核心觀點(diǎn)

智能汽車電子架構(gòu)由分布式向集中式發(fā)展，帶動(dòng)汽車芯片快速增長(zhǎng)。汽車芯片國(guó)外廠商壟斷嚴(yán)重，在疫情期間國(guó)內(nèi)汽車芯片斷供問題凸顯，我國(guó)智能汽車發(fā)展面臨缺“芯”風(fēng)險(xiǎn)。建議未來從鼓勵(lì)國(guó)內(nèi)建廠、成立合資公司、加大研發(fā)創(chuàng)新等方面入手，加快國(guó)產(chǎn)汽車芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

2020年9月，英偉達(dá)宣布將以400億美元收購芯片設(shè)計(jì)公司ARM。而中國(guó)汽車芯片大多采用ARM的IP授權(quán)，如果收購成功，國(guó)內(nèi)汽車芯片廠商將受制于美國(guó)，勢(shì)必加劇我國(guó)汽車芯片斷供風(fēng)險(xiǎn)。同期，“中國(guó)汽車芯片產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”正式成立，旨在通過跨界融合汽車和芯片兩大產(chǎn)業(yè)，聯(lián)合產(chǎn)業(yè)鏈上下游共同建立實(shí)現(xiàn)我國(guó)汽車芯片的自主研發(fā)生產(chǎn)。

埃隆·馬斯克10月份接受日媒采 訪時(shí)，談及中國(guó)汽車芯片時(shí)，提到“中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)研究顯示，只有不到5%的汽車芯片是由中國(guó)制造的。在此方面中國(guó)面臨著罕見的挑戰(zhàn)”。本文來自2020年9月《全球自動(dòng)駕駛發(fā)展動(dòng)態(tài)》中部分內(nèi)容。

電子架構(gòu)向集中式發(fā)展，帶動(dòng)汽車芯片快速增長(zhǎng)

01-智能汽車電子架構(gòu)走向集中式，對(duì)主控芯片、功能芯片需求提升

傳統(tǒng)燃油車采用的分布式電子架構(gòu)不再適合智能汽車，集中式電子架構(gòu)成為趨勢(shì)。傳統(tǒng)燃油車電子功能模塊較少，采取一個(gè)硬件模塊對(duì)應(yīng)一個(gè)ECU（電子控制單元）的分布式組合方式，不同硬件模塊之間通過CAN（控制器局域網(wǎng)絡(luò)）總線通信。以大眾為例，平均單車擁有70多個(gè)ECU，車輛內(nèi)部通信成本高、軟件升級(jí)不便。隨著汽車向智能化發(fā)展，電子滲透率不斷提升，集中式電子架構(gòu)成為趨勢(shì)。大眾集團(tuán)電子架構(gòu)變革后，ECU從70個(gè)減到3~5個(gè)，通過域控制器通信，可快速實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一OTA（空中下載技術(shù)）升級(jí)。車企的軟件能力要求提高，需協(xié)調(diào)不同硬件模塊，軟件能力將成為未來汽車產(chǎn)品差異化的核心要素。

智能汽車對(duì)算力要求提升帶動(dòng)主控芯片快速增長(zhǎng)，功能型設(shè)計(jì)對(duì)功能芯片需求保持旺盛。具備AI計(jì)算能力的主控芯片作為“汽車大腦”統(tǒng)一調(diào)度功能芯片，推動(dòng)電子架構(gòu)升級(jí)。據(jù)預(yù)計(jì)，L3級(jí)自動(dòng)駕駛AI芯片需要30 TOPS（每秒一萬億次操作）的算力，到L4、L5級(jí)將分別需要300 TOPS、4000+ TOPS算力。高算力需求，帶動(dòng)汽車主控芯片市場(chǎng)穩(wěn)步增長(zhǎng)。智能汽車的發(fā)展帶動(dòng)信息娛樂、ADAS（高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)）等功能應(yīng)用增加，功能芯片需求也實(shí)現(xiàn)增長(zhǎng)。

02-單車芯片價(jià)值不斷提升，汽車芯片市場(chǎng)增長(zhǎng)空間大

芯片在整車價(jià)值中占比持續(xù)提升。傳統(tǒng)燃油車內(nèi)半導(dǎo)體價(jià)值約為375美元，插電式與純電動(dòng)汽車半導(dǎo)體的價(jià)值增長(zhǎng)一倍，達(dá)到700美元以上。隨著汽車智能化不斷提升，計(jì)算平臺(tái)、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、攝像頭等對(duì)芯片需求量進(jìn)一步增加。當(dāng)車輛達(dá)到L3級(jí)、L4/L5級(jí)自動(dòng)駕駛，汽車芯片將增加至1500美元以上。

全球汽車芯片市場(chǎng)增速遠(yuǎn)高于汽車銷量增速。2015~2019年，全球汽車銷量平均增速為1.2%，同期汽車芯片平均增速超過10%。2019年全球汽車芯片市場(chǎng)規(guī)模為400億美元，同比增長(zhǎng)9.5%。據(jù)IHS預(yù)測(cè)，2020年全球汽車半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到500億美元，其中主控芯片和功能芯片將分別達(dá)到52億美元、72億美元。

汽車芯片國(guó)外廠商壟斷嚴(yán)重，我國(guó)智能汽車發(fā)展面臨 缺“芯”風(fēng)險(xiǎn)

01-汽車芯片行業(yè)壁壘高，國(guó)外廠商占據(jù)大部分市場(chǎng)份額

汽車芯片研發(fā)周期長(zhǎng)，投入巨大。一款車規(guī)級(jí)芯片從設(shè)計(jì)到研發(fā)時(shí)間通常需要5~10年。而其研發(fā)耗資巨大，恩智浦、英飛凌在2019年的研發(fā)投入約為116億元、72億元，英偉達(dá)Xavier 12nm計(jì)算芯片開發(fā)費(fèi)用達(dá)20億美元。國(guó)外汽車芯片企業(yè)歷史較長(zhǎng)且產(chǎn)品大量裝車，收入利潤(rùn)可覆蓋研發(fā)成本。

車規(guī)級(jí)芯片面臨最嚴(yán)格的資質(zhì)認(rèn)證。汽車芯片可靠性要求非常高，與消費(fèi)芯片和工業(yè)芯片相比，其工作環(huán)境惡劣。工作溫度范圍-40℃~155℃，濕度0%~100%，需滿足15~20年的運(yùn)行壽命。汽車芯片涉及到人身安全，對(duì)質(zhì)量系統(tǒng)與安全系統(tǒng)要求嚴(yán)格，需經(jīng)過嚴(yán)格的認(rèn)證流程，達(dá)到零缺陷率，包括可靠性標(biāo)準(zhǔn)AEC-Q100、質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)ISO/TS 16949、功能安全標(biāo)準(zhǔn)ISO 26262、網(wǎng)絡(luò)安全I(xiàn)SO 21434等。

國(guó)外廠商占據(jù)大部分市場(chǎng)份額。車規(guī)級(jí)芯片認(rèn)證及供貨周期長(zhǎng)，芯片企業(yè)和車企一旦形成穩(wěn)定的合作關(guān)系，就很難再更換供應(yīng)商。2019年歐洲、美國(guó)和日本企業(yè)占了90%以上的汽車芯片市場(chǎng)份額，其中恩智浦、英飛凌、瑞薩、意法半導(dǎo)體、德州儀器、博世、安森美等芯片巨頭合計(jì)占據(jù)80%以上市場(chǎng)份額。

02-主控芯片市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，功能芯片格局穩(wěn)定

在汽車主控芯片領(lǐng)域，目前GPU（圖形處理器）占據(jù)主流地位，F(xiàn)PGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列）作為有效補(bǔ)充，ASIC（專用集成電路）將是終極解決方案。英偉達(dá)憑借技術(shù)積累占據(jù)70%的GPU市場(chǎng)份額；英特爾已量產(chǎn)自動(dòng)駕駛FPGA芯片；ASIC尚處于探索階段。功能芯片巨頭也紛紛推出主控芯片，如恩智浦Bluebox，英飛凌Aurix、瑞薩R-Car。2019年初特斯拉發(fā)布自研FSD自動(dòng)駕駛芯片成功加入主控芯片行列。國(guó)內(nèi)初創(chuàng)企業(yè)地平線也于2020年3月量產(chǎn)車規(guī)級(jí)AI芯片，并應(yīng)用于長(zhǎng)安新款UNI-T車型。此外，華為、阿里等科技公司，寒武紀(jì)、西井科技等20多家初創(chuàng)企業(yè)也進(jìn)入了主控芯片市場(chǎng)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)更加激烈。

由于芯片門檻高，近幾年功能芯片市場(chǎng)新進(jìn)入者較少，而芯片巨頭主要通過收并購進(jìn)行市場(chǎng)擴(kuò)展。2015年2月恩智浦收購飛思卡爾成為汽車芯片領(lǐng)導(dǎo)者；2017年3月英特爾通過收購Mobileye成為ADAS視覺芯片巨頭；2020年4月英飛凌收購美國(guó)芯片公司賽普拉斯超越恩智浦成為汽車芯片世界第一。而在2016~2018年，高通也曾嘗試購恩智浦進(jìn)軍汽車功能芯片領(lǐng)域，但因未獲全球反壟斷批準(zhǔn)而宣告失敗。

圖1 | 汽車芯片市場(chǎng)格局（數(shù)據(jù)來源：公開資料，智能網(wǎng)聯(lián)研究院整理）

03-汽車芯片為我國(guó)汽車研發(fā)的主要“卡脖子”環(huán)節(jié)

汽車芯片市場(chǎng)高度集中，歐美企業(yè)處于行業(yè)壟斷。汽車芯片總規(guī)模大概3000多億元人民幣，中國(guó)市場(chǎng)約占其中1/3，但幾乎全部是國(guó)外的企業(yè)。我國(guó)芯片技術(shù)集中在晶圓加工制造與芯片后期封裝測(cè)試，核心技術(shù)集中的芯片前期加工大部分處于空白，導(dǎo)致國(guó)產(chǎn)芯片應(yīng)用在中低端領(lǐng)域，高端通用芯片嚴(yán)重依賴進(jìn)口。2019年我國(guó)汽車產(chǎn)銷量約2500萬輛，占全球近30%的市場(chǎng)，但我國(guó)汽車芯片產(chǎn)值占全球的不到5%，其中主控芯片國(guó)產(chǎn)率僅為2%，功能芯片中底盤總成芯片、ADAS芯片等國(guó)產(chǎn)率幾乎為零。

國(guó)內(nèi)汽車芯片剛剛起步，缺乏行業(yè)話語權(quán)。根據(jù)麥肯錫預(yù)計(jì)，中國(guó)在計(jì)算平臺(tái)方面與國(guó)際差距10年左右，其中最核心的部件就是汽車芯片。國(guó)內(nèi)AI芯片、語音芯片等汽車芯片發(fā)展較晚，多為創(chuàng)業(yè)公司，缺乏現(xiàn)金流產(chǎn)品，只能靠不斷融資維持研發(fā)。地平線歷時(shí)5年、累計(jì)融資超過7億美元，才于2020年實(shí)現(xiàn)第一款車規(guī)級(jí)芯片裝車。另一方面，車規(guī)級(jí)芯片需認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)均為美國(guó)或ISO標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)委員會(huì)幾乎沒有中國(guó)企業(yè)。國(guó)內(nèi)企業(yè)只能被動(dòng)采納標(biāo)準(zhǔn)，缺乏話語權(quán)。

04-疫情期間國(guó)內(nèi)汽車芯片斷供問題凸顯

全球疫情爆發(fā)給國(guó)際物流帶來困難，汽車芯片上游供應(yīng)受到嚴(yán)重影響。其中晶圓制造主要在發(fā)達(dá)國(guó)家，封裝測(cè)試主要在東南亞，疫情期間馬來西亞、菲律賓等部分工廠停工停產(chǎn)，對(duì)全球汽車芯片供應(yīng)鏈沖擊較大。國(guó)內(nèi)部分車企的功率半導(dǎo)體芯片、電池管理芯片、汽車控制芯片等核心零部件存在因國(guó)外供應(yīng)商停產(chǎn)而斷供的風(fēng)險(xiǎn)。

在國(guó)內(nèi)形成生產(chǎn)能力的芯片企業(yè)受疫情影響較小，依賴海外供應(yīng)商的受沖擊較大。一方面，基于中美貿(mào)易戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，部分企業(yè)在國(guó)內(nèi)提前做了汽車芯片布局，受疫情影響較小。另一方面，部分企業(yè)多數(shù)芯片從海外大量采購，受此次疫情沖擊較大，是否保證年度汽車電子元器件供應(yīng)還是未知數(shù)。

全球布局的整車廠根據(jù)疫情情況采取不同調(diào)貨方式，而供應(yīng)鏈單一的車企面臨更大困境。一方面，國(guó)內(nèi)大型車企從疫情緩解的地區(qū)優(yōu)先調(diào)貨備產(chǎn)，在國(guó)內(nèi)零部件穩(wěn)步復(fù)工復(fù)產(chǎn)情況下可滿足自身需求。另一方面，部分初創(chuàng)車企安全庫存量較小，供應(yīng)鏈體系單一，庫存零部件用完后將面臨生產(chǎn)瓶頸。

加快國(guó)產(chǎn)汽車芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展策略

汽車芯片發(fā)展建議采用保供與創(chuàng)新相結(jié)合思路。疫情暴露出我國(guó)智能網(wǎng)聯(lián)和新能源汽車核心芯片仍然依賴進(jìn)口，存在國(guó)外供應(yīng)商停產(chǎn)而斷供的風(fēng)險(xiǎn)。另一方面，芯片的技術(shù)壁壘與投資極高，汽車芯片一直是汽車傳統(tǒng)半導(dǎo)體企業(yè)的領(lǐng)地，即使英特爾、高通也只能采用收購方式尋求突破。

國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體廠商與創(chuàng)業(yè)公司受制于產(chǎn)業(yè)鏈兩端，設(shè)計(jì)與制造環(huán)節(jié)主要瓶頸在于人才與技術(shù)，而銷售端遭遇行業(yè)巨頭的市場(chǎng)封鎖，想要有所突破更具有極大挑戰(zhàn)。建議在保證產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈基礎(chǔ)上，穩(wěn)步推動(dòng)汽車芯片產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新。

一是鼓勵(lì)國(guó)內(nèi)建廠。鼓勵(lì)汽車芯片企業(yè)來華建廠，并逐層帶動(dòng)其供應(yīng)商來華，逐步實(shí)現(xiàn)車企在國(guó)內(nèi)組裝整車需要的全部零部件均在中國(guó)采購。

二是成立合資公司。鼓勵(lì)車企與芯片廠商建立合資公司，專注于中國(guó)汽車市場(chǎng)的芯片設(shè)計(jì)、封裝、測(cè)試、客戶支持和銷售等。在整車開發(fā)的過程中及早開展汽車芯片定制化研發(fā)，通過深度協(xié)作來提升汽車芯片品質(zhì)與供應(yīng)穩(wěn)定性。

三是加大研發(fā)創(chuàng)新。從外圍入手，率先突破可靠性要求不高的汽車娛樂系統(tǒng)芯片研發(fā)創(chuàng)新。加大政府對(duì)汽車芯片的研發(fā)投入，資助在電子氣體、光刻膠、光阻材料等關(guān)鍵材料的基礎(chǔ)研究，資助光刻機(jī)、刻蝕機(jī)、離子注入機(jī)、薄膜沉積設(shè)備、晶圓清洗設(shè)備等關(guān)鍵設(shè)備的研發(fā)投入。

返回第一電動(dòng)網(wǎng)首頁 >