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探討:2023年自主汽車芯片產業如何繼續向上

2023-02-02 14:48來源:中國汽車報作者:中國汽車報網址:http://www.coderdojogreystones.com
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癸卯兔年已拉開序幕。對于自主汽車芯片行業來講,新的一年將迎來智能化競爭的“賽點”。
如今,隨著整車電子電氣架構的集中化,汽車芯片功能越來越復雜,分類也越來越細化,不同功能、不同種類的產品開始呈現多樣發展態勢。再加上碳化硅等新材料及新技術的推廣,相信2023年自主汽車芯片產業將精彩紛呈。
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摩爾定律或將延續 芯片良率有待提高
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作為底層基石,芯片的先進性在一定程度上決定了汽車的智能化程度。在汽車電動化、智能化和網聯化三大趨勢驅動之下,當前半導體在整車上的比重大幅提升。其中,智能化、網聯化帶來的新型元器件需求主要在感知層和決策層,包括攝像頭、雷達、IMU/GPS、V2X、ECU等,直接拉動各類傳感器芯片和計算芯片的增長。中國汽車工業協會數據顯示,傳統燃油車所需芯片數量為600~700顆,電動汽車所需的芯片數量將提升至1600顆,而更高級的智能汽車對芯片的需求量將有望提升至3000顆。
黑芝麻智能高級產品市場總監徐曉煜在接受《中國汽車報》記者采訪時表示,整車電子電氣架構的演進,隨之帶來對汽車芯片性能、功耗、成本的全新挑戰。他認為,隨著芯片企業不斷突破技術極限、探索儲存更多計算能力的新方法,集成電路的元器件數量持續增加,汽車芯片產業的摩爾定律將得以延續。
汽車智能化的下半場,也呈現對芯片算力的“群雄逐鹿”。對于下一階段的發展方向,徐曉煜指出,在AI芯片方面,對大算力產品的需求不會減少,企業對更高算力的追求也將繼續,但對于不同芯片在不同領域的應用有望更加清晰,如車側、端側是否需要超過1000TOPS算力的產品,更高算力的芯片應用于哪些場景,都需要打個問號。
汽車行業對芯片的需求不斷增長和提高,與此同時,汽車芯片的成本越來越高。應該如何看待這個問題?答案顯然不是單純由供需關系決定的。一方面,從設計端來看,由于汽車芯片開始承擔更多功能,其設計也愈發復雜,從原來的單一節點向融合節點發展,許多公司開始考慮平面2.5D封裝和立體的3D封裝及將內存和芯片合在一起的HBM(高寬帶內存)封裝,并在芯片架構上做了許多創新,這帶來了成本的增加。
另一方面,從制造端來看,流片費用越來越高,從40nm的低端芯片到28nm、14nm的中端芯片,到今天7nm的高端芯片,每一代產品的流片費用幾乎都是前面兩代的總和。由于當前生產工藝不成熟,產品良率遲遲難以提高,這個問題仍是芯片產業面臨的最嚴峻挑戰之一。
國家新能源汽車技術創新中心(以下簡稱“國創中心”)總經理、中國汽車芯片產業創新戰略聯盟秘書長原誠寅表示,中國在車規級自主芯片層面,走的是從追趕到學習,最后實現逐步替代的路線。雖然近年來智能網聯汽車快速發展帶動芯片產業崛起,但對實際發展情況,仍需理性看待?!霸贏I芯片方面,高算力、低能耗的需求對芯片工藝制程的要求非常高,以我們目前的能力尚無法自給自足,當下要做的是加快發展,爭取逐步縮短差距。就目前來看,自主汽車芯片行業已開始摸索出適合自己的發展道路,未來前景可期?!?/span>
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碳化硅進入快車道 有望改變芯片格局
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盡管國產芯片在制程上落后,但智能汽車所用的車規級芯片對納米工藝的要求并不像智能手機那樣高,反而對材料有更高要求。因此,碳化硅等新材料和新技術的發展,為汽車芯片產業的發展帶來新的可能。
德州儀器(TI)中國區汽車事業部總經理蔡征對記者介紹稱,硅是應用最廣泛的半導體材料,但無法突破高溫、高功率和高頻的瓶頸。以碳化硅和氮化鎵為代表的第三代半導體,由于其材料本身的寬禁帶特征,可在更高的電壓、溫度下工作,提升功率密度。
其中,碳化硅主要用于襯底晶片和外延片。據介紹,由于碳化硅具有優越的物理性能:高禁帶寬度、高電導率、高熱導率、低通損耗等,特別適合于制造電力電子領域的高功率半導體元器件。諸多優勢在身,碳化硅搭上了新能源汽車推廣的快車道。蔡征表示,隨著電動汽車800V系統的普及,以及市場對更高電驅動轉換效率的需求,碳化硅器件在牽引逆變器和電動壓縮機上會有越來越廣泛的應用。
不過,業內人士指出,碳化硅不可能全部替代絕緣柵雙極型晶體管(IGBT),未來更多是二者之間的互補。原誠寅告訴記者,碳化硅最大的問題在于基礎材料的成本偏高、效率偏低?!艾F在碳化硅還是在6英寸的晶圓上做,而IGBT已做到8英寸,同時也在向12英寸發起沖擊。相比之下,碳化硅的生產效率偏低,而且降低成本也是短期內無法解決的難題。所以保守估計,短時間內碳化硅的應用占比會逐漸升高,但無法完全替代IGBT?!彼Q。
在蔡征看來,“互補共生”可以用來描述車規級功率半導體器件未來的競爭情況。受限于碳化硅器件較高的制造成本和有限的生產能力,傳統IGBT仍將占據主要市場份額,而要充分釋放碳化硅和IGBT的性能,有賴于功能強大的驅動器相配合。
與現有的硅或碳化硅解決方案相比,氮化鎵能夠實現更好的開關性能和對更高工作頻率的支持,以及更低的輸入和輸出電容和零反向恢復電荷,可顯著降低約25%的功率轉換損耗,從而降低成本并提升功率密度,因此適用于中等功率的交流/直流車載充電器和高壓直流/直流轉換器。
蔡征指出,氮化鎵的優勢可在需要更高效率和更小尺寸的設計中得到最大程度的發揮。隨著電動汽車的進一步推廣,德州儀器將氮化鎵視為車載充電器和直流/直流轉換器的理想解決方案。
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單域走向跨域融合 商用進程逐步提速
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自動駕駛一直是智能汽車的重要價值點,未來幾年,這項技術的前裝量產勢必進入快車道。芯片企業紛紛搶抓這一機遇,積極探索商業化進程,而2023年將是關鍵窗口期。
超星未來創始人、首席執行官梁爽曾表示,通過中央大算力芯片方案支撐起高級別自動駕駛是雄偉的“珠峰”,可能要接近2030年才能實現;未來幾年,最大的市場機會仍來自行泊一體、艙泊一體為代表的量產方案。
目前,一些芯片廠商成功實現了產品對量產車的配套,已經可以實現盈利,但對于一些定位L4甚至更高等級自動駕駛的企業來說,他們的盈利會較為困難。高等級自動駕駛芯片對算力的要求更高,傳感器也更豐富,實現難度大。所以,企業開始更多考慮跨域融合的芯片需求。
相較于單域控制的單核芯片,黑芝麻智能目前著力打造多域融合的計算平臺?!袄硐霠顟B下,我們希望一個域內的信息能夠實現自循環或內收斂,但實際上,跨域之間的信息傳遞非常普遍?!毙鞎造险f道,“比如,行業普遍認為駕駛員監控是屬于座艙域的功能,但自動駕駛與之息息相關,駕駛員要對自動駕駛中的車輛隨時保持警惕,這就使得座艙域與自駕域存在共通的信息傳輸和處理。如果在域與域之間進行,意味著系統效率隨之降低,這種方式并不適用對于時延要求高的功能。因此,將所有信息匯聚到一起,搭建融合計算平臺的概念誕生了,它將是未來汽車芯片的演進方向?!?/span>
此前,不少自主汽車芯片企業表示,整車企業不敢輕易嘗試本土芯片,“有產品,無場景”是他們面對的難題。原誠寅表示,目前行業正在討論設立與汽車芯片相關的保險,用商業化手段解決產業化問題。他進一步指出,對于芯片廠商和整車企業而言,想要實現盈利,關鍵是要明確產品的核心定位和應用場景。原誠寅認為:“不少AI芯片面臨自動駕駛應用場景方面的挑戰。有鑒于此,這個領域未來將迎來洗牌。就當前情況看,實現全場景下的高等級自動駕駛還不現實,企業要實現技術的商業化落地,必須聚焦核心業務,明確自己的發展路徑?!?/span>
徐曉煜也表示,自動駕駛落地面臨的現實困難,仍是如何開發盈利模式的問題,高等級自動駕駛遲遲難推進,所以大部分企業開始轉變思路,致力于耕耘L2++自動駕駛,也就是從L2一直向更高階的自動駕駛推動。他說:“當數據累積到一定程度后,在某些特定場景,全自動駕駛有可能獲準落地,比如,現在的低速自動泊車?!睋?,特斯拉已率先允許美國車主在無人駕駛運行1萬公里后,開放脫手模式,實現完全的自動駕駛。
蔡征告訴記者,過去曾被視為高端附加技術的高級駕駛輔助系統(ADAS),正在成為汽車的標準配置。以ADAS為代表的自動駕駛技術,成本逐漸降低,被眾多車企廣泛采用。他繼而提出,自動駕駛的等級從L2到L4,需要對應的法規先行,所以自動駕駛芯片的發展也要結合相應的法規要求,這會是行業的趨勢。
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產業重構大勢所趨 整零互為鏈條合伙人
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全球汽車產業正在經歷一場重大變革,產業鏈發生重構,供需關系轉向共創關系,技術的發展需要產業鏈共同推動,作為鏈條重要一環的汽車芯片便身處其中。
蔡征直言,隨著汽車電動化、智能化和網聯化的快速發展,半導體在汽車生態中受車企的關注度越來越高。此外,中國市場對新產品的高接受度以及消費升級,一方面推動車企加快新技術導入與落地;另一方面也拉近了它們與半導體公司的直接合作。
以往,芯片廠商與整車企業之間隔著上游零部件供應商,現在大家成為更緊密的事業合伙人,這樣的趨勢更有利于構建汽車芯片產業生態。原誠寅也多次向記者強調合作的重要性——汽車芯片產業亟需構建聯合生態,如果各自為營,反而容易浪費了有限的資源。
徐曉煜認為,供需關系的重構,帶來了新的機會,2020~2025年將是關鍵的時期。新能源智能汽車時代需要新的供應商“血液”。所以,芯片創業公司才有機會能夠切入到相對比較傳統的汽車供應鏈上。對整車企業來說,對新供應商的認證周期較長,而且一旦完成,合作關系就相對穩固了,所以芯片企業都在積極布局本土供應鏈。
但徐曉煜也指出,與英偉達、高通等國外知名廠商相比,中國芯片企業仍不具備足夠的競爭實力,很難面面俱到。供應商與整車企業的合作關系要劃分清晰,把各自的工作做精、做透,然后再開放合作,形成良好的生態系統與世界一流企業開展競爭。
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“卡脖子”問題待解 循序漸進跨越2023
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2022年,中國智能汽車的滲透率超過20%,預計這一比例在2030年將達到70%。日前,中國電動汽車百人會副理事長兼秘書長張永偉公開表示,我國汽車芯片的需求量十分巨大,而缺口也越來越大。
行業不得不面臨的現實是,中國芯片自主化率僅有5%,嚴重依賴進口依然是“卡脖子”的問題。對此,業內人士卻都表示樂觀,認為自主供應商正面臨前所未有的機會——中國新車銷量占全球市場份額的1/3,尤其在電動化、智能化、網聯化趨勢下,擁有誘人的增長潛力,芯片自主化率有望用4年時間提升到20%。
在徐曉煜看來,指望2023年一年時間發生翻天覆地的變化不現實,但國產芯片企業正在迎頭趕上,爭取抓牢這次難得的產業變革機遇。
除了依賴進口,我國汽車芯片全產業鏈還存在很多短板,比如缺少完備的檢測認證體系、相關人才短缺等。據統計,目前,我國集成電路領域從業人員只有54萬人,且主要集中在設計、制造和封測環節,預計2023年人才缺口將達20萬人。
原誠寅向記者表示,對于人才的培養是一個長期的過程,從企業到高校都十分重視這項工作,許多學校成立了集成電路學院,但學生能夠實際參加工作至少需要4年,屆時芯片人才缺口有望得到緩解。
據了解,以國創中心為代表的行業組織,也在積極推進行業認證工作。1月10日,國創中心與北京博電新力電氣股份有限公司聯合實驗室戰略簽約儀式在北京經開區舉辦。國創中心車規級芯片測試認證中心將打造國內測試車規芯片層級最全面的測試認證中心,測試認證覆蓋車規級芯片器件、系統、控制器部件、整車四個層級垂直測試體系,推動車規級芯片的“標準研究、測試評價、產品認證”三位一體融合發展。
另據原誠寅介紹,國創中心還在積極推動五方面工作:第一,繼續推動自主的芯片標準體系不斷完善;第二,推動自主芯片在國內的晶圓廠流片,達到更高的自主化率;第三,鼓勵更多基于國產芯片的汽車電子方案開發,芯片需要有相配套的系統方案同步開發;第四,討論設立汽車芯片相關的保險,用商業化手段解決產業化問題;第五,鼓勵人才的培養和供應鏈上下游的交流,更好推動自主芯片企業和下游應用廠商協同合作。

近期,我國進一步優化疫情防控措施,經濟將加快恢復和回升,芯片市場有望迎來新一輪爆發式增長。但美國去年下半年開始實施的對華芯片出口禁令正在深刻改變全球供需,繼續造成2023年芯片供應失衡。新的一年,自主汽車芯片行業將如何披荊斬棘?可以肯定的是,前方旅程如逆水行舟,不進則退。我們能做的惟有堅定信心、砥礪奮進,準備好迎接新常態、新挑戰,不負2023年“芯”征程。


文:張雅慧 編輯:龐國霞 版式:趙方婷




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