又一車規級芯片實驗室落地，國產芯片如何突破上車短板？

近日，國家新能源汽車技術創新中心（以下簡稱“國創中心”）與長城汽車股份有限公司（以下簡稱“長城汽車”）共同揭牌成立“車規級芯片聯合實驗室”，又一車規級芯片聯合實驗室落地北京經濟技術開發區（北京亦莊）。

“此次聯合實驗室的成立，是國創中心與長城汽車在車規級芯片領域深化合作的重要標志。”國創中心有關負責人表示。該聯合實驗室將通過打造“一個平臺，三大支撐”，形成政、產、創生態閉環。

其中，“一個平臺”是指通過聯合實驗室向整車、汽車電子、汽車芯片等產業鏈上下游企業提供測試、認證、咨詢、培訓等一站式服務；“三大支撐”是指支撐長城及其他車企國產芯片選型評估，支撐芯片企業與主機廠的聯動，以及支撐提升產業生態。

聚焦汽車芯片領域，國創中心作為國家級技術創新中心，此前已和開芯研究院、中科海芯、哪吒汽車等建立相關領域聯合實驗室，并初步建成“芯片器件、芯片系統、控制器級、整車級”四層級一站式車規芯片測評認證平臺。

此次合作，不僅有助于提升國創中心和長城汽車在車規芯片領域的綜合競爭力，也將促進國內車規芯片測試及認證技術的整體提升。


汽車芯片與日常所說的“芯片”有何不同？

一般地，電子產品的標準分為四個等級，從高到低的順序依次為軍工 >汽車 >工業 >消費電子。軍工就不說了吧，拼命用的家伙，等級最高是理所應當的；接下來就是汽車，汽車電子的標準之所以僅次于軍工，是因為汽車作為出行工具，其質量直接有關駕乘人員的生命安全；然后是工業電子，比如智能工廠、工業機器人、手臂等等；最后的消費電子芯片，也就是我們日常使用的手機芯片、電腦芯片等等。

不同于消費芯片和工業芯片，車規級芯片對可靠性的要求更高，例如工作溫度范圍、可靠性、不良率等。


工作環境

溫度環境：車規芯片在發動機周邊要求-40~150℃之間，乘客艙要求-40-85℃，而消費芯片一般要求是0-70℃之間。（知道為啥某果手機天一冷就不好使了吧……）


運動環境：車規芯片要具備承受頻繁震蕩和沖擊的能力

可靠性：一般汽車設計壽命在15~20萬公里，時長遠大于消費電子5年左右的壽命。

工藝上：車規芯片不像消費電子芯片瘋狂追求先進的制程工藝，更多的是優先考慮制程工藝的成熟性，以保證可靠性。手機芯片現在都做到5nm甚至3nm了，而車規芯片大都還是14nm甚至28nm以上的相對成熟工藝。

制造上：車規芯片的制造，不需刻意要求像手機芯片一般的小型化與輕量化，而更注重可靠性與車規級驗證。


車規級驗證

車規級驗證是指整車制造企業制定的汽車芯片標準，不同的汽車制造企業會有不同的企業標準與驗證方式。其中，車規級芯片需要通過AEC-Q系列、ASIL系列（功能安全標準ISO26262）的認定。

AEC是美國汽車電子協會（ Automotive Electronics Council ）的縮寫而 Q 就是 Qualification，認證，所以 AEC-Q 就是美國汽車電子協會認證的意思。

AEC-Q 系列認證是車規級芯片的基本門檻。克萊斯勒、福特和通用汽車為建立一套通用的零件資質及質量系統標準而設立了汽車電子協會（AEC）。雖然不是強制性的認證制度，但目前已成為公認的車規元器件的通用測試標準。IC設計企業想要進入汽車電子領域，進入汽車電子零部件供應鏈，AEC-Q系列是必須獲得的認證之一。

ISO 26262 標準是汽車供應鏈廠商的準入門票，為汽車電子電氣系統的整個生命周期中與功能安全相關的工作流程和管理流程提供指導。ISO26262 則是根據汽車的使用環境和特點定義了 ASIL 的等級，目前由低到高有 A、B、C、D 四個等級。

對于汽車芯片來說，必須投入大量的驗證工作，才能成為一款車規級芯片這樣的復雜的驗證，也導致整車制造企業往往傾向于維持穩定的，長周期的芯片供貨方式。

對于芯片制作企業來說，車規級芯片開發驗證花費大、周期長、選型床難，對比消費芯片產量規模又更低，因此車規級芯片往往技術更落后，卻成本更高，售價更貴。


底子基礎薄弱，國產芯片上車一直是短板

不同的時期，市場對于產品的定義和需求都不盡相同。從燃油車到新能源汽車時代，對智能化的更高需求，使得車規級芯片市場也發生了變化，從而導致整個市場的理念以及戰略也要隨之變化。

作為行業的參與者，芯擎科技創始人、CEO汪凱博士認為，從芯片的角度來講，之前車規都是比較簡單的。但是隨著車子不斷的智能化以及電氣化之后，非常需要能夠有一個很好的高算力的芯片取代目前的小芯片。

對于國產車規級芯片來說，以前更多的是簡單替代、打補丁的做法，沒有深入的研發與具體的戰略規劃，導致現在在面對巨大的需求面前，顯得有些被動。與此同時，這兩年國內外環境的變化，也讓更多的終端用戶、車企等認識到自主產品的重要性，因此會更多的與成熟的國產企業嘗試著去合作，來進一步提升供應鏈的自主性以及安全性。

“未來電動化、智能化新場景下面，中國車企不是跟隨戰略，是并跑甚至領跑，新場景下我們要定義自己的應用和產品”，在原誠寅看來，國產汽車芯片廠商不僅要服務國內的車企，更要服務國際車企，提升自身的影響力，這樣才意味著我們產業鏈水平達到世界領先。

不過，話雖如此，成長突圍談何容易。近幾年，國產汽車芯片發展是很快，但是國產芯片上車，依舊是短板和痛點。一方面，是自身的底子基礎相對薄弱，要解決的問題不單是研發，還要考慮到IP設計能力。投資環境的變差，也影響了企業的融資。另一面，芯片量產后，如何說服整車廠愿意去使用，則是更難的問題。


搶灘高端車規級芯片

汽車產業電氣化、智能化進程繼續，車規芯片整體需求隨之繼續提升。據蓋世汽車數據顯示，2030年，汽車電子芯片市場有望超過1100億美元，其中中國預計將接近300億美元。為應對汽車芯片需求增加，海內外車規芯片大廠正在推動研發和擴產。據國際半導體產業協會報告顯示，博世、英飛凌、意法半導體等供應商加速8英寸產能建設，預估2023年至2026年，全球8英寸晶圓廠將增加12個，汽車和功率半導體的8英寸廠產能將增加34%。

其中，IGBT、MOSFET這類功率半導體是布局重點。根據Strategic Analytics數據顯示，傳統燃油車中，價值占比最高的半導體器件為功能芯片，達23%，功率半導體和傳感器分別占21%和13%。而純電動汽車中，功率半導體的價值占比大幅提升至55%，MCU和傳感器價值占比分別下降至11%和7%。功率半導體中的IGBT模塊更是核心部件，占整車成本可達7%。不僅英飛凌等海外廠商在布局，國內廠商也在推動國產化，國內IGBT和MOSFET廠商還趕上了第三代半導體碳化硅對硅基替代的風口。

國產化進程艱險但熱度不減，仍發力擴張

當前，半導體領域受逆全球化浪潮和貿易保護主義的影響，充滿了越來越多的不確定性。國內車企紛紛想實現核心技術的自主掌控。

但我國在芯片設計必備工具EDA軟件和IP核方面，對外依賴性太高。在測試方面，高端關鍵檢測設備仍是薄弱環節。在標準方面，目前我國還沒有自己的標準，也沒有國際標準相應的權威機構，這是制約汽車芯片發展和汽車產品走出去的重要環節。此外，我國缺乏在實車層面驗證芯片適配性的應用體系，無法實現快速迭代驗證。“整個產業最大的一個痛點，就是車載半導體Tier2（供應鏈中較低層級的供應商或服務提供商）的部分被國外的公司壟斷。國外公司在Tier2前五名中市占率為50%左右，前十名占到70%。國內做得最好的功率半導體，還不到10%的占有率。”

現狀的艱難并沒有澆滅國產化的烈火。相反，國內廠商仍有擴張的動力。

一方面是缺芯期間國產車規級芯片抓住機會入局，“國產車規芯片上了車，相當于上了牌桌。”車規級芯片是一個高技術壁壘的領域，關乎人命，對可靠性、安全性等要求極為苛刻，車廠不會輕易替換供應商。

另一方面是國內汽車產業經歷經歷缺芯風波后對供應鏈穩定性更加重視，希望國內供應鏈也能提供同類或替代產品。

除市場驅動外，我國對車規級芯片的頂層指導也是堅定不移。2023年12 月31 日，工信部印發《國家汽車芯片標準體系建設指南》，提出到2025年，制定30項以上汽車芯片重點標準；到2030年，制定70項以上汽車芯片相關標準。1月19日，工信部副部長在國務院新聞發布會上表示，要加大高級別自動駕駛等技術攻關，進一步提升產品市場競爭力。

與此同時，國外廠商面臨著更加嚴峻的挑戰，既要滿足國內車企對強大芯片的需求，又要遵守其國家對中國先進半導體出口的更嚴格控制。“變中求機”，中國汽車芯片產業參與者要趁此機遇，敢于攻堅克難，加強自主研發和創新，共同推動國產高端汽車芯片實現落地應用。