芯荒下的转机国产厂商的汽车芯片攻坚战

　　深响原创 · 作者 陈文琦
　　涨价、减配、停产......新能源车行业不缺新故事，但是这些消息看上去对消费者都不是那么友好。在充满歉意的解释中，车企不约而同地提到一个无奈的原因，缺芯。
　　受到疫情、突发自然灾害影响，芯片供给端产能出现问题，囤货等市场行为又加剧了需求错配和供应链的混乱。但究其根本，缺芯的核心原因是需求质量的升级和需求数量的激增。汽车行业＂新四化＂（电动化、网联化、智能化、共享化）趋势下，单车搭载的芯片数量、规格双双上升。
　　越高级别自动驾驶车辆所需传感器芯片数量越多 新能源汽车搭载芯片量更高 图源：德勤芯片行业系列白皮书
　　有＂危＂就有＂机＂，正因为这股前所未有的产业动力，让国产汽车芯片厂商看到了未来的光亮——资本方面，芯驰科技、黑芝麻、地平线等汽车半导体厂商融资不断，比亚迪半导体冲刺IPO；产品方面，各种研发产出节奏明显加快，上周芯驰发布车规MCU E3系列，黑芝麻则表示今年要发布7nm制程的自动驾驶芯片......从传统车企到新势力，造芯消息纷纷，各路人马以投资、合资、自研等各种姿势入局。
　　这样如火如荼的奋斗场面也不禁让人发问：目前车规级半导体市场供需状况究竟如何？国产自研步伐加速，厂商要如何啃下这块硬骨头？国产车规级芯片到大规模量产、上车还要多久？
　　缺芯窗口期下，车规半导体行业暗流涌动，产品竞争、落地挑战，供应链的洗牌与话语权的博弈升级。市场容量的扩张、入局企业的产品竞赛、技术层面的突破，都在改变着车规级芯片市场格局。
　　一个新的汽车芯片时代已经到来。 车芯的难题
　　按功能种类划分，车规级半导体可大致分为计算及控制芯片、存储器、功率半导体、传感器、无线通信及车载接口类芯片等等。
　　它们＂遍布＂车辆全身，从制动刹车系统、仪表、屏幕、天窗、车灯、雨刮器到遥控钥匙，都离不开芯片。这也导致了只要缺少某几颗关键芯片，车企就无法交付，或是减配。
　　汽车新四化背后是汽车电子电气架构从传统的分布式朝着＂集中式＂方向转变，进一步推动了对新型器件的需求以及性能的转变。
　　芯片在汽车上的应用 图源：方正证券汽车半导体研究框架专题报告
　　但相比工业级、消费级芯片，车规级芯片在研发、制造、合规、量产等环节都遭遇着更高层级的挑战。
　　因为与人们的出行息息相关，车规级芯片对＂安全＂、＂可靠＂两条基本线的把握更紧。 从研发难度角度看，在百万芯片规模中，允许消费芯片出错的概率是300-500个，而对车规级芯片的要求是无限接近于0，这使其设计、研发、验证周期大大拉长。
　　车规芯片的原材料、IP、封装测试相对于消费类芯片来说也更贵，以封装测试来说，由于车规特有的三温等极限场景的测试，光测试费用就是消费类芯片的5倍左右。
　　一款汽车芯片在生产后还需要通过多重认证才能得到市场的＂入场券＂，其中包括ISO 26262（道路车辆功能安全国际的标准）、AEC-Q100（车用可靠性测试标准）等等，这不仅是对芯片产品安全性、可靠性的验证，也是客户方重要的考量指标。
　　车规级芯片的认证过程极为艰难，甚至＂反人性＂。芯驰CEO仇雨菁表示，＂功能安全认证ASIL D需要逆向思维。不是电路设计出来了，达到想要的结果，而是在不知道哪里会错，各种情况都有可能发生的情况下，这个电路会出来什么样的结果，如何能抗得住错误的结果，这才是最难的。这是一个反人性的思维。每个工程师每天都要想这个地方错了会怎样，那个地方错了会怎样，通过各种流程、验证手段，把这些错误全部抓住，这个是非常难的。＂
　　另外，因为汽车非快速消耗品的属性，芯片的使用寿命也是一道关卡。 一辆汽车的生命周期一般都超过10年，对于厂商来说，这意味着10-15年的长期供货保障和更高的产线维护成本。
　　从市场维度看，国际车规级半导体厂商长期占据了市场主要份额，且头部集中度高，国内厂商起步晚、基础弱，面前需要超越的竞争者众多。
　　据Omdia数据，2020年，全球前十车规级半导体厂商市场份额达到60%，由英飞凌、恩智浦、瑞萨电子、意法半导体、德州仪器等领先，博世这样Tier1零部件供应商面对主机厂有着极强的话语权。
　　虽然中国市场的内生需求随着新能源行业的发展迅速扩张，但是车芯国产化率低，在缺芯的特殊时期，车企的被动、紧张姿态凸显。
　　虽然面临重重挑战，但缺芯窗口期以及本土市场日益增长的需求，给予了新入局者新的机会点。 破局的机会
　　复盘近几年的汽车产业，一些趋势已经逐渐明晰：传统燃油车业务进入瓶颈，新四化带来的增量市场吸引了众多新玩家入场；车企也在突破传统供应链格局，深入参与各个环节，芯片供应商与车企的关系愈加紧密；不同地区、市场在全球化分工中的角色也在悄然发生改变。
　　在整合中，芯片厂商需要快速精准卡位，主动顺应与车企关系的动态变化。
　　＂顺势而为＂是仇雨菁在与「深响」的对话中多次提到的四个字。在她的理解中， 芯片厂商不仅需要能判断大趋势，也要在产品匹配度上能精准踏对需求节奏。
　　近日，芯驰发布了高性能车规MCU E3系列产品，细究这一系列的产品和布局思路也不难看出芯驰的＂顺势而为＂。
　　首先是芯片本身的工艺。
　　采用台积电22纳米车规工艺制程的E3系列产品具有高达6个CPU内核，其中4个内核可配置成双核锁步或独立运行。主频高达800MHz，处理能力和实时性相比市面上主流的200MHz-300MHz产品大大提升。
　　在这轮缺芯潮中，最为紧缺的就是MCU，因为其工艺复杂度高且产能集中，而且国产替代进程缓慢，仅有少量中国厂商可量产低端车规MCU，但主流厂交货周期在去年基本延迟了2倍左右。
　　图源：德勤芯片行业系列白皮书
　　车规方面，芯驰E3在设计之初就设定了非常高的稳定性和安全性目标：AEC-Q100 Grade 1和ISO 26262 ASIL D，都是行业的领先水平。
　　功能与场景方面，芯驰E3系列MCU芯片可全面应用于线控底盘、制动控制、BMS（汽车电池管理系统） 、ADAS/自动驾驶运动控制、车身控制、网关、T-Box、HUD、液晶仪表、流媒体视觉系统CMS等场景。
　　值得注意的是，这不是单块芯片的发布，而是一套综合的解决方案。
　　在此之前，芯驰曾发布了自动驾驶芯片＂驾之芯＂V9、智能座舱芯片＂舱之芯＂X9、智能网关芯片＂网之芯＂G9等系列产品。
　　加上这次的＂控之芯＂，芯驰已完善了＂全场景＂布局 ，其产品线基本覆盖了智能汽车最核心的应用场景 ，采用通用的底层架构，配合完善的底层操作系统和框架。客户得以实现快速适配，缩短研发周期，加速产品上市，这也正顺应了车企＂定义汽车＂的诉求。基于这样的产品组合，芯驰也发布了一套完整的中央计算架构——SCCA 1.0，这一架构既能支持安全可靠的任务部署，又具有灵活的系统扩展能力，为智能汽车架构升级打下基础。
　　芯驰发布的四个系列芯片产品 分别是汽车的＂智商＂、＂情商＂、＂沟通力＂和＂行动力＂
　　芯驰中央计算架构SCCA 1.0示意图背后的艰辛
　　罗马不是一天建成的，在这样泥泞的一个赛道上，做出今日之成果实属不易。
　　＂看芯片点亮的过程，就像在等待孩子出生。＂仇雨菁在与「深响」分享E3系列芯片的bring up（初启） 过程的时候说。
　　芯片在测封厂经历了三天三夜，在约定的时间一早被＂押运＂进公司实验室进行bring up。与bring up无关的＂闲杂人等＂在外面等待结果，大家情绪在紧张和兴奋之间反复横跳。
　　＂做芯片的人对行业一直保有敬畏之心，因为太难了，每个环节都有可能因为疏忽出错。＂仇雨菁说。
　　一辆汽车，MCU少则50颗，多则上百颗。缺一颗，车就无法下线。芯驰的这颗芯片，有望填补国产高端高安全级别车规MCU市场的空白，为车企提供更多、更可靠的选择。据了解，这款芯片将在今年Q3量产，在正式发布前已有20+α客户提前做产品设计。
　　仇雨菁表示，为了按时履行对客户的承诺，时时刻刻都要问自己＂怎样把每个环节做到最好？＂。
　　2020年初，为了降低春节前物流停运影响，仇雨菁和同事亲自跑去台湾提回芯片，减少在物流转运上的时间。几天后，新冠肺炎疫情爆发了。
　　＂如果我们当时没有重视对客户的承诺，有可能年后样片才会寄回来，撞上疫情，可能就要错过两三个月了。＂是年农历新年期间，对远在泰国休假的芯驰科技董事长张强而言，度假变成抢口罩，最后他带回公司两千多个口罩，芯驰得以成为第一批复工复产的企业。
　　芯驰能在短时间内啃下车规芯片的硬骨头，不仅是中国厂商技术实力的显现，也是背后点点滴滴细节的累积。
　　客观来看，国内车规级半导体行业还有很多路要追赶，比如自主的底层架构、国标认证规范、制造工艺等等。眼下，传统主机厂、新势力品牌、初创企业、芯片厂商带着自身优势和不一样的包袱进入行业，开启卡位战。对于一个方兴未艾的行业来说，都是好消息。
　　进入后缺芯时代，＂破局＂是关键词，市场、企业、技术、产品都在变，新的格局正在孕育之中，国产芯片厂商已经提前占位。