芯荒下的转机:国产厂商的汽车芯片“攻坚战”

涨价、减配、停产......新能源车行业不缺新故事,但是这些消息看上去对消费者都不是那么友好。在充满歉意的解释中,车企不约而同地提到一个无奈的原因,缺芯。

受到疫情、突发自然灾害影响,芯片供给端产能出现问题,囤货等市场行为又加剧了需求错配和供应链的混乱。但究其根本,缺芯的核心原因是需求质量的升级和需求数量的激增。汽车行业“新四化”(电动化、网联化、智能化、共享化)趋势下,单车搭载的芯片数量、规格双双上升。

越高级别自动驾驶车辆所需传感器芯片数量越多

新能源汽车较传统燃油车单车搭载芯片量更高

图源:德勤芯片行业系列白皮书

有“危”就有“机”,正因为这股前所未有的产业动力,让国产汽车芯片厂商看到了未来的光亮——资本方面,芯驰科技、黑芝麻、地平线等汽车半导体厂商融资不断,比亚迪半导体冲刺IPO;产品方面,各种研发产出节奏明显加快,上周芯驰发布车规MCU E3系列,黑芝麻则表示今年要发布7nm制程的自动驾驶芯片......从传统车企到新势力,造芯消息纷纷,各路人马以投资、合资、自研等各种姿势入局。

这样如火如荼的奋斗场面也不禁让人发问:目前车规级半导体市场供需状况究竟如何?国产自研步伐加速,厂商要如何啃下这块硬骨头?国产车规级芯片到大规模量产、上车还要多久?

缺芯窗口期下,车规半导体行业暗流涌动,产品竞争、落地挑战,供应链的洗牌与话语权的博弈升级。市场容量的扩张、入局企业的产品竞赛、技术层面的突破,都在改变着车规级芯片市场格局。

一个新的汽车芯片时代已经到来。

车芯的难题

按功能种类划分,车规级半导体可大致分为计算及控制芯片、存储器、功率半导体、传感器、无线通信及车载接口类芯片等等。

它们“遍布”车辆全身,从制动刹车系统、仪表、屏幕、天窗、车灯、雨刮器到遥控钥匙,都离不开芯片。这也导致了只要缺少某几颗关键芯片,车企就无法交付,或是减配。

汽车新四化背后是汽车电子电气架构从传统的分布式朝着“集中式”方向转变,进一步推动了对新型器件的需求以及性能的转变。

芯片在汽车上的应用

图源:方正证券汽车半导体研究框架专题报告

但相比工业级、消费级芯片,车规级芯片在研发、制造、合规、量产等环节都遭遇着更高层级的挑战。

因为与人们的出行息息相关,车规级芯片对“安全”、“可靠”两条基本线的把握更紧。从研发难度角度看,在百万芯片规模中,允许消费芯片出错的概率是300-500个,而对车规级芯片的要求是无限接近于0,这使其设计、研发、验证周期大大拉长。

车规芯片的原材料、IP、封装测试相对于消费类芯片来说也更贵,以封装测试来说,由于车规特有的三温等极限场景的测试,光测试费用就是消费类芯片的5倍左右。

一款汽车芯片在生产后还需要通过多重认证才能得到市场的“入场券”,其中包括ISO 26262(道路车辆功能安全国际的标准)、AEC-Q100(车用可靠性测试标准)等等,这不仅是对芯片产品安全性、可靠性的验证,也是客户方重要的考量指标。

车规级芯片的认证过程极为艰难,甚至“反人性”。芯驰CEO仇雨菁表示,“功能安全认证ASIL D需要逆向思维。不是电路设计出来了,达到想要的结果,而是在不知道哪里会错,各种情况都有可能发生的情况下,这个电路会出来什么样的结果,如何能抗得住错误的结果,这才是最难的。这是一个反人性的思维。每个工程师每天都要想这个地方错了会怎样,那个地方错了会怎样,通过各种流程、验证手段,把这些错误全部抓住,这个是非常难的。”

另外,因为汽车非快速消耗品的属性,芯片的使用寿命也是一道关卡。一辆汽车的生命周期一般都超过10年,对于厂商来说,这意味着10-15年的长期供货保障和更高的产线维护成本。

从市场维度看,国际车规级半导体厂商长期占据了市场主要份额,且头部集中度高,国内厂商起步晚、基础弱,面前需要超越的竞争者众多。

据Omdia数据,2020年,全球前十车规级半导体厂商市场份额达到60%,由英飞凌、恩智浦、瑞萨电子、意法半导体、德州仪器等领先,博世这样Tier1零部件供应商面对主机厂有着极强的话语权。

虽然中国市场的内生需求随着新能源行业的发展迅速扩张,但是车芯国产化率低,在缺芯的特殊时期,车企的被动、紧张姿态凸显。

虽然面临重重挑战,但缺芯窗口期以及本土市场日益增长的需求,给予了新入局者新的机会点。

破局的机会

复盘近几年的汽车产业,一些趋势已经逐渐明晰:传统燃油车业务进入瓶颈,新四化带来的增量市场吸引了众多新玩家入场;车企也在突破传统供应链格局,深入参与各个环节,芯片供应商与车企的关系愈加紧密;不同地区、市场在全球化分工中的角色也在悄然发生改变。

在整合中,芯片厂商需要快速精准卡位,主动顺应与车企关系的动态变化。

“顺势而为”是仇雨菁在与「深响」的对话中多次提到的四个字。在她的理解中, 芯片厂商不仅需要能判断大趋势,也要在产品匹配度上能精准踏对需求节奏。

近日,芯驰发布了高性能车规MCU E3系列产品,细究这一系列的产品和布局思路也不难看出芯驰的“顺势而为”。

首先是芯片本身的工艺。

采用台积电22纳米车规工艺制程的E3系列产品具有高达6个CPU内核,其中4个内核可配置成双核锁步或独立运行。主频高达800MHz,处理能力和实时性相比市面上主流的200MHz-300MHz产品大大提升。

在这轮缺芯潮中,最为紧缺的就是MCU,因为其工艺复杂度高且产能集中,而且国产替代进程缓慢,仅有少量中国厂商可量产低端车规MCU,但主流厂交货周期在去年基本延迟了2倍左右。

图源:德勤芯片行业系列白皮书

车规方面,芯驰E3在设计之初就设定了非常高的稳定性和安全性目标:AEC-Q100 Grade 1和ISO 26262 ASIL D,都是行业的领先水平。

功能与场景方面,芯驰E3系列MCU芯片可全面应用于线控底盘、制动控制、BMS(汽车电池管理系统)、ADAS/自动驾驶运动控制、车身控制、网关、T-Box、HUD、液晶仪表、流媒体视觉系统CMS等场景。

值得注意的是,这不是单块芯片的发布,而是一套综合的解决方案。

在此之前,芯驰曾发布了自动驾驶芯片“驾之芯”V9、智能座舱芯片“舱之芯”X9、智能网关芯片“网之芯”G9等系列产品。

加上这次的“控之芯”,芯驰已完善了“全场景”布局其产品线基本覆盖了智能汽车最核心的应用场景,采用通用的底层架构,配合完善的底层操作系统和框架。客户得以实现快速适配,缩短研发周期,加速产品上市,这也正顺应了车企“定义汽车”的诉求。基于这样的产品组合,芯驰也发布了一套完整的中央计算架构——SCCA 1.0,这一架构既能支持安全可靠的任务部署,又具有灵活的系统扩展能力,为智能汽车架构升级打下基础。

芯驰发布的四个系列芯片产品

分别是汽车的“智商”、“情商”、“沟通力”和“行动力”

芯驰中央计算架构SCCA 1.0示意图

背后的艰辛

罗马不是一天建成的,在这样泥泞的一个赛道上,做出今日之成果实属不易。

“看芯片点亮的过程,就像在等待孩子出生。”仇雨菁在与「深响」分享E3系列芯片的bring up(初启)过程的时候说。

芯片在测封厂经历了三天三夜,在约定的时间一早被“押运”进公司实验室进行bring up。与bring up无关的“闲杂人等”在外面等待结果,大家情绪在紧张和兴奋之间反复横跳。

“做芯片的人对行业一直保有敬畏之心,因为太难了,每个环节都有可能因为疏忽出错。”仇雨菁说。

一辆汽车,MCU少则50颗,多则上百颗。缺一颗,车就无法下线。芯驰的这颗芯片,有望填补国产高端高安全级别车规MCU市场的空白,为车企提供更多、更可靠的选择。据了解,这款芯片将在今年Q3量产,在正式发布前已有20+α客户提前做产品设计。

仇雨菁表示,为了按时履行对客户的承诺,时时刻刻都要问自己“怎样把每个环节做到最好?”。

2020年初,为了降低春节前物流停运影响,仇雨菁和同事亲自跑去台湾提回芯片,减少在物流转运上的时间。几天后,新冠肺炎疫情爆发了。

“如果我们当时没有重视对客户的承诺,有可能年后样片才会寄回来,撞上疫情,可能就要错过两三个月了。”是年农历新年期间,对远在泰国休假的芯驰科技董事长张强而言,度假变成抢口罩,最后他带回公司两千多个口罩,芯驰得以成为第一批复工复产的企业。

芯驰能在短时间内啃下车规芯片的硬骨头,不仅是中国厂商技术实力的显现,也是背后点点滴滴细节的累积。

客观来看,国内车规级半导体行业还有很多路要追赶,比如自主的底层架构、国标认证规范、制造工艺等等。眼下,传统主机厂、新势力品牌、初创企业、芯片厂商带着自身优势和不一样的包袱进入行业,开启卡位战。对于一个方兴未艾的行业来说,都是好消息。

进入后缺芯时代,“破局”是关键词,市场、企业、技术、产品都在变,新的格局正在孕育之中,国产芯片厂商已经提前占位。

文章来源 | 深响

关于电巢

电巢是电子工程师的孵化巢,拥有200万知识库,200+专家资源,共享实验室平台,2000+合作企业,旗下工程师社区(EDA365.com)是40余万电子人信赖的技术交流和能力提升的平台, 电巢 服务于有创新有追求的工程师和积极寻求成长并坚信人才是核心竞争力的企业。

——END——

分享 点赞 在看

“三连”行动 动力满满!