
基于這種市場(chǎng)現(xiàn)狀，航順芯片主要通過(guò)小批量客戶切入、差異化設(shè)計(jì)的策略來(lái)推廣車規(guī)級(jí)芯片。
“為了提高市場(chǎng)對(duì)國(guó)產(chǎn)車規(guī)級(jí)芯片的接受度，我們采取了兩種方式：首先，我們會(huì)從中小體量客戶切入應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用中傳播市場(chǎng)口碑，提高市場(chǎng)的接受度。”
“另外，我們會(huì)通過(guò)個(gè)性化設(shè)計(jì)來(lái)打造車規(guī)級(jí)芯片功能的差異化，增強(qiáng)芯片的特性：例如有的客戶比較注重芯片的算力，我們會(huì)在芯片內(nèi)集成一些資源以滿足算力需求；此外，我們還在規(guī)劃通過(guò)內(nèi)置更豐富的模擬接口來(lái)實(shí)現(xiàn)車規(guī)級(jí)MCU對(duì)模擬信號(hào)的處理需求?？傊ㄟ^(guò)構(gòu)建更有針對(duì)性的車規(guī)級(jí)MCU性能，來(lái)滿足不同客戶對(duì)于產(chǎn)品的需求。”
國(guó)產(chǎn)廠商發(fā)力
共謀車規(guī)芯片產(chǎn)業(yè)未來(lái)
盡管面臨諸多挑戰(zhàn)，但是國(guó)產(chǎn)廠商積極努力解決當(dāng)下面臨的諸多技術(shù)痛點(diǎn)和市場(chǎng)難題。
為了追趕國(guó)際先進(jìn)車規(guī)級(jí)芯片廠商的發(fā)展，近些年國(guó)內(nèi)芯片廠商加大技術(shù)研發(fā)力度，提高技術(shù)水平，尤其是在芯片制程技術(shù)方面，從65nm-28nm向16nm-7nm的先進(jìn)制程邁進(jìn)，以提升芯片性能并降低功耗。
另外，國(guó)內(nèi)芯片廠商通過(guò)需求端和供給端深度融合，依托市場(chǎng)需求，優(yōu)先開展國(guó)產(chǎn)替代，不斷提升國(guó)內(nèi)車規(guī)級(jí)芯片能力建設(shè)。
例如，上海貝嶺的破局思路是發(fā)揮CIDM優(yōu)勢(shì)，在供應(yīng)能力、成本、工藝迭代等方面建立起優(yōu)勢(shì)。
上海貝嶺執(zhí)行總監(jiān)唐振寧認(rèn)為，隨著汽車芯片國(guó)產(chǎn)化的推進(jìn)，國(guó)內(nèi)芯片公司逐步參與到整車設(shè)計(jì)和部件設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)汽車系統(tǒng)，方案的逐步深入學(xué)習(xí)，了解到客戶對(duì)芯片的真實(shí)需求，可以開發(fā)更貼合實(shí)際應(yīng)用的芯片產(chǎn)品，隨著國(guó)產(chǎn)芯片設(shè)計(jì)和生產(chǎn)技術(shù)的不斷加速提高，國(guó)內(nèi)車規(guī)級(jí)芯片和國(guó)際先進(jìn)水平的差距會(huì)越來(lái)越小。
“我們將重點(diǎn)布局大功率的功率器件，如三電系統(tǒng)應(yīng)用的IGBT、SiC MOSFET、特高壓MOSFET及其配套預(yù)驅(qū)電路；配套通用產(chǎn)品逐步完成產(chǎn)品系列化。SBC，PMIC，SoC等系統(tǒng)級(jí)大芯片要和客戶深入合作，形成方案設(shè)計(jì)配套，做最適合客戶需求的產(chǎn)品。充分發(fā)揮貝嶺產(chǎn)品系列齊全，豐富的特點(diǎn)，利用CIDM的優(yōu)勢(shì)資源，持續(xù)加大車規(guī)芯片研發(fā)投入，不斷拓展產(chǎn)品市場(chǎng)份額。”
國(guó)產(chǎn)車規(guī)級(jí)芯片廠商破局的另一種思路是加大技術(shù)投入，提高芯片的算力和穩(wěn)定性。
對(duì)于國(guó)產(chǎn)車規(guī)級(jí)芯片來(lái)說(shuō)，如何與國(guó)外先進(jìn)廠商產(chǎn)品形成質(zhì)價(jià)比也是開拓市場(chǎng)的重要因素。因此，成本控制也是國(guó)產(chǎn)車規(guī)芯片未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)。
對(duì)此，航順芯片高級(jí)區(qū)域總監(jiān)陳水平分享，對(duì)于芯片原廠來(lái)說(shuō)，非安全類芯片降本需求更加強(qiáng)烈。
“首先，我們會(huì)優(yōu)化芯片集成的資源分配，針對(duì)不同性能需求的客戶打造更針對(duì)性的集成化方案，以此來(lái)優(yōu)化資源；其次，我們會(huì)加大研發(fā)投入，降低先進(jìn)制程工藝的成本，例如選擇12寸電源40納米的工藝制程，可以在實(shí)現(xiàn)更高端資源集成的情況下精簡(jiǎn)整體成本；另外，因?yàn)樾酒邪l(fā)周期較長(zhǎng)，也會(huì)帶來(lái)相應(yīng)成本，我們會(huì)提前半年甚至一年做市場(chǎng)調(diào)研，提前做好產(chǎn)品規(guī)劃，以實(shí)現(xiàn)芯片上市和市場(chǎng)應(yīng)用需求的更好契合。”
從全球競(jìng)爭(zhēng)格局和行業(yè)重要性來(lái)說(shuō)，車規(guī)級(jí)芯片實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化、早日建立自給自足的芯片供應(yīng)能力，對(duì)于我國(guó)芯片行業(yè)來(lái)說(shuō)是非常重要的戰(zhàn)略布局。
盡管目前國(guó)產(chǎn)車規(guī)級(jí)芯片在技在技術(shù)、工藝、可靠性、品牌認(rèn)知度等方面與國(guó)際先進(jìn)水平存在差距，但是近幾年隨著布局車規(guī)級(jí)芯片的國(guó)產(chǎn)廠商越來(lái)越多，國(guó)產(chǎn)芯片上車已經(jīng)完成了起步階段；另外，隨著越來(lái)越多國(guó)產(chǎn)廠商加力布局，在技術(shù)研發(fā)和市場(chǎng)推廣上持續(xù)投入，國(guó)產(chǎn)車規(guī)級(jí)芯片發(fā)展已經(jīng)蓄勢(shì)待發(fā)。
得益于政策支持和市場(chǎng)需求的雙重推動(dòng)，國(guó)產(chǎn)廠商正積極布局并取得顯著進(jìn)展，預(yù)示著未來(lái)有望實(shí)現(xiàn)重大突破。
（來(lái)源半導(dǎo)體器件應(yīng)用網(wǎng)）
