近日，國家新能源汽車技術(shù)創(chuàng)新中心（以下簡稱“國創(chuàng)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(guī)級芯片聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”，又一車規(guī)級芯片聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室落地北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)（北京亦莊）。

“此次聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室的成立，是國創(chuàng)中心與長城汽車在車規(guī)級芯片領(lǐng)域深化合作的重要標(biāo)志。”國創(chuàng)中心有關(guān)負(fù)責(zé)人表示。該聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室將通過打造“一個平臺，三大支撐”，形成政、產(chǎn)、創(chuàng)生態(tài)閉環(huán)。

其中，“一個平臺”是指通過聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室向整車、汽車電子、汽車芯片等產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)提供測試、認(rèn)證、咨詢、培訓(xùn)等一站式服務(wù)；“三大支撐”是指支撐長城及其他車企國產(chǎn)芯片選型評估，支撐芯片企業(yè)與主機(jī)廠的聯(lián)動，以及支撐提升產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

聚焦汽車芯片領(lǐng)域，國創(chuàng)中心作為國家級技術(shù)創(chuàng)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(guān)領(lǐng)域聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，并初步建成“芯片器件、芯片系統(tǒng)、控制器級、整車級”四層級一站式車規(guī)芯片測評認(rèn)證平臺。

此次合作，不僅有助于提升國創(chuàng)中心和長城汽車在車規(guī)芯片領(lǐng)域的綜合競爭力，也將促進(jìn)國內(nèi)車規(guī)芯片測試及認(rèn)證技術(shù)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(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)分為四個等級，從高到低的順序依次為軍工 >汽車 >工業(yè) >消費(fèi)電子。軍工就不說了吧，拼命用的家伙，等級最高是理所應(yīng)當(dāng)?shù)模唤酉聛砭褪瞧嚕囯娮拥臉?biāo)準(zhǔn)之所以僅次于軍工，是因?yàn)槠囎鳛槌鲂泄ぞ撸滟|(zhì)量直接有關(guān)駕乘人員的生命安全；然后是工業(yè)電子，比如智能工廠、工業(yè)機(jī)器人、手臂等等；最后的消費(fèi)電子芯片，也就是我們?nèi)粘Ｊ褂玫氖謾C(jī)芯片、電腦芯片等等。

不同于消費(fèi)芯片和工業(yè)芯片，車規(guī)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(huán)境

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


運(yùn)動環(huán)境：車規(guī)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(shè)計壽命在15~20萬公里，時長遠(yuǎn)大于消費(fèi)電子5年左右的壽命。

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

制造上：車規(guī)芯片的制造，不需刻意要求像手機(jī)芯片一般的小型化與輕量化，而更注重可靠性與車規(guī)級驗(yàn)證。


車規(guī)級驗(yàn)證

車規(guī)級驗(yàn)證是指整車制造企業(yè)制定的汽車芯片標(biāo)準(zhǔn)，不同的汽車制造企業(yè)會有不同的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與驗(yàn)證方式。其中，車規(guī)級芯片需要通過AEC-Q系列、ASIL系列（功能安全標(biāo)準(zhǔn)ISO26262）的認(rèn)定。

AEC是美國汽車電子協(xié)會（ Automotive Electronics Council ）的縮寫而 Q 就是 Qualification，認(rèn)證，所以 AEC-Q 就是美國汽車電子協(xié)會認(rèn)證的意思。

AEC-Q 系列認(rèn)證是車規(guī)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(zhì)及質(zhì)量系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)立了汽車電子協(xié)會（AEC）。雖然不是強(qiáng)制性的認(rèn)證制度，但目前已成為公認(rèn)的車規(guī)元器件的通用測試標(biāo)準(zhǔn)。IC設(shè)計企業(yè)想要進(jìn)入汽車電子領(lǐng)域，進(jìn)入汽車電子零部件供應(yīng)鏈，AEC-Q系列是必須獲得的認(rèn)證之一。

ISO 26262 標(biāo)準(zhǔn)是汽車供應(yīng)鏈廠商的準(zhǔn)入門票，為汽車電子電氣系統(tǒng)的整個生命周期中與功能安全相關(guān)的工作流程和管理流程提供指導(dǎo)。ISO26262 則是根據(jù)汽車的使用環(huán)境和特點(diǎn)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(yàn)證工作，才能成為一款車規(guī)級芯片這樣的復(fù)雜的驗(yàn)證，也導(dǎo)致整車制造企業(yè)往往傾向于維持穩(wěn)定的，長周期的芯片供貨方式。

對于芯片制作企業(yè)來說，車規(guī)級芯片開發(fā)驗(yàn)證花費(fèi)大、周期長、選型床難，對比消費(fèi)芯片產(chǎn)量規(guī)模又更低，因此車規(guī)級芯片往往技術(shù)更落后，卻成本更高，售價更貴。


底子基礎(chǔ)薄弱，國產(chǎn)芯片上車一直是短板

不同的時期，市場對于產(chǎn)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(guī)級芯片市場也發(fā)生了變化，從而導(dǎo)致整個市場的理念以及戰(zhàn)略也要隨之變化。

作為行業(yè)的參與者，芯擎科技創(chuàng)始人、CEO汪凱博士認(rèn)為，從芯片的角度來講，之前車規(guī)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(chǎn)車規(guī)級芯片來說，以前更多的是簡單替代、打補(bǔ)丁的做法，沒有深入的研發(fā)與具體的戰(zhàn)略規(guī)劃，導(dǎo)致現(xiàn)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(nèi)外環(huán)境的變化，也讓更多的終端用戶、車企等認(rèn)識到自主產(chǎn)品的重要性，因此會更多的與成熟的國產(chǎn)企業(yè)嘗試著去合作，來進(jìn)一步提升供應(yīng)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(zhàn)略，是并跑甚至領(lǐng)跑，新場景下我們要定義自己的應(yīng)用和產(chǎn)品”，在原誠寅看來，國產(chǎn)汽車芯片廠商不僅要服務(wù)國內(nèi)的車企，更要服務(wù)國際車企，提升自身的影響力，這樣才意味著我們產(chǎn)業(yè)鏈水平達(dá)到世界領(lǐng)先。

不過，話雖如此，成長突圍談何容易。近幾年，國產(chǎn)汽車芯片發(fā)展是很快，但是國產(chǎn)芯片上車，依舊是短板和痛點(diǎn)。一方面，是自身的底子基礎(chǔ)相對薄弱，要解決的問題不單是研發(fā)，還要考慮到IP設(shè)計能力。投資環(huán)境的變差，也影響了企業(yè)的融資。另一面，芯片量產(chǎn)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(guī)級芯片

汽車產(chǎn)業(yè)電氣化、智能化進(jìn)程繼續(xù)，車規(guī)芯片整體需求隨之繼續(xù)提升。據(jù)蓋世汽車數(shù)據(jù)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(yù)計將接近300億美元。為應(yīng)對汽車芯片需求增加，海內(nèi)外車規(guī)芯片大廠正在推動研發(fā)和擴(kuò)產(chǎn)。據(jù)國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會報告顯示，博世、英飛凌、意法半導(dǎo)體等供應(yīng)商加速8英寸產(chǎn)能建設(shè)，預(yù)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(dǎo)體的8英寸廠產(chǎn)能將增加34%。

其中，IGBT、MOSFET這類功率半導(dǎo)體是布局重點(diǎn)。根據(jù)Strategic Analytics數(shù)據(jù)顯示，傳統(tǒng)燃油車中，價值占比最高的半導(dǎo)體器件為功能芯片，達(dá)23%，功率半導(dǎo)體和傳感器分別占21%和13%。而純電動汽車中，功率半導(dǎo)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(dǎo)體中的IGBT模塊更是核心部件，占整車成本可達(dá)7%。不僅英飛凌等海外廠商在布局，國內(nèi)廠商也在推動國產(chǎn)化，國內(nèi)IGBT和MOSFET廠商還趕上了第三代半導(dǎo)體碳化硅對硅基替代的風(fēng)口。

國產(chǎn)化進(jìn)程艱險但熱度不減，仍發(fā)力擴(kuò)張

當(dāng)前，半導(dǎo)體領(lǐng)域受逆全球化浪潮和貿(mào)易保護(hù)主義的影響，充滿了越來越多的不確定性。國內(nèi)車企紛紛想實(shí)現(xiàn)核心技術(shù)的自主掌控。

但我國在芯片設(shè)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(guān)鍵檢測設(shè)備仍是薄弱環(huán)節(jié)。在標(biāo)準(zhǔn)方面，目前我國還沒有自己的標(biāo)準(zhǔn)，也沒有國際標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)的權(quán)威機(jī)構(gòu)，這是制約汽車芯片發(fā)展和汽車產(chǎn)品走出去的重要環(huán)節(jié)。此外，我國缺乏在實(shí)車層面驗(yàn)證芯片適配性的應(yīng)用體系，無法實(shí)現(xiàn)快速迭代驗(yàn)證。“整個產(chǎn)業(yè)最大的一個痛點(diǎn)，就是車載半導(dǎo)體Tier2（供應(yīng)鏈中較低層級的供應(yīng)商或服務(wù)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(nèi)做得最好的功率半導(dǎo)體，還不到10%的占有率。”

現(xiàn)狀的艱難并沒有澆滅國產(chǎn)化的烈火。相反，國內(nèi)廠商仍有擴(kuò)張的動力。

一方面是缺芯期間國產(chǎn)車規(guī)級芯片抓住機(jī)會入局，“國產(chǎn)車規(guī)芯片上了車，相當(dāng)于上了牌桌。”車規(guī)級芯片是一個高技術(shù)壁壘的領(lǐng)域，關(guān)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(yīng)商。

另一方面是國內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷經(jīng)歷缺芯風(fēng)波后對供應(yīng)鏈穩(wěn)定性更加重視，希望國內(nèi)供應(yīng)鏈也能提供同類或替代產(chǎn)品。

除市場驅(qū)動外，我國對車規(guī)級芯片的頂層指導(dǎo)也是堅定不移。2023年12 月31 日，工信部印發(fā)《國家汽車芯片標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》，提出到2025年，制定30項(xiàng)以上汽車芯片重點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)；到2030年，制定70項(xiàng)以上汽車芯片相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。1月19日，工信部副部長在國務(wù)院新聞發(fā)布會上表示，要加大高級別自動駕駛等技術(shù)攻關(guān)，進(jìn)一步提升產(chǎn)品市場競爭力。

與此同時，國外廠商面臨著更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，既要滿足國內(nèi)車企對強(qiáng)大芯片的需求，又要遵守其國家對中國先進(jìn)半導(dǎo)體出口的更嚴(yán)格控制。“變中求機(jī)”，中國汽車芯片產(chǎn)業(yè)參與者要趁此機(jī)遇，敢于攻堅克難，加強(qiáng)自主研發(fā)和創(chuàng)新，共同推動國產(chǎn)高端汽車芯片實(shí)現(xiàn)落地應(yīng)用。