车载芯片技术与市场分析

车载芯片技术与市场分析

美国咨询机构AlixPartners（阿利克斯合伙公司）发布一份报告指出，芯片制造仍是汽车产能的瓶颈，预计2024年汽车芯片仍将供不应求。

其实，缺芯早已成为汽车产业链的顽疾。一方面，自2020年疫情以来，半导体停工停产影响，导致车载芯片供应链受到冲击；另一方面，“新四化”时代来临，汽车对芯片需求的激增。

汽车厂商缺少的不是高算力芯片，而是低制程的MCU芯片以及IGBT芯片，半导体厂商并不乐意扩大产能。阿利克斯合伙公司分析指出，车规级芯片的利润率比消费电子芯片的利润率约少11个百分点。同时，汽车芯片是半导体产业中的小客户，只占全球芯片产能的6%-10%。因此，受经济不景气和利率上升影响，半导体制造商自我抑制产能扩张。

车规级芯片虽然价格低，但在稳定性上要求严苛。首先是宽温的工作环境，车规级芯片通常要求工作温度为-40~155℃，消费电子芯片为0~70℃。其次，车规级芯片的产品周期要求在15年以上，而消费电子产品的寿命要求通常为3年。此外，按照AEC-Q100标准，车规级芯片的可靠性必须达到PPM（每百万件次品率）小于1。

不过，缺芯对于国内半导体产业是个好时机。全球规级IGBT芯片，基本被英飞凌、恩智浦、瑞萨、德州仪器和意法半导体5大半导体巨头垄断。英飞凌表示，2022年积压订单总价值达310亿欧元，超2022年130亿欧元收入预测2倍有余。我国车规级IGBT芯片进口比例超过90%，自给率不足10%。

缺芯背景下，华为、比亚迪半导体已跟进布局车载芯片产业，去年5月，中芯国际为华为代工的28nm MCU芯片已投产；比亚迪半导体7月又投资1亿元，成立一家新的半导体研发公司。士兰微、华润微、新洁能、华微电子、宏微科技在中低压IGBT产品有所突破，时代电气和斯达半导则具备高压IGBT芯片生产能力。

 

 对汽车半导体行业而言，如果说2021年的关键词是缺芯，2022年便是国产替代。

文丨智驾网  黄华丹据彭博社报道，1月27日结束的谈判中，日本与荷兰已和美国就限制对中国出口先进的芯片制造机器达成协议。

该协议将把美国去年10月采取的出口管制措施扩大到荷兰和日本的企业，包括荷兰半导体设备制造商阿斯麦（ASML Holding NV）、日本大型光学仪器制造商尼康（Nikon Corp）和半导体制造设备巨头东京电子有限公司（Tokyo Electron Ltd）。

对汽车半导体行业而言，如果说2021年的关键词是缺芯，2022年便是国产替代。

这一部分是近两年车企主要缺少的车规级MCU芯片的国产替代，此前在《车企到底缺的什么芯？》一文中我们已经详细梳理过这方面的内容。车企缺芯促成了国内众多芯片企业的业务爆发，如芯驰科技、芯旺微电子等均在MCU方面发展迅速。

不过，由于芯片的开发流程长，目前很大一部分国产车规芯片依然处于验证阶段，尚无法实现量产，参见《国产芯片能否为缺芯画上句号？》。

另一部分则是美国对中国在先进制程芯片领域的制裁引发的国产替代热潮。对汽车行业而言，这部分的影响主要集中在大算力高性能的AI芯片以及用于数据中心的大算力芯片上。

此外，对EDA设计软件、光刻机等的禁运也将进一步制约国内芯片企业在先进制程的发展，参见《中外芯片公司如何看芯片法案与EDA断供》。而此次日本、荷兰与美国达成一致，更是进一步加剧了中美之间在硬科技领域的争端。不过，也正是美国的多轮制裁，将芯片引入了大众视野。

 

 

 2021年，疫情影响，产能预估不足，以及新能源汽车突然的爆发，都导致车载芯片一时间的供应不足。

2022年，随着消费级电子产品热度回落，消费级芯片的需求随之走低，与之相伴的，是整个半导体行业的下行周期。但车载芯片由于供需关系的影响，一时依然无法形成稳定的供应链条。

而另一方面，消费电子市场低迷的预期，以及汽车市场技术和产能的进一步释放，令大量芯片企业快速向工业、汽车、数据中心等增量市场发布新品，以抵消收入下滑的风险。

日前，英特尔公布2022年第四季度财报，营收140亿美元，同比下滑28%。同时，其给出的2023年一季度业务指引为105亿美元至115亿美元，低于市场预期的140亿美元。

而在汽车行业，随着汽车智能化的进一步发展，自动驾驶和智能座舱等领域的芯片也在快速进化，巨头争相入局，使得高端芯片市场呈现出“卷”的态势。

01.车规级SoC卷向大算力

首先，我们来看2022年智能驾驶和智能座舱领域的芯片发展情况。

2022年自动驾驶领域最大的趋势是L4级别自动驾驶公司向L2级别辅助驾驶发展。这是自动驾驶商业化落地困难的现实造成的。

但在芯片层面，整体的趋势则是向大算力发展。

2022年9月，英伟达在2022 GTC秋季大会上发布最新一代车载芯片，Drive Thor。其单颗算力达到2000 TOPS，为现款产品Orin的近8倍。

 

 

 去年的GTC大会上，英伟达发布算力1000 TOPS的Atlan。Thor的发布相当于直接干掉了Atlan，预计将于2025年实现量产。

Thor算力惊人，同时可实现车载计算平台的一体化，能同时实现智能驾驶、智能座舱的多项功能。

紧随其后的是以座舱芯片见长的高通也发布了Snapdragon Ride Flex SoC，最高算力同样达到2000 TOPS，可同时为智能驾驶、智能座舱和通信等能力提供算力支持。

 

 

 而国外芯片企业中另一家巨头在这一年的表现可以说相对低调。英特尔下属的Mobileye并未在2022发布新产品，其最高性能的自动驾驶芯片依然是在2022 CES上发布的EyeQ Ultra，最高算力176 TOPS。但Mobileye CEO Shashua教授认为关键的不仅是算力，还有效率。

从Mobileye的产品数据来看，176 TOPS大概是10颗EyeQ 5芯片算力的总和。而Mobileye有使用8颗EyeQ 5驱动的Robotaxi。

由此可知，相当于10颗EyeQ 5集成的单芯片EyeQ Ultra完全能够支持RobotTaxi所需的算力。而其价格只需要几百美金，且整个系统能耗非常低，不到10W。

而国内大算力芯片的代表依然是地平线。2022年9月，随着征程5首发车型理想L8正式上市，地平线征程5成为国内首颗实现量产的大算力智能驾驶芯片。征程5算力达到128 TOPS。据地平线官方透露，其下一代产品征程6预计将于2023年推出，算力或将达到1000 TOPS。

此外，包括芯驰科技、黑芝麻智能、寒武纪行歌、百度昆仑芯等企业也均推出了大算力智能驾驶芯片。我们简单整理了这些产品并汇集为表格。

 

 

 而在智能座舱领域，可以说高通第三代智能座舱芯片8155几乎占据了智能汽车市场的半壁江山。而其下一代产品8295也已经随首搭车型集度Robo-01亮相广州车展。

除高通外，包括三星、英特尔、联发科等消费级芯片巨头也均有推出智能座舱产品。

国内市场上，华为麒麟710A与麒麟990A同样已实现量产出货。芯驰科技的X9系列也已实现量产。

以下我们也对智能座舱芯片产品进行了整理汇总。

 

 

 02.

中美争端下国产替代成热门

中美之间的科技之争成为2022年关注的重点。而芯片作为最精细最复杂的产品，自然也成为这场争端的核心。

自2022年8月美国总统拜登签署《芯片与科学法案》，矛盾就被推到了台前。

 

 

 法案主要内容是五年内向半导体行业拨款520亿美元，为芯片企业提供补贴和税收抵免，鼓励企业在美国进行芯片生产与研发。接受补贴的企业禁止其在会对美国产生威胁的国家扩大一定制程先进半导体的产能。

8月12日，美国商务部工业和安全局（BIS）又新增对设计GAAFET（全栅极场效应晶体管）结构集成电路所必需的EDA /ECAD软件，以及以金刚石和氧化镓为代表的超宽禁带半导体材料进行出口管制。

在设计生产5nm以下制程时需要使用GAAFET结构，这道禁令相当于阻断了中国企业向先进制程发展的道路。如果要向更先进制程进化，中国需要自己的先进EDA软件。

此后，美国又相继发布多项制裁政策。

10月7日，BIS再次发布多项对华出口管制措施，旨在限制中国获得先进计算芯片、开发和维护超级计算机以及制造先进半导体的能力。

具体管制内容包括，高端芯片及包含高端芯片的计算机禁止出口给中国，为中国大陆进行代生产或研发受到管制，对生产16nm及以下逻辑芯片、18nm及以下DRAM芯片、128层及以上NAND芯片的设备进行管制，同时限制美国人为中国芯片制造业服务。

12月，美国商务部将长江存储、寒武纪、上海微电子装备等在内的36家中国科技公司列入“实体清单”，全球半导体公司如果对名单上企业提供的产品涉及美国技术，必须获得华盛顿方面的许可。

而发展到今年1月，美国已与荷兰、日本达成协议，限制对中国出口先进的芯片制造机器。

 

 

 在此背景下，一方面，中国的产业政策高度关注先进制程芯片，同时，中国也进一步加快了在成熟制程芯片的量产发展，将巨额资金投入到成熟制程的设备中。

举例来看，中芯国际（SMIC）的设备投资额就发生了巨大的变化。据一位日本政府的相关人士透露, 中芯国际对于14nm-16nm的先进制程产品的投资额，2020年约为35亿美元。2021年则急剧减少至不到1/3，为10亿美元。

与此相反，28nm-39nm产品的投入几乎翻了一番，从33亿美元（2020年）到55亿美元（2021年）和62亿美元（预计2022年）。

先进制程的研发吸引了更多关注，但实际上，成熟制程的量产才是更大的市场。正如在车载芯片领域，大算力的高端自动驾驶芯片收获更多关注，但MCU才是更大的量产市场，也是缺芯的主角。

不过，随着美国对中国半导体产业的限制进一步加深，中国企业的危机感也与日俱增。

 

 

 12月6日，台积电美国亚利桑那州凤凰城晶圆厂举行首批机台设备到厂典礼，并宣布投资总金额从120亿美元加码至400亿美元。该厂一期工程预计于2024年开始生产4nm制程技术，而后宣布的二期工程则预计将于2026年开始生产3nm制程技术。

作为全球最大的芯片代工企业，台积电落地美国，同时带走大量人才与技术，对于本土的产业是不小的打击。尤其在中美关于芯片的争端未下之时，拜登在典礼上高呼“美国制造回来了”，对中国企业却并不是好消息。

12月，中国商务部称向世界贸易组织起诉美国滥用进出口管制措施，限制芯片产品贸易。

而在争端未解之前，中国企业积极发展自主产业链，寻求国产替代成为不二的选择。

以车载领域为例，地平线、芯驰科技等为代表的中国芯片企业成为这一轮国产替代潮中的佼佼者。

03.

技术仍在进步

当然，在争端之外，新技术的发展同样是2022年的主题之一。

2022年，三星与台积电先后在年中和年底公布3nm量产。

同时，台积电也披露，到2024年，台积电将导入ASML高数值孔径极紫外光刻机，用于生产GAAFET架构的2nm芯片，预计2025年开始量产。同样有消息称，三星也将于2025年大规模生产基于GAA的2nm芯片。

根据摩尔定律，芯片上的晶体管数量大约每两年翻一番，实际上意味着半导体在速度和处理能力方面翻了一番，同时成本降低一半。

一方面，是随着纳米制程到达2nm级别，摩尔定律即将达到极限，另一方面，也是美国对中国先进制程芯片技术的制裁背景下，国内芯片企业寻求突破的一种替代方案，2022年Chiplet（小芯粒）也成为热搜关键词。

 

 

 Chiplet也称“小芯片”或“芯粒”，它是一种功能电路块，包括可重复使用的IP块。具体来说，该技术是将一个功能丰富且面积较大的芯片裸片（die）拆分成多个芯粒（chiplet），这些预先生产好的、能实现特定功能的芯粒组合在一起，通过先进封装的形式（比如3D封装）被集成封装在一起即可组成一个系统芯片。

Chiplet模式兼具设计弹性、成本节省、加速上市等优势，被认为是后摩尔时代半导体产业的最优解集之一。

2022年3月，苹果公司发布自研M1 Ultra芯片，通过Chiplet封装方案将两个M1 Max芯片互连，以实现更高的性能以及更经济的方案。

8月，阿里巴巴、英伟达宣布加入Chiplet生态的通用芯粒互连（UCIe）联盟。

部分行业人士认为，Chiplet对中国解决先进芯片技术瓶颈具有重要意义，是中国市场换道超车的重要技术路径之一。

不过，也有声音认为Chiplet处理器芯片只能是先进制造工艺的“补充”，而不是替代品。

此外，开源指令集架构RISC-V也是2022年的行业热点。

不同于存在授权限制的X86和ARM架构，2010年诞生的RISC-V指令集架构具有精简、开源、自由、模块化等特性，可开发更适应特定需求的独特芯片，并打破了X86、ARM架构高价授权费、定制化困难的惯例，成为全球新的芯片指令集架构。不过，目前RISC-V主要受到两大挑战：一是移植速度慢，二是生态不完善。

总体来说，RISC-V与Chiplet都不能成为中国芯片产业超车的救星，而只能是芯片技术方案的补充。

2022年，芯片产业作为硬科技领域的尖端行业受到大众空前的关注。这一方面源于2021年延续下来的缺芯问题，另一方面则是美国的一系列制裁举措。

虽然国产芯片的前途还很漫长，对中国芯片企业来说，这无疑也是一种机遇。

 

 

参考文献了解

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1748930229594934793&wfr=spider&for=pc

https://mp.weixin.qq.com/s/dhPFxHCOo5giSwugfQfLlQ