中国汽车芯片产业面临四大挑战

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来源:电动汽车百人会

本文作者中国电动汽车百人会副理事长兼秘书长张永伟。随着汽车智能化进程的不断加快,芯片产业的重要性正日益凸显,中国芯片产业正面临巨大挑战。车百智库研报针对我国芯片产业存在的致命短板问题,分析市场的现状,寻找形成的原因,概括面对的挑战,探索解决的路径,提出解决的建议。

 

芯片已成为全球主要经济体的必争之地。最近,美国邀请台积电先进制程到本国设厂,建设4纳米、3纳米,甚至2纳米晶圆厂。日本、欧盟和韩国都把芯片作为国家战略推动实施,芯片之间的竞争不仅决定汽车产业的竞争力,也决定未来各个主要经济体的国家竞争力。

 

一、芯片在智能汽车上的作用越来越大

当前,芯片领域的竞争格局已经基本形成,改变现有芯片格局存在巨大难度。汽车芯片的组成远远超出任何一种智能终端,包括手机。按照功能,汽车芯片可分为九大类,包括尺寸很小的芯片,比如在传感和驱动方面的;也包括尺寸很大的芯片,特别是智能芯片和计算芯片。九大类芯片下面又分若干子类,每辆智能化程度偏高的单车,芯片数量都在1000个以上。由于汽车是相对分布式的电子电气架构,所以,每个不同的控制域或者控制单元都由一些相对独立的芯片组成,在分布式架构下汽车芯片数量非常多。随着汽车电子电气架构逐渐向集中式方向发展,芯片数量会相对减少,但对性能的要求会越来越高,尤其是对算力的要求非常高。目前,芯片主要应用在五个方面:动力系统、智驾系统、智能驾舱系统、汽车底盘和车身控制系统。不同芯片在不同应用系统中都有施展功能的空间。特别是控制芯片在五个领域都有使用。MCU(Micro Controller Unit,微控制单元)、SOC(System on Chip,系统级芯片)芯片在每个系统也都有使用。此外,计算芯片、传感芯片使用范围也越来越大。从全球汽车芯片发展趋势看,2022年汽车芯片短缺有所缓解,但供应相对偏紧的状态会持续较长时间,主要原因是产能提升过慢。近3年的芯片短缺使全球汽车减产约1500万辆,其中中国减产超过200万辆。数据显示,2022年全球晶圆厂开工数量33个,2023年规划开工28个,其中1/3可以为汽车提供产能。但多数新增产能仍处在建设爬坡期,其中专门生产汽车芯片的晶圆厂甚少,产能缓解仍然面临瓶颈。这决定了汽车芯片虽然对最先进制程要求不高,但成熟制程产能不足仍是常态。从需求看,汽车芯片的需求量越来越大,缺口也越来越大。2022年我国汽车智能化渗透率超过30%,2030年将达到70%。从智能化进度判断,芯片需求将出现爆发式增长态势,单车芯片用量300~500个,到电动智能时代将超过1000个,到高等级自动驾驶阶段会超过3000个。预计到2030年,我国汽车芯片市场规模将达300亿美元,数量约1000亿~1200亿颗/年。
二、我国汽车芯片短板明显全球各主要经济体围绕芯片的竞争,已经成为国际技术竞争的核心。汽车芯片价值链最高端的是占比较小但价值量最高的核心软件,96%的EDA(Electronic design automation,电子设计自动化)IP掌握在美国公司手里,核心汽车芯片IP欧洲+美国占据95%;晶圆占整体价值的2.5%,主要分布在日本、欧盟和中国台湾;制造设备和封测设备占16%,主要分布在欧美日;设计环节占比30%,美国、韩国、日本和欧盟占据汽车芯片设计高端市场;制造工厂在整个价值链中占比最高,先进制程主要分布在美国、韩国和中国台湾地区;中国在封测市场占据部分份额。总体看,改变现有芯片竞争格局面临巨大难度。迈过芯片这道坎是我国必须要解决的问题,我们面临以下系列挑战。挑战一,摆脱进口依赖是当务之急。现在,汽车芯片国内供给度不到10%,也就是每一辆汽车上90%以上的芯片,都依赖进口或者外资本土公司,这就决定了不论是小芯片还是关键芯片,特别是智能芯片,未来需求越来越大,瓶颈也越来越小。挑战二,汽车芯片产业链存在技术短板。EDA工具市场、核心半导体设备市场、制造代工市场等仍然是短板。现在我国有了14纳米以上制程,最缺的是更先进的制程。挑战三,汽车芯片面临严格检测认证。与消费芯片不一样,汽车芯片安全性要求越来越高。比如温度,消费芯片温控在0℃~125℃之间即可,汽车芯片却要保证在—40℃~175℃之间,而且振动要求是50G。这种特殊性决定汽车芯片需要经过三级测试认证——部件测试认证、系统测试认证、整车级测试认证,三级测试认证缺一不可。而恰恰在汽车车规级芯片测试和认证方面,我国几乎是空白,全球也刚刚起步,但中国明显处于短板地位。挑战四,人才短缺。我国集成电路专业人员,包括汽车集成电路和消费集成电路总共有54万专业人员,到2023年缺口达20万人。这54万人基本分布在设计、制造和封测环节,20万人的短缺将严重影响行业技术发展和产业推进。人才短缺已经成为技术进步巨大的瓶颈。
三、解决我国芯片问题的建议建议一,进行全产业链技术提升。必须加强我国汽车芯片在设计、制造、封测、工具链、关键材料、核心设备等全产业链的技术提升。只有补齐木桶短板,才无惧卡脖子,要集中攻关关键核心技术,优先保障28纳米和40纳米芯片成熟制程的产能,在技术提升的同时增加芯片产能供给。建议二,建立汽车芯片标准、检测认证体系。比如建设具备完整车规检测能力的公共检测认证平台,与研究适用的标准、技术规范和检测验证体系相结合、互促进,用标准和测评支撑产品测试认证。建议三,推动***上车。国产汽车用***已经成为必然选择,而且是紧迫行为,能不能在新环境下让国产汽车优先应用***,是我国在新时期推动汽车产业转型的战略性选择。优先应用***既可以帮助芯片在应用中迭代、在迭代中完善,也可以帮助整车企业建立产能备胎。同时,还要推动芯片行业的整合,芯片业多而散的局面不利于我国芯片竞争力的提升。建议四,扩大先进产线产能,支持多元化商业模式。建设成熟制程产线是近期和中远期的主要任务。先进制程产线14纳米、7纳米、5纳米当前依靠海外工艺,远期需要在本国建设扩大产能。支持多元化商业模式,集设计与制造垂直一体化,是目前及未来最有竞争力的模式,但是风险和投资都巨大。长期看,我国需要拥有集设计与制造一体的芯片公司,短期可以支持芯片企业和制造企业建立共享IDM(Integrated Design and Manufacture,垂直整合制造)模式,或者支持企业建立虚拟IDM模式,通过联盟和协议方式进行垂直一体化协作。建议五,加大政策支持力度。特别是加大财政、资金方面的支持力度,让那些产能不足的企业有稳定的支持空间,让那些做长时间研发的企业有稳定的投入机制。这种情况下,我国财政和金融手段必不可少。

建议六,解决好人才缺口问题。通过专项人才补贴和落户优惠等政策,吸引留学生和海外高级技术人才回流,持续推动国内高校集成电路学科建设,完善人才培养体系,让人才成为支持我国芯片产业和企业竞争力的重要保障。

 

END

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原文标题:中国汽车芯片产业面临四大挑战

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