清華大學(xué)李兆麟：車規(guī)級MCU以及IGBT依然是汽車芯片短缺的主角

隨著國際芯片大廠紛紛通過擴(kuò)大產(chǎn)能的方式來緩解汽車芯片短缺的問題，目前汽車芯片短缺已大幅緩解。不過，汽車芯片特別是車規(guī)級MCU以及IGBT芯片依然是汽車芯片短缺的主角。汽車芯片短缺已從最初的“全面性短缺”發(fā)展為今天的“長期結(jié)構(gòu)性短缺”的局面。在近日舉辦的2023年全球新能源與智能汽車供應(yīng)鏈創(chuàng)新大會上，清華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系教授李兆麟作出上述表述。

汽車產(chǎn)業(yè)在前兩年曾陷入“缺芯”困局，汽車主機(jī)廠深受“缺芯”困擾，2022年第四季度起才逐漸改善。

李兆麟對《中國經(jīng)營報(bào)》等媒體記者表示，短期來看，汽車芯片不會成為中美貿(mào)易博弈的焦點(diǎn)，但是從長期來看，隨著智能汽車的發(fā)展，高端制程芯片將成為未來中美貿(mào)易的抓手。對我國而言，芯片將成為未來汽車供應(yīng)鏈發(fā)展巨大的潛在風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

縱觀整個(gè)國際市場，歐美日企業(yè)長期占據(jù)汽車使能芯片（按照李兆麟的劃分，汽車使能芯片主要包括計(jì)算、控制、存儲等控制芯片）的技術(shù)制高點(diǎn)。經(jīng)過近幾年的發(fā)展，我國汽車芯片目前的自主率大多仍處于5%以內(nèi)，僅有個(gè)別芯片的自主率能夠達(dá)到10%左右，我國汽車芯片的發(fā)展存在較大的風(fēng)險(xiǎn)。

“國內(nèi)的芯片企業(yè)普遍存在著一個(gè)現(xiàn)象：芯片產(chǎn)品比較單一。只做一種類型芯片產(chǎn)品的企業(yè)占絕大多數(shù)，能做兩類或以上類型的芯片企業(yè)相對較少。然而，在國際上占據(jù)主導(dǎo)地位的英飛凌、恩智浦等芯片大廠的芯片產(chǎn)品類型和種類都非常豐富。”李兆麟表示，最關(guān)鍵的問題是，目前我國的芯片企業(yè)不但產(chǎn)品單一，而且也比較缺乏有競爭力的產(chǎn)品。

近年來，我國政府多次提及要破解芯片“卡脖子”等難題。然而，“缺芯少魂”的陰影卻遲遲不能拂去，汽車芯片亦如是。

汽車芯片的發(fā)展到底難在哪里？李兆麟稱，汽車芯片必須要能夠滿足汽車在惡劣環(huán)境以及復(fù)雜行駛場景下對汽車電子電控系統(tǒng)嚴(yán)苛的性能需求，最關(guān)鍵的是汽車芯片要經(jīng)過一系列的車規(guī)級標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證。

相對消費(fèi)類、工業(yè)類芯片，汽車芯片在安全性、失效率等方面有著更為嚴(yán)苛的要求，而且汽車芯片供貨周期長達(dá)20年～30年，這使其需要滿足更加復(fù)雜、嚴(yán)格的設(shè)計(jì)需求。

李兆麟認(rèn)為，汽車芯片相對于其他領(lǐng)域的芯片具有明顯的“五高”特性，即高性能、高可靠性、高安全性、高穩(wěn)定性、高一致性，這些特性均依賴于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、測試以及應(yīng)用等環(huán)節(jié)。

據(jù)悉，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，為了滿足“五高”的要求，汽車芯片在設(shè)計(jì)階段就有著更高的標(biāo)準(zhǔn)，包括對可靠性的增強(qiáng)以及功能安全設(shè)計(jì)的強(qiáng)化。目前，我國在芯片設(shè)計(jì)上已經(jīng)有了很好的基礎(chǔ)，但支持汽車芯片設(shè)計(jì)的EDA（電子設(shè)計(jì)自動化）軟件在國內(nèi)市場存在明顯短板。此外，IP核等技術(shù)基本都掌握在外國公司手中，我國絕大部分芯片設(shè)計(jì)企業(yè)依靠國外的IP核設(shè)計(jì)芯片，一些企業(yè)每年交的IP核授權(quán)費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于每年生產(chǎn)這些芯片所需的費(fèi)用。車規(guī)級IP核以及EDA工具是制約我國汽車芯片自主可控的重要因素之一。

在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，相比消費(fèi)類、工業(yè)類芯片，汽車芯片對工藝的要求更高。其中最有代表性的是工序能力指數(shù)（CPK）的不同，其他芯片的工序能力指數(shù)只要求達(dá)到1.33或1.0，而汽車芯片的工序能力指數(shù)必須要達(dá)到1.67以上，個(gè)別汽車芯片甚至要達(dá)到2以上。

“目前，對于我國來說，只有臺灣地區(qū)的臺積電能達(dá)到。受這些因素的限制，我國從事自動駕駛芯片業(yè)務(wù)的地平線與黑芝麻所采用的加工工序被限制在14nm、16nm制程，而國際芯片企業(yè)的芯片制程則能達(dá)到7nm、5nm的生產(chǎn)工藝?！崩钫作胝f道。

在測試環(huán)節(jié)，同樣存在掣肘。對于汽車芯片而言，比測試技術(shù)更為重要的是測試標(biāo)準(zhǔn)。到目前為止，我國還沒有建立起自己的芯片測試標(biāo)準(zhǔn)，也缺少相關(guān)的權(quán)威機(jī)構(gòu)，這是制約汽車芯片發(fā)展以及汽車產(chǎn)品走出去的重要因素所在。

“在運(yùn)用環(huán)節(jié)，目前我國缺乏實(shí)車層面的應(yīng)用適配性驗(yàn)證能力，整車企業(yè)或Tier1廠商只能拿自己的實(shí)車或芯片來進(jìn)行驗(yàn)證，導(dǎo)致我國汽車芯片的研發(fā)成本和周期均非常長。汽車芯片如何才能實(shí)現(xiàn)快速迭代，是我們面臨的另一大問題。只有解決了這個(gè)問題，我國車企不敢用、不想用國產(chǎn)汽車芯片的困局才能迎刃而解。”李兆麟說。

在李兆麟看來，在汽車芯片供應(yīng)上，我國真正缺乏的汽車芯片是55nm到14nm制程，以及高端制程的自動駕駛芯片。在2020年汽車芯片短缺爆發(fā)之前，我國從事汽車芯片的企業(yè)只有幾十家，目前從事汽車芯片的企業(yè)高達(dá)幾千家甚至過萬家，激增了幾十倍甚至上百倍。我國汽車芯片既取得了快速的發(fā)展，在發(fā)展的過程中也存在著很多亂象。

如何對市場進(jìn)行規(guī)范？李兆麟認(rèn)為，除了強(qiáng)化國家頂層設(shè)計(jì)之外，也需要加強(qiáng)國家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)等標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。與此同時(shí)，我國還應(yīng)加強(qiáng)汽車芯片EDA、車規(guī)級IP核以及生產(chǎn)能力的建設(shè)，重點(diǎn)要加強(qiáng)包括40nm、28nm制程現(xiàn)有工藝車規(guī)級芯片的改造，不斷建設(shè)包括16nm、14nm及以下的10nm、7nm制程更先進(jìn)的芯片的發(fā)展。