挑戰(zhàn)重重！汽車“芯荒”還未真正過去
[汽車之家 行業(yè)] 前兩年的“芯荒”，相信很多人還記憶猶新。馬斯克曾形象地稱“搶芯片就像搶廁紙”。如今，相關(guān)的聲音貌似越來越少，市場充斥的更多是“價格戰(zhàn)”的壓力。不過，芯片短缺的危機真的過去了嗎？
12月5-6日，在2023全球汽車芯片創(chuàng)新大會暨第二屆中國汽車芯片高峰論壇上，重慶長安汽車股份有限公司首席專家李偉表示：“芯片短缺還沒有完全過去，共同應(yīng)對的機制還沒有建立起來�！�
例如長安汽車，1-9月缺芯約60萬顆，每個月基本都有幾款型號的短缺。
隨著新能源的滲透率快速攀升，車企們在智能化上的角逐也已經(jīng)開啟。2022中國市場智能汽車銷量增長166.9%。據(jù)預(yù)測，2025年中國智能電動車銷量將超過1200萬輛，占新能源汽車市場比率達到80%。中國汽車芯片的市場規(guī)模也將達到1600億美元，復(fù)合增長率超過20%。
在此背景下，芯片在汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮出越來越重要的作用。但同時，挑戰(zhàn)也接踵而至，芯片成為全球汽車企業(yè)競爭的焦點之一。
汽車芯片用量有多大？
目前，車規(guī)級芯片已經(jīng)成為全球半導(dǎo)體市場的三大應(yīng)用產(chǎn)業(yè)之一，且需求量將達到行業(yè)增速的2倍以上。從單車角度而言，傳統(tǒng)汽車芯片的用量大概是400顆，電動汽車大概是1000顆左右，智能電動車可以達到1400顆到1500顆或者更多。
據(jù)統(tǒng)計，中國汽車芯片的去年應(yīng)用總量達到73.9億顆，預(yù)計到2025年應(yīng)用總量會達到116.2億顆。單車半導(dǎo)體的價值也從平均每輛汽車的812美元增長至1467美元。
“2023年之后，傳統(tǒng)燃油車呈現(xiàn)負增長，新能源汽車增速變快。傳統(tǒng)燃油車里MCU的占比量減少，每年減少10%以上，新能源車的MCU則每年以超過20%的速度增長，從2022年的5.19億顆，預(yù)計到2026年將接近15億顆”，合肥杰發(fā)科技有限公司副總經(jīng)理王璐在演講中提到。
龐大的用量需求，構(gòu)筑起一條萬億級的產(chǎn)業(yè)鏈。按照曼合普（上海）管理咨詢有限公司管理咨詢業(yè)務(wù)負責人黃魁判斷，汽車芯片會有20年的黃金發(fā)展周期。
李偉也談到，除了用量增加之外，通過技術(shù)統(tǒng)型縮減單車芯片型號數(shù)量，汽車芯片也在向標準化、系列化發(fā)展，單品芯片數(shù)量規(guī)模有望實現(xiàn)倍增。同時，汽車芯片也在向多功能集成演進。例如通用型MCU，一方面向多核高算力演進，另一方面向高集成度、高性能、高可靠性發(fā)展，為汽車實用場景提供新的機會和可能。
另外，功率芯片正在向高壓化進化，系統(tǒng)從12伏上升到48伏，同功率下所需電流更小，能耗損耗預(yù)計可以降低50%，續(xù)航里程預(yù)計增長10%以上。平臺從380伏上升到800伏，整車重量預(yù)計會減少20%，系統(tǒng)尺寸會縮小30%。
汽車智能化的快速發(fā)展也對算力提出了更高要求。整車電子電器架構(gòu)已從分散的多控制器、樹狀結(jié)構(gòu)向軟硬件、標準化、集中式的中央架構(gòu)升級，并逐步演進為高算力的超級中央處理器模式，相應(yīng)的芯片也從多芯片物理融合，最終發(fā)展為單芯片融合SOC的形態(tài)發(fā)展。
據(jù)IHS Markit預(yù)測，預(yù)計2024年座艙NPU算力需求將是2021年的10倍，CPU算力需求是2022年3.5倍。
然而面對汽車芯片廣闊的市場空間，中國依然面臨多個“卡脖子”環(huán)節(jié)，背后的供給格局沒有發(fā)生本質(zhì)上的改變。
挑戰(zhàn)重重
誠然，作為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的一個分支，汽車芯片產(chǎn)業(yè)同樣呈現(xiàn)出高度分工、高度集中的特點，分工很清晰。美國主要在上游，包括汽車芯片的設(shè)計以及制造。日本和歐洲則是關(guān)鍵設(shè)備和一些關(guān)鍵半導(dǎo)體材料。而中國主要做一些小芯片。
因為格局固化，汽車芯片的行業(yè)壁壘很高，新廠商切入難度也比較困難。國內(nèi)芯片產(chǎn)業(yè)在軟件與工具鏈、制造設(shè)備、制造工藝等方面均存在不同程度“卡脖子”現(xiàn)象。
這種先天的劣勢導(dǎo)致我國目前車規(guī)級芯片的國產(chǎn)化率不足10%，關(guān)鍵芯片依然受制于國外。歐洲、美國、日本公司的市場份額分別占到了35.9%、24%、21%。以MCU為例，NXP，英飛凌，瑞薩，ST傳統(tǒng)的五強占了超過80%市場份額。功能安全達到D級的，目前基本上還是被國外壟斷。
除此之外，中國的汽車芯片產(chǎn)業(yè)還面臨多方面挑戰(zhàn)。
首先是外部的接連施壓。美國從2020年開始就陸續(xù)出臺《美國芯片法案》、《促進美國制造半導(dǎo)體法案》、《芯片和科學法案》等一系列法案，并施壓臺積電在美建廠來提升美國芯片全產(chǎn)業(yè)鏈安全。今年年初，歐洲出臺了《芯片法案》，年中的時候，日本、荷蘭相繼發(fā)布芯片禁令。
其次，汽車芯片的技術(shù)壁壘比較高。在工作環(huán)境、交付良率、使用壽命等方面都要嚴苛于工業(yè)類、消費類產(chǎn)品，國內(nèi)大部分的廠商在生產(chǎn)工藝、良品率、認證標準方面仍處于追趕階段。
再者，由于車規(guī)級芯片的要求更高，導(dǎo)致車規(guī)認證難，周期長，標準嚴苛，進入門檻也極高。它要求滿足AEC-Q100、16949、26262等一些標準，整體認證難度大，周期長。一個產(chǎn)品從研發(fā)流片到量產(chǎn)出貨，一般應(yīng)該需要3到5年的時間去打磨。
“芯片行業(yè)存不存在彎道超車這個情況，我們認為還是比較難的，因為芯片行業(yè)的投入是非常高的，要求非常長周期的研發(fā)，目前來講應(yīng)該還沒有人提到芯片行業(yè)有彎道超車這樣的概念�！甭掀眨ㄉ虾＃┕芾碜稍冇邢薰竟芾碜稍儤I(yè)務(wù)負責人黃魁表示。
一系列的挑戰(zhàn)給車企帶來極大的不確定性。這也致使它們不斷調(diào)整自己的策略，重構(gòu)自己的供應(yīng)體系�！皞鹘y(tǒng)燃油車企業(yè)，比如寶馬、奔馳、大眾，包括上汽、豐田，它們在芯片的策略上目前走的是投資入股、參股或者說直接定點的方式和二級芯片供應(yīng)商合作�！秉S魁說道。
更極端的是造車新勢力，包括特斯拉以及國內(nèi)的蔚小理，它們更多是自研。當然，比亞迪也在自研。像長城二級芯片也是跟別人合作，但是域控制器也采取的是自研。這些方式可以在很大程度上降低車企在芯片供應(yīng)鏈上的風險。
對此，黃魁呼吁：“芯片企業(yè)能盡早的在主機廠的車型研發(fā)和規(guī)劃的時候，盡早介入，能跟車企一起來定義芯片，而不僅僅是說到了發(fā)定點，采購定點的時候才來，那個時候可能就是比價格�！�
SiC成本還未達到整車廠預(yù)期
作為價值占比最大的汽車半導(dǎo)體，功率半導(dǎo)體如今也正在向高壓化、低損耗發(fā)展。800V平臺已經(jīng)成為行業(yè)共識。小鵬、極氪、廣汽埃安、長安、長城、理想等多家車企先后發(fā)布800V平臺架構(gòu)或規(guī)劃，滿足現(xiàn)在的客戶對高續(xù)航里程和快充的普遍需求。
由于是800V高壓，自然對電控有更高的要求。而SiC（碳化硅）在中高端場景優(yōu)勢更明顯，特別是需要高壓、高能量密度的應(yīng)用場景，如充電樁、車載充電機、及電驅(qū)系統(tǒng)。自然而然，越來越多的新能源車企把碳化硅作為新的材料應(yīng)用到電驅(qū)動系統(tǒng)中。
作為第三代化合物半導(dǎo)體材料，碳化硅擁有不少優(yōu)越的物理性能，比如高禁帶寬度（對應(yīng)高擊穿電場和高功率密度）、高電導(dǎo)率、高熱導(dǎo)率等。尤其在800V的趨勢下，其能耗優(yōu)勢、開關(guān)效率、體積重量等參數(shù)全方面優(yōu)于現(xiàn)在的IGBT。
隨著中國新能源汽車的增長，碳化硅的需求還在持續(xù)增加。
“目前行業(yè)開始切換SiC芯片，從而也帶動SiC器件應(yīng)用于充電樁領(lǐng)域的市場，去年市場規(guī)模達到0.47億，今年預(yù)估接近1.8億，2024年3.68億，2025年是7.6億；當下主流樁企均已切換SiC充電模塊，市場規(guī)模發(fā)展比預(yù)測要快一年�！鄙钲谑惺⒑腚姎夤煞萦邢薰靖呒壆a(chǎn)品經(jīng)理肖宏曉說道。
上汽英飛凌汽車功率半導(dǎo)體（上海）有限公司總經(jīng)理陶青也表示：“預(yù)測在2028年采用碳化硅的純電車型數(shù)量將超過采用IGBT的純電車型的數(shù)量。預(yù)計2033年將有40%的純電車型主驅(qū)系統(tǒng)采用800V高壓平臺，而800V高壓平臺中80%將采用碳化硅器件。加上400V的碳化硅，我們預(yù)計在2033年碳化硅器件在純電車型的滲透率將達到60%以上�！�
不過和和鋰、MCU的邏輯一樣，碳化硅同樣是上游產(chǎn)能集中，而且以海外廠商為主導(dǎo)。
目前全球碳化硅產(chǎn)業(yè)格局呈現(xiàn)美國、歐洲、日本為主。其中美國占有全球碳化硅產(chǎn)量的70%-80%，碳化硅晶圓市場龍頭CREE一家市占率就高達6成之多；歐洲則是擁有完整的碳化硅襯底、外延、器件以及應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈；而日本是設(shè)備和模塊開發(fā)方面的領(lǐng)先者。
另外，相對于硅，碳化硅器件的生產(chǎn)難度更高，生產(chǎn)效率更低，生產(chǎn)成本也更高。以晶錠為例，硅一般可以在72小時內(nèi)拉伸出2米的晶柱，而碳化硅需要168小時才能完成約40毫米的晶柱生長，而且碳化硅晶柱生長需要耗費大量的電力，成本高昂。
“整車廠對SiC的認識基本上沒有疑問，唯一的障礙就是現(xiàn)在碳化硅的器件價格還是要到硅的4-5倍，可能對車廠的應(yīng)用和推廣來說是一個很大的障礙，但是后面會通過一些技術(shù)的進步，碳化硅的成本會隨著電動汽車行業(yè)的快速發(fā)展和大規(guī)模應(yīng)用落地而快速下降�！毙ず陼哉f道。
從某種程度上來說，汽車芯片前兩年的極端困境也只是“芯荒”的開始，如今只不過是“松口氣”而已，汽車芯片的供應(yīng)還面臨多方面挑戰(zhàn)。如何把握黃魁所說的20年黃金發(fā)展周期，將是所有車企和芯片企業(yè)要攻克的課題。（文/汽車之家 楊益春）
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