国产芯片上车大事纪

撰文｜梁秋梦
            编辑｜于杰
            出品｜汽车产经
            “中国整车商明明已经预料到了一场危机，却只是发了一封邮件。”
            2021年，对愈演愈烈的芯片短缺危机，有主机厂抱怨：明明已在大半年前邮件告知博世和大陆要备货，但是他们没听，于是危机爆发了。但面对主机厂的无理控诉与甩锅，某一级供应商高层做出了开头的回应。
            还有一组令人汗颜的对话：焦虑于芯片供应，汽车主机厂诘问芯片厂为什么不上夜班来增加产量。而实际上，晶圆厂一天24小时根本不会停，夜班一直在上。
            两个细节，反映出车企对芯片领域的陌生，以及此前的不重视。
            不过，作为OEM对处于tier2的芯片不够了解倒还有情可原。最为关键的是，整个中国汽车芯片受制于人的窘境，在这轮芯片荒中被暴露得淋漓尽致。
            比如第一波缺芯缺的最严重的车规级MCU，中国企业几乎是集体缺席。
            根据StrategyAnalysis数据，2020年，瑞萨电子、恩智浦、英飞凌、赛普拉斯、德州仪器、微芯科技、意法半导体等海外厂商的车规级MCU市占率达到 98%。
            也就是说，我国车规级MCU国产化率只有2%左右。
            但原中国汽车工业协会副会长董扬曾说过，缺芯局面的形成有其客观原因：
            “全世界的芯片都是集中在少数国家设计、生产，供应全世界，供应各行业应用。中国目前芯片主要依赖进口，并不是汽车行业或芯片行业做错了什么。这种情况是历史形成的，是世界经济发展状况所决定的。”
            而且，对整个中国芯片产业来说积极的一面是，受美国限令以及缺芯危机影响，中国车企为了应对不确定的未来，采购国内芯片的意愿进一步加强，本土芯片公司也有了施展拳脚的机会。
            “汽车行业很保守，不愿意用新的供应商的产品，更别说你是创业公司了。不过我觉得这一波给本土汽车芯片企业的机会是很明显的。以前连机会都没有。”黑芝麻智能首席市场营销官杨宇欣这样描述现在的形势。
            近几年，无数芯片创业者瞅准机会火速入场。壁仞、摩尔线程等主攻云端芯片的创业公司都在2019年下半年即芯片禁令发布后开始筹备。
            而一些在过去几年经历了无数个艰难时刻的车规芯片先行者，也突然之间见到了春暖花开，如比亚迪、中车时代。
            本篇文章将梳理几个问题：
            1、车规级IGBT如何成为第一个“跑”出来的芯片大类？
            2、为什么我国车规级MCU国产化率那么低？
            3、地平线、黑芝麻等国产SoC芯片厂商在超车路上，最大的风险是什么？
            NO.1
            [IGBT：三巨头突围 ]
            车规级芯片当中，IGBT算是本土企业最早取得突破的一个大类。‍‍‍‍
            汽车芯片的大致分类：
            MCU负责车辆控制，IGBT等功率半导体负责功率转换的功率半导体。这两类芯片是燃油车以及电动车上数量最多的芯片。‍
            SoC：大算力系统级芯片，一般负责汽车智能相关的功能。如今车企军备竞赛比拼的自动驾驶芯片、智能座舱芯片以及云端芯片，都是此类。
            此外，还有传感器、模拟芯片、存储芯片等等。
            突破的开端始于两场收购。
            2008年，王传福宣布比亚迪以1.7亿元收购宁波中纬半导体公司；
            同样是在2008年，“国资派”中车时代利用金融危机，以大约一亿元收购了股价重挫的丹尼克斯——一家掌握IGBT关键技术的英国大功率半导体企业。
            其实20世纪末期，全球IGBT芯片产业角逐激烈，IGBT角斗场上最为重磅的两位玩家是德国和日本。中国玩家完全是被国际竞争者隔绝在外的。
            1999年，西门子将半导体部门抛售，后改名为英飞凌。用时四年，英飞凌的第六代IGBT承受工作电压水平从之前的4500V提高到6500V，全球市占率超过一半，占据绝对领先地位。
            英飞凌的产品可以覆盖到整个工业领域，另外两个头部竞争者三菱和富士则更多在传统的工业应用上出现，在日系主机厂里也有较高的占比。
            在德日玩家的稳定供应下，中国主机厂没有耐心和动力去验证国产IGBT。因为在车规级领域，IGBT最难的坎是车规级验证，而车规级验证周期又很长。
            不过尽管如此，在市场没有强需求、验证周期又相当冗长的情况下，依然有本土企业提早做了布局，其中就包括比亚迪、中车时代以及斯达半导。
            但由于对相关技术“两眼一抹黑”，比亚迪与中车时代只能选择收购。
            比亚迪收购宁波中纬后，市场一片哗然，因为宁波中纬半导体是宁波市政府白白投了30亿的失败项目。当时文章对于比亚迪的报道，无一不是质疑与不解。
            直到2009年，比亚迪IGBT 1.0横空出世，让中国在IGBT技术上实现了从零到一的突破，人们才明白王传福收购宁波中纬半导体不是心血来潮。
            紧接着，比亚迪推出了IGBT2.0和IGBT2.5，虽然在当时都未激起太大的涟漪，但这只是比亚迪实现自产IGBT芯片的初步尝试，往后更新的芯片搭配比亚迪自产的新能源车，让比亚迪迎来了属于它的春天。
            由于在新能源车中对于电力控制需求的大幅增加，功率半导体特别是IGBT作为调节电路中电流电压的元器件，变得越来越常见。
            在燃油车中，功率半导体的价值含量排名在MCU之后，为21%。但在纯电动车身上，功率半导体价值占比升至最高，为55%。
                        
            在纯电动车中，功率半导体的价值占比最高
            跟比亚迪不同，中车时代布局IGBT的初衷并不为造车，而是为了造高铁。
            当时，一个指甲盖大小的IGBT，中国每年都要用掉将近10万只，进口IGBT芯片的金额更是高达12亿元之多。
            更关键的是，一个芯片模组就高达1万元，并且产品交货周期很长，根本无法满足中国高速发展的高铁建设规模。
            为了更好地实现中国高铁自主建造，时任中车株洲研究所董事长的丁荣军力排众议，提出基于丹尼克斯的技术充分吸收IGBT的创新发展成果，果断拍板建设8英寸IGBT生产线。
            2014年5月，世界第二条8英寸IGBT芯片生产线在丁荣军的带领下成功建成投产投产。
            此外，国内IGBT三巨头中的另一个——斯达半导崛起也跟一个灵魂人物有关。
            沈华，麻省理工学院电子材料博士，一毕业就加入了西门子微电子部门，后因业务分拆跟随部门来到英飞凌。
            因关注到了中国半导体行业的空白现状，2005年，沈华决定组建属于自己的公司，即斯达半导。
            一年后，国家科技部宣布将IGBT的研制列为七大课题之一，投入巨资集中研发。站在风口的斯达半导，2008年获得了国家发改委800万元和工信部100万元的项目资金资助。
            斯达半导一开始选择了从组装IGBT模块入手，沈华拥有良好的渠道关系，加上斯达的高管们对国外同行的状况了如指掌，又与国内客户近距离沟通的机会，使得斯达在国内客户需求和供货速度上都展现了较大的优势。
            IGBT生产线建立后，这三家都顺利拿下了主机厂的单子。
            比亚迪从2015年开始自供，同时给外部商用车供货；中车时代于2017年切入车规级IGBT，拿下了东风、一汽、长安等几个同属国资派的客户；斯达半导的主机厂客户分布最广，包括奇瑞、江淮、长安、上汽、广汽本田、江淮大众等国内整车厂，也包括雷诺、通用等海外客户。
            就在中国IGBT厂商努力前进追赶国外IGBT技术的时候，针对电动车的补贴政策的发布像是一剂催化剂，打开了中国新能源车的发展历程，也进一步加速了中国的IGBT事业。
            在新能源车需求不断上涨的助推下，2019年，汽车产业里国产IGBT的市场份额已经超过30%。
                        
            今年一季度，汽车产业里国产IGBT的市场份额占据了40%。
            装机量最大的IGBT模块仍来自英飞凌，出货量达到25.3万套，第2名和第3名则是本土的斯达半导和比亚迪半导体，分别是18.2万套和16.1万套，从中车时代拆分出来的时代电气其出货量也达到了10万套。
            这三家之外，如今华润微、扬杰科技、芯派科技、西安中车永电、威海新佳、芯聚能半导体等企业也在积极筹备其车规IGBT产品线中。
            NO.2
            [ 车规级MCU：艰难的开始 ]
            首先碰车规级MCU这个烫手香芋的，不是MCU厂商，又是对半导体怀有远大梦想的比亚迪。
            王传福曾说过，如果他没有造车，就会去造半导体。事实上比亚迪在2003年就组建了汽车半导体事业部开始攻克MCU。跟王传福宣布造车的时间是同一年。
            用时十几年，2018年，比亚迪终于推出了第一代8位车规级MCU芯片。随后在2019年，比亚迪的第一代32位车规级MCU芯片成功搭载在了旗下的全系车型上。
            2019年可以说是国产车规级MCU枪声打响的年份。
            成立于2012年的名叫芯旺微的上海公司虽很早就瞄准汽车电子方向，也是到2019年才将车规级MCU推向汽车市场。同年实现了汽车前装产品的量产，并发布32位汽车级MCU。
            车用MCU主要有8位、16位和32位等各类型产品，位数越多越复杂，处理能力越强；8位MCU主要用在汽车风扇、雨刷、天窗、车窗、座椅等低端阶功能控制，32位MCU主要用于整车控制、智能仪表、多媒体信息系统、动力系统、辅助驾驶等高端功能控制。
            跟在比亚迪和芯旺微之后的，是本土的地图厂商四维图新。
            2016年，四维图新瞅准了汽车智能化的机会，拟38.75亿收购联发科旗下汽车电子部门杰发科技。
            但很快，跨界入局的四维图新便体会到了做MCU的艰辛。
            2018年，杰发科技的利润仅达到承诺的65%，随后两年收入从5亿降至3亿，财报在分析了一番外部因素后，表示“ 芯片研发投入比预期要高，研发周期较预期略长。”
            今年8月，杰发科技在武汉一论坛上展示了其车规级MCU产品——AC7840x系列，宣告产品成功量产。
            实际上除了少数几个积极分子，对于车规级产品，大部分MCU厂商都更愿意按兵不动。
            MCU之于汽车的重要性宛如人体的神经细胞——一辆车需要用到数十到上百枚MCU，用于车身、底盘、动力系统、智能系统以及娱乐系统的控制，一旦缺了其中关键的一枚，汽车就不完整。
            都知道MCU的重要，但由于车规级MCU相较通用MCU芯片有更高的设计门槛，且验证时间长、风险高、回报低，所以，尽管国内做MCU的公司有上百家，但大多对车规级MCU敬而远之。
            比如，活跃在工业和消费电子领域的兆易创新，作为国内MCU的龙头，2020年兆易创新的MCU出货量有2亿颗左右。然而，它直到今年9月，才成功量产车规级MCU产品。
            芯片厂商的谨慎，除了考虑到车规级MCU产品是门高风险生意之外，芯片厂商融资来之不易也是一个重要原因。
            2015年前后，国内市场上基本所有的热钱都集中在互联网领域，芯片半导体是投资圈的“冷门项目”，而MCU更是冷门中的冷门。
            总之，在2021年之前，MCU市场是一个总量不大、毛利较低、需求增长平缓、格局相对稳固的细分市场。普遍不被资本看好。
            2020年，MCU的价格已连年下降，最低时平均价格逼近0.6美元一颗，当年汽车MCU市场规模为65亿美元，仅占全球半导体市场规模的1.5%。总量较小的同时，MCU的毛利率也不算高，即使是行业龙头瑞萨，毛利率也才47%。
            相比之下，以移动处理器为主业的高通，手机SoC销售均价高达20-30美元，2020年毛利率则超过66%，一个季度的营业额就力压汽车MCU行业一整年业绩。
            这很大程度解释了，我国的车规级MCU为什么直到2021年也仍是傍人篱落的状态。
            像文章开头说的，2020年，国产车规级MCU的市占率仅有2%。中信证券一份研报显示，动力系统、底盘控制和ADAS等功能芯片的主要供给商仍是国外企业。
            显然相比IGBT，国产车规级MCU要取得份额突破明显还有很长一段路要走。
            NO.3
            [ SoC的反击，升级要先打怪]
            2015年，科学家余凯在百度IDL（深度学习研究院）调整前选择出走。跟大多数离开百度转投“L4级无人车商业化”的技术大牛不一样，余凯一直觊觎着“以色列巨头Mobileye占领的自动驾驶芯片市场”。
            同年，他创立了边缘人工智能芯片及解决方案公司——地平线。
            在经历了6年的沉淀，地平线在2021年这个国际环境发生重大变化的时间节点，等来了自己成立以来的高光时刻：把十几万块小芯片塞进长安、上汽、长城及奇瑞的车座。
            除了地平线，以黑芝麻、华为、芯驰科技为代表的新兴芯片科技公司也正凭借AI算法优势，积极切入这一汽车SoC芯片蓝海市场。
            智能座舱和自动驾驶对汽车的智能架构和算法算力，带来了数量级的提升需要，以MCU为主的汽车芯片无法满足这些需求，算力更强的SoC芯片由此出现。
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            目前智能汽车“军备竞赛”中比拼的自动驾驶AI芯片、座舱芯片，以及前段时间因美国限令备受关注的云端训练芯片，都属于SoC芯片。
            如果说MCU和IGBT的设计制造产业链已经非常成熟，后来者想要超车很困难，那么当汽车趋于智能化，SoC芯片（系统级芯片）领域提供了更多新的机会。
            这就类似新能源车时代，中国车企超车的机会要大于燃油车时代。地平线、黑芝麻等，相当于是汽车芯片领域的“新势力”。
            其实目前的Soc市场，Mobileye、英伟达、特斯拉、高通这些海外厂商依然是主力。相关产品已在中高端和新势力车型中广泛应用。
            但在国内智能驾驶技术发展的大势下，加之美国限令的压力，国内的AI芯片公司得到了越来越多的机会。
            杨欣宇甚至认为，“中美两国未来会成为主要的大算力芯片博弈方。”
                        
            不过，就目前来看，即使未来能够和美方的企业正面博弈，现在也还有重重关隘等待被突破。
            有券商认为，在芯片性能方面如地平线、黑芝麻拥有快速追赶算力的能力，但产能无法保证，这是阻挡自动驾驶芯片公司发展的巨大瓶颈。
            其实，不管是国产汽车MCU，还是国产SoC芯片，它们面临的，是和国内消费电子高端芯片相似的窘境——掌握制造技术的关键企业都不在大陆，而同时掌握了众多核心技术的美国又频频施压。
            今年8月，英伟达称被美国政府要求限制向中国出口两款云端AI芯片A100和H100。
            这一禁令出台后，本土人工智能芯片初创公司壁仞科技随后发布首款通用GPU芯片BR100，创下全球算力纪录，在性能方面是英伟达 A100芯片的3倍，达到了每秒1万亿次计算。
            当时，不少人认为这款产品有望平替英伟达A100。
            但反转的是，考虑到美国“芯片法案”的要求，台积电决定暂停为中国新创公司壁仞科技生产先进芯片，以确保符合美国新法规。
            壁仞科技这款产品最终被叫停了。据台湾自由财经媒体报道，遭到台积电暂停供货的上海壁仞智能科技受到重创，传出将裁员三分之一。
            为了打破汽车产业的困局，中国芯片制造商也在做出行动：
            2021年芯片短缺后，中芯国际投资45亿美元扩产，其中大多数都投向了成熟制程，华虹亦开启扩产进程。
            有券商因此判断，国内车规级芯片产线有望得以扩张。
            不过今年5月中旬，外媒报道美国有意进一步扩大半导体设备禁令，中芯国际与华虹赫然在列，也让这场芯片“国产替代”运动显得更有难度。
                        
            NO.4
            [ 最后说说：车企躬身入局 ]
            大概是因为在这轮“芯荒”中吃尽了苦头，国内也车企开始大规模向芯片行业纵向投资。
            2021年开始，北汽、上汽、东风、吉利、长城等传统车企相继布局芯片，或是投资芯企，或与芯企成立合资公司，作覆盖IGBT功率器件、SoC芯片等多个领域。
            “蔚小理”则致敬特斯拉，直接自研AI芯片。
            据透露，目前蔚来已组建近300人的芯片团队，同时研发自动驾驶芯片和激光雷达芯片；小鹏的芯片团队也已接近200人，目前正在开发对标特斯拉FSD的大算力自动驾驶芯片。今年初，理想汽车扩招了芯片团队，现已有数十人，尚处于早期调研阶段。
            有业内人士指出，如果要建立起一个新的国产汽车芯片供应链，车企的供应链管理仅仅穿透至芯片企业可能并不够，还要进一步往芯片IP与芯片制造延伸。
            华为在2018年之后的举动，已经留下了可以参照的先例：在下游，华为选择加码先进封装，绕开先进制程来解决芯片制造问题。
            当然，解决芯片制造的问题，靠车企独木难支。国内汽车芯片需要多个强有力的角色，才能将本土供应链串联起来。