解析車規(guī)級(jí)芯片的重要性

去年末的汽車芯片短缺扼住了汽車行業(yè)的咽喉，這場行業(yè)性的供應(yīng)短缺再次讓人們見識(shí)了汽車芯片的重要性，有關(guān)部門也對(duì)此高度重視。

春節(jié)前，工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)一司、電子信息司與主要汽車芯片供應(yīng)企業(yè)代表進(jìn)行了座談交流。工信部裝備工業(yè)一司、電子信息司建議汽車芯片供應(yīng)企業(yè)高度重視中國市場，加大產(chǎn)能調(diào)配力度，提升流通環(huán)節(jié)效率，與上下游企業(yè)加強(qiáng)協(xié)同，努力緩解汽車芯片供應(yīng)緊張問題，為中國汽車產(chǎn)業(yè)平穩(wěn)健康發(fā)展提供有力支撐。

相對(duì)于對(duì)消費(fèi)級(jí)電子芯片的理解，人們似乎對(duì)汽車芯片的“殺傷力”存有疑惑。汽車芯片是車規(guī)級(jí)芯片的通俗叫法，在現(xiàn)代化的汽車產(chǎn)品上，汽車芯片相當(dāng)于“大腦”。

“隨著傳統(tǒng)汽車向新能源汽車和智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展，所搭載的芯片越來越多，對(duì)智能性的要求也在提高，此前需靠駕駛員判斷的東西現(xiàn)在慢慢交給芯片，這樣汽車對(duì)芯片的使用量就會(huì)越來越多，并且對(duì)芯片的算力要求也會(huì)越來越高。”中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)副總工程師許海東表示。

等級(jí)僅次于軍工級(jí)，汽車芯片種類繁多

受制于去年末全球汽車芯片供應(yīng)緊張，不少大牌車企不得已采取減少，甚至停產(chǎn)的措施來應(yīng)對(duì)，包括大眾汽車、福特汽車、通用汽車、本田汽車、斯巴魯、日產(chǎn)汽車等在內(nèi)的全球汽車廠商都出現(xiàn)了被迫減產(chǎn)的情況。市場機(jī)構(gòu)IHS Markit預(yù)測(cè)，2021年第一季度，汽車產(chǎn)量將比最初預(yù)期的少約67.2萬輛；美國伯恩斯坦研究公司預(yù)測(cè)稱，由于2021年全球范圍內(nèi)汽車芯片短缺，預(yù)計(jì)今年將造成多達(dá)450萬輛汽車產(chǎn)量的減少，相當(dāng)于全球汽車產(chǎn)量的近5%。

很多人對(duì)芯片重要性的認(rèn)識(shí)或來源于消費(fèi)級(jí)電子產(chǎn)品，一枚小芯片就能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的功能。如今的汽車功能越來越強(qiáng)大，越來越智能，都可以歸因于汽車芯片的應(yīng)用。

從整個(gè)芯片行業(yè)的等級(jí)劃分來看，分別有軍工級(jí)、車規(guī)級(jí)、工業(yè)級(jí)和消費(fèi)級(jí)，其中車規(guī)級(jí)芯片對(duì)于可靠性、一致性和穩(wěn)定性要求更高，僅次于軍工級(jí)。

“車規(guī)級(jí)芯片與消費(fèi)級(jí)芯片有很大不同，車規(guī)級(jí)芯片需要面臨更惡劣的環(huán)境，要求可靠性更高，車規(guī)級(jí)芯片的要求更為嚴(yán)格?！痹S海東表示，“因此對(duì)芯片廠家的汽車芯片生產(chǎn)線要求也更為嚴(yán)格，車規(guī)級(jí)芯片的生產(chǎn)線可以改造生產(chǎn)其他芯片，但生產(chǎn)其他芯片的生產(chǎn)線無法輕易改造生產(chǎn)車規(guī)級(jí)芯片?！?/p>

從分類上來看，汽車芯片大致分為以下幾類，一是負(fù)責(zé)算力的控制芯片，也就是處理器和控制器芯片，如發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤和車身控制，以及中控、輔助駕駛（ADAS）和自動(dòng)駕駛系統(tǒng)等；二是負(fù)責(zé)功率轉(zhuǎn)換的IGBT功率芯片，一般應(yīng)用于電動(dòng)車的電源和接口；三是傳感器芯片，主要用于各種雷達(dá)、氣囊、胎壓監(jiān)測(cè)。汽車芯片也可以分為主控芯片、功能芯片、功率芯片和傳感器芯片。

從車規(guī)級(jí)芯片的要求來看，需要適應(yīng)-40℃到-150℃的極端溫度，高振動(dòng)、多粉塵、有電磁干擾，濕度要適應(yīng)0%-100%，一般車規(guī)級(jí)芯片的設(shè)計(jì)壽命為15年或20萬公里。從架構(gòu)方面來看，車規(guī)級(jí)芯片需要有獨(dú)立的安全島設(shè)計(jì)，在關(guān)鍵模塊、計(jì)算模塊、總線、內(nèi)存等，都有ECC、CRC的數(shù)據(jù)校對(duì)，為車規(guī)級(jí)芯片提供功能安全。

一般來看，一款車規(guī)級(jí)芯片需要2-3年的時(shí)間完成車規(guī)認(rèn)證并進(jìn)入整車廠供應(yīng)鏈，一旦進(jìn)入后，一般擁有5-10年的供貨周期。

汽車芯片相當(dāng)于汽車大腦，高端車型要裝150多種芯片

從1908年第一輛福特T型車下線走出車間，人們形成了對(duì)傳統(tǒng)汽車的固有認(rèn)知：“四把椅子+四個(gè)輪子+發(fā)動(dòng)機(jī)”。這樣的認(rèn)知一直持續(xù)到1977年。通用汽車在1977年首次在汽車上搭載電子控制單元（ECU），實(shí)現(xiàn)了速度、油箱、里程和發(fā)動(dòng)機(jī)等信息的顯示。

隨后的時(shí)間里，車規(guī)級(jí)芯片在汽車中的重要性不斷提高，一輛車不僅可以更快地完成從始發(fā)地到目的地的駕駛，還具有娛樂、導(dǎo)航等輔助功能。而二十多年前，汽車開始進(jìn)入電控時(shí)代，如今一輛普通汽車至少安裝40種芯片，高端車型則需安裝150種以上。據(jù)悉，上個(gè)世紀(jì)70年代，汽車電子元件的成本占比大約為5%左右，2005年汽車電子元件的成本比例大概增長至15%左右，而2019年一輛新車的芯片成本平均為329美元。

在電控汽車時(shí)代，芯片早已成為汽車的“決策大腦”以及“遍布全車的神經(jīng)系統(tǒng)”。舉例來講 ，在純機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)代，發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)排氣時(shí)機(jī)、氣門開閉時(shí)長完全由凸輪軸和凸輪決定，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)被制造出來，其進(jìn)排氣也就固定了。而當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入電控時(shí)代，通過電腦智能調(diào)節(jié)氣門開閉時(shí)機(jī)和時(shí)長，有意將進(jìn)氣門延遲關(guān)閉，排氣門提前開啟，讓進(jìn)排氣更加充分，提升性能；如果缺少芯片，最直觀的表現(xiàn)就是油耗和排放控制的缺失。

此次扼住車企咽喉的是應(yīng)用于ESP（電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)）中的MCU（微控制單元）和ECU中的MCU，需要用8英寸晶圓打造。ESP是汽車主要安全系統(tǒng)的一部分，是ABS防抱死系統(tǒng)的延伸，上個(gè)世紀(jì)80年代，ABS還是豪華車的配置，而隨著ESP的量產(chǎn)推廣，它已成為汽車最基礎(chǔ)的安全配置；ECU則是涵蓋了諸如調(diào)整車窗、座椅、燈光等功能，在如今的中高端車型上，這兩類芯片必不可少。

實(shí)際上 ，在新能源汽車和自動(dòng)駕駛的雙重驅(qū)動(dòng)下，車規(guī)級(jí)芯片正在顛覆傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，隨著ADAS、自動(dòng)駕駛技術(shù)的成熟，需要大量的圖像數(shù)據(jù)、雷達(dá)數(shù)據(jù)處理，汽車廠商對(duì)芯片的算力要求也在提高?！半S著傳統(tǒng)汽車向新能源汽車和智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展，所搭載的芯片越來越多，對(duì)智能性的要求也在提高，此前需靠駕駛員判斷的東西現(xiàn)在慢慢交給芯片，這樣汽車對(duì)芯片的使用量就會(huì)越來越多，并且對(duì)芯片的算力要求也會(huì)越來越高?！痹S海東表示。

實(shí)際上，在業(yè)內(nèi)看來，當(dāng)汽車進(jìn)入電控時(shí)代以及向電氣化轉(zhuǎn)型，汽車與芯片就已經(jīng)密不可分；而此次芯片危機(jī)的爆發(fā)，或也意味著行業(yè)革新正在進(jìn)行。
責(zé)任編輯:tzh