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半导体自主可控“发车”在即,能否冲出第二个宁德时代?
2021-07-12 09:33:56  来源: 盖世汽车 濮思怡  

如果要给2021年上半年的汽车产业定个关键词,“芯荒”肯定跑不了。缺芯的日子仿佛没有尽头,整车生产“阵痛”旷日持久。缺芯倒逼着芯片自主可控,加速芯片本土化也再度成为了业界焦点。

其实早些时候,中兴、华为被“禁芯”已经敲响了芯片自主化警钟。在那之后政产学研一致提出大力支持半导体的发展,目前产业界已经开始发力。泛亚汽车硬件开发经理杨玉良提出,应由主机厂牵头,与系统供应商共同扶持重点芯片企业,通过其内生动力解决高门槛技术车规级芯片国产化;同时基于AEC-Q100,“因时制宜”完善芯片的准入机制,共同推动性能对标平台的建立;此外,还要拓展开发体系框架和生态。需要考虑支持EDA设计、指令集、编译器等工具软件较好的芯片便于整车厂使用。

“缺芯”倒逼汽车半导体加速自主化

新四化浪潮下,国内新能源、智能汽车市场快速崛起,催生了汽车半导体发展新机遇。

“未来,一辆汽车上的半导体将达到6000-10000个。”大众汽车集团(中国)执行副总裁Thomas Manfred Müller曾公开表示。“如果实现了无人驾驶L4的水平,半导体在一辆车里的价值还有望翻3倍。”

 

宁德时代

 

图片来源:ZF

在这种巨大的需求下,汽车半导体的市场规模也在快速扩大。“有可能在2027年之前,汽车半导体的市场规模就超过了1000亿美金,像ADAS、通信、电动车领域新需求对半导体提升都是非常快的。”近日在盖世汽车主办的2021中国汽车半导体产业大会上,上海海思战略与业务发展部(车载领域)部长鲍海森就如是说。

然而提到中国本土企业能够把握在手里的份额,直到现在仍微乎其微。中国汽车工业协会总工程师、副秘书长叶盛基此前介绍称,截至目前,中国半导体自给率仅为15%,其中汽车芯片自给率不足5%,本土汽车半导体供应链高度依赖国外厂商

尤其是此次缺芯最为严重的车规级MCU控制芯片,是个外资厂商高度垄断的市场。来自IHS的数据显示,在车规级MCU领域,全球7大供应商——瑞萨、恩智浦、英飞凌、赛普拉斯、德州仪器、Microchip、意法半导体,共占据98%的市场份额,接近垄断,国产份额几乎为0。

“还有新能源汽车领域,目前涉及到的半导体也仍然是国外十大厂家占绝对份额,中国占比是相对比较低的。而且国内厂家主要聚焦在低端的电源、分立器件、逻辑器件等领域,产业链完全自主可控还有比较长的路要走。”鲍海森指出。

所以很尴尬的现状是,国内汽车芯片在过去很长一段时间里高度依赖进口,并且直到现在仍没有明显的改善。据杨玉良透露,汽车芯片的进口额从2016年到现在始终保持着10%以上的增速,2020年中国芯片进口总额突破3000亿美元,超过石油1倍。

正因为如此,随着海外疫情的蔓延,主要半导体厂商产能持续吃紧,由“芯荒”引发的汽车产业停工停产危机也在不断扩大。据盖世汽车研究院预测,受缺芯影响,2021年全球汽车预计将减产超400万辆,其中国内市场全年预计减产超过60万辆。

 

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2021年全球汽车减产预测,资料来源:AFS&盖世乘用车预测数据

其中大众汽车今年第一季度和第二季度在欧美关键地区都经历了中断和停产。而在中国,其合资公司一汽大众和上汽大众的生产中断也十分严重。在公布2021年第一季度财务业绩时,首席财务官Arno Antlitz 也再次重申整个汽车行业的半导体短缺预计将对第二季度汽车生产带来的影响要高于预期。

同样认为第二季度最难熬的还有通用、本田和日产。其中,通用汽车在宣布2021年第一季度财务业绩时表示,预计2021年第二季度半导体短缺最严重,2021年下半年情况会有所改善。其位于美国、墨西哥和加拿大的工厂已经持续停产数周时间。而在中国,其合资企业上汽通用在第二季度的生产也受到了有限的中断影响。

本土车企中,3月29日,“江淮蔚来”合肥制造工厂因受芯片短缺影响暂停生产5个工作日,成为国内首家宣布受缺芯影响停产的新能源公司。此外,蔚来还下调了其第一季度交付量至1.95万辆。据悉因为芯片在Q2的持续短缺,5月该公司再次调整生产计划。

产能背后,自主车用芯片为什么“爬不起来”

芯片生产之路始于设计。虽然产业链上游的电子设计自动化(EDA)软件及IP供应在集成电路产业链中产值占比虽小,但地位极其重要,而这恰恰也是中国的短板,中国芯片产业从一开始就被卡住了脖子。

以EDA产业为例,在这个市场上,主要还是为Synopsys(新思科技)、Cadence(楷登电子)和Mentor三巨头把控(90%以上),国产化率非常低,且竞争格局分散。

据统计,截至2020年全球EDA行业市场规模达到115亿美元,而国内EDA市场规模仅在5亿美元上下。这就意味着,一旦美国限制中国使用EDA软件,中国芯片的发展将遭受巨大冲击。此前就有过先例,2020年6月,受美国实体清单出口管制影响,哈工大和哈工程就被宣布禁用Matlab软件,其正常的教学、研究也受到了影响。

 

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晶圆产业链,图片来源:天风证券研究所

除此之外,制约我国芯片发展的客观因素主要还有两点:

1、56%的晶圆制造产能集中在台湾和日韩,封测则集中在东南亚,国内生产能力缺乏;

2、国内测试、认证机构较少,国家标准体系不健全。

中国是个制造大国,但在最上游的“晶圆制造”领域却迟迟未攻克。打蛇打七寸,晶圆制造就是汽车芯片的“七寸”。

事实上,过去这些年,中国一直在芯片上不断扩产,2020年已经占据全球芯片产能的15%,仅次于中国台湾、韩国,排名全球第三。

但与此同时,我们也要正视下这15%的产能的构成。其中60%的产能其实是由外资贡献的,中国本土企业的产能只占不到40%左右,即总全球芯片总产能的6%。

我国工程院院士吴汉明还指出,中国至少还需要8个现有中芯国际产能,才能改善当下的芯片供给状况,因为中国芯片需求太高了。

 

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全球晶圆制造能力划分(地区),图片来源:BCG

此外,在产品层,国内大部分芯片公司对ISO 26262标准的接触还不深,目前仅有极少数公司通过了该体系认证。

据中国电子技术标准化研究院陈大为透露,国内的车规芯片厂商在2010年时就只有几家;2015年10家左右,但多集中在后装市场;2020年的时候成长到了40家;而6月为止,统计大概有70家车规芯片厂商,250种准车规芯片

即便如此,依旧有很多车规芯片其实“名不副实”。“目前国内大部分芯片公司对ISO 26262标准才刚刚开始接触,可能只有极少数公司刚通过了ISO 26262体系认证,但是芯片认证可能现在还正在进行。” 陈大为指出。

这反映在产品上,主要是相关的测试认证十分不完善。据陈大为介绍,在由中国集成电路创新设计联盟牵头做的汽车电子创新产品目录中,73家单位的293款产品里,就只有25家提供了38份AEC-Q100报告,绝大部分的产品在AEC-Q100合规性测试验证方面都不完善,这显然不符合汽车电子的严格要求。

 

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汽车芯片全产业链各阶段的标准要求,盖世汽车整理

另外,芯片行业上游存在一定技术壁垒,与消费类芯片和一般工业类芯片相比,车规级芯片开发难度更高,工作环境也更严苛,由于涉及到人身安全,还要求极高的安全性和可靠性,这也从源头上遏制了一些本土企业的积极性。

“像使用环境,汽车芯片比传统工业类和消费类芯片更加严苛,设计寿命差别大,消费类芯片只考虑三年生命周期就可以了,三年之后可能就换代了。但是汽车芯片必须维持十年以上的生命周期,还有20万公里的寿命要求,温湿度要求都跟传统的消费类电子不一样,产品良率还要高。”鲍海森指出。

但另一方面,汽车芯片的回报周期却比消费类芯片更长。据鲍海森透露,目前汽车半导体的回报周期基本要七八年,从研发投入到流片到最终验证,验证之后还有产品的试验上车,最后到下线,这个周期很长。“所以很多SoC芯片投资回报基本上是1000万片以上,但是汽车上到1000万片是非常难的,事实上由于高配和低配设置问题,芯片规模上量没有那么快。”

正因为如此,鲍海森指出,并目前很多本土供应商其实都处于“以消费电子芯养汽车芯”的困境中。

本土半导体产业的突围路径

在疫情和中美贸易争端的大环境下,芯片国产替代不再是一句口号。当前车企、Tier1、Tier2都在加大引进本土供应商及产品认证的力度,这为重塑国内车用半导体产业链提供了窗口契机。

据盖世汽车研究院整理分析,多家自主车企已与互联网公司、EDA公司签署了战略合作协议,深度绑定共同研发以实现汽车芯片自主供应的战略目标。如北汽携手Imagination成立北京核芯达科技有限公司,东风集团携手中国中车合资组建智新半导体,吉利子公司亿咖通也通过与Arm China合资成立芯擎科技(Siengine),布局芯片研发,提升芯片自给能力。

尤其是在自动驾驶、智能座舱芯片等细分领域,已有一些自主芯片公司开始展露头角。“因为随着汽车电子电气架构的逐步演进,对芯片的种类和功能要求会不断变化,比如自动驾驶、智能座舱域,甚至进入车载计算机的时代,可能会需要集中度更高、性能更高、算力更大、功能安全要求更严苛的芯片,围绕核心大算力芯片形成完整的生态体系和供应链体系,这给我们这些新进入的芯片创业企业提供了机会。”黑芝麻智能首席市场营销官杨宇欣指出。

对此,杨玉良也表示赞同,并提出“智能座舱芯片是前哨战,自动驾驶芯片才是国产超车战争的制高点”。以地平线、黑芝麻为首的科技类企业已成为高算力自动驾驶芯片主力军,且在逐步完善自身产品矩阵。据悉,地平线目前已与长安、理想、一汽、广汽、比亚迪、长城、上汽等车企达成了合作,多款搭载有地平线AI芯片的车型已经成功上市。

此外,国内传统芯片厂商也在新一轮革命中嗅到了发展机会。以MCU为例,近几年取得了明显的进步,甚至在门槛高、周期长、安全性强的汽车前装市场也已经有32位产品推出。

例如,杰发科技在2018年年底、2020年上半年,分别推出了国内首颗自主研发达成量产的车规级32位MCU芯片AC781X,以及经过功能优化及成本控制后的AC7801X系列产品,目前该公司MCU芯片已被多家汽车电子零部件厂商纳入供应链系统中。

 

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杰发科技产品框图,图片来源:杰发科技

同样在车规级MCU取得突破进展的还有芯旺微电子和兆易创新,芯旺微电子KF32A15X系列MCU目前已初步导入到国内汽车厂商,兆易创新预计2021年其MCU业务营收将翻倍,并成为主要营收增量。

在自身研发实力逐步增强的同时,有企业还通过投资并购的方式来快速覆盖产能资源。7月5日晚间,闻泰科技宣布旗下全资子公司安世半导体已完成对NEPTUNE 6 100%股权的收购。据悉,NEPTUNE公司的主要资产为8英寸晶圆厂Newport Wafer Fab,是英国仅存的最大的半导体工厂,现有月产能为3.2万片8英寸晶圆,最大月产能可扩充至4.4万片,主要产品为应用于汽车行业的MOSFET、IGBT芯片,以及CMOS、模拟芯片。

在此发展态势下,SIA预测,中国有望在未来10年增加约40%的新产能,成为全球最大半导体制造基地。

国家层面也认识到,完整的产业链对于国家安全的重要性,正在积极利用政策“东风”引导半导体产业。恰逢十四五开局之年,浙江、山西等多地先后发布“十四五”规划,点名着重发展第三代半导体。国家也在十四五重申了科技兴国战略以及扶持半导体的计划,芯片“内循环”投资布局正在如火如荼上演。

尤其值得一提的是国家集成电路产业投资基金的成立,以市场化投资的形式推动该产业的发展。据悉,国家大基金一期从“强长板、补短板”的角度出发重点投资了52家公司,兼顾芯片设计、封装测试、设备和材料等产业;国家大基金二期进一步针对半导体行业的薄弱环节(成熟制程晶圆制造)进行突破。目前大基金二期公开投资项目已超过10个,总投资金额已超300亿元。

不仅是产业基金,其实民间资本也在持续支持半导体行业。据云岫资本给出的数据显示,过去一年,共有534个半导体公司获得融资,总融资额达1536亿。值得一提的是,资金多由民间资本推动,这在发展历史上十分罕见。另据报告分析,融资主要集中在数据中心、汽车和半导体制造三个赛道。

 

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过去一年,半导体公司融资风向,图片来源:云岫资本

一出好戏,需要好的“台子”。可以肯定的是,国产汽车半导体已经有了一个肥沃的生长土壤,但是在泡沫相随的窗口期,我们也需要想清楚,想得长远。

盖世汽车CEO周晓莺也直言,“这个领域研发投入大,回报周期长,也需要政产学研共同推动,才能真正形成本土力量。现在有越来越多的关注度,对于行业发展,是个好的开始。路阻且长,行则将至。”

突破很难,但是一旦突破,光是庞大的中国市场就足以成就一家超大型企业,你看宁德时代。

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