國產(chǎn)MCU芯片如何“攻入”車廠？

根據(jù)相關數(shù)據(jù)，一輛高端智駕新能源汽車所使用的車規(guī)級芯片數(shù)量中，每輛車至少需要300顆以上的MCU芯片。

面向巨大的市場，對于車規(guī)級芯片市場國產(chǎn)替代前景的樂觀判斷，幾乎成為當下行業(yè)的共識。

航順芯片高級區(qū)域總監(jiān)陳水平看好國產(chǎn)車規(guī)級芯片市場的發(fā)展前景，“當下國產(chǎn)級車規(guī)級芯片市場占有率還不到30%，更高階控制領域的車規(guī)級芯片市場占比就更低。但是過去一年能看到，國產(chǎn)車規(guī)級芯片市場在不斷更新迭代與進步，這對于處于起步階段的國產(chǎn)車規(guī)級芯片產(chǎn)業(yè)來說是非常積極的信號。面對超過70%的市場空間，我對車規(guī)級芯片實現(xiàn)國產(chǎn)替代的前景非常樂觀?！?/p>

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上海貝嶺執(zhí)行總監(jiān)唐振寧認為，目前車規(guī)級芯片市場國產(chǎn)化率還很低，國產(chǎn)車規(guī)級芯片技術(shù)能力也還不夠，汽車行業(yè)還是大量依靠進口芯片。長期來看，還是必須走國產(chǎn)化道路，加快能力建設，實現(xiàn)自主可控。

02 | 發(fā)展蓄勢待發(fā)，國內(nèi)廠商發(fā)力車規(guī)級MCU布局

從發(fā)展歷程來看，自2018年起，國內(nèi)部分半導體廠商開始開始謀劃布局車規(guī)級MCU;2021年缺芯潮的背景下，國產(chǎn)車規(guī)級芯片市場迎來了布局熱潮;到了2024年，隨著認證周期的結(jié)束，越來越多車規(guī)級MCU推廣到市場并投入使用。

上海貝嶺執(zhí)行總監(jiān)唐振寧介紹，貝嶺依托自己30多年在芯片行業(yè)技術(shù)和資源積累，以及集團內(nèi)晶圓廠的支撐，布局了功率器件、驅(qū)動電路、存儲器、電源管理、接口電路、信號鏈產(chǎn)品等多條車規(guī)產(chǎn)品線。

“目前大規(guī)模上車應用的產(chǎn)品主要集中在功率器件、電源管理和存儲器產(chǎn)品，明年貝嶺將推出SBC、高邊驅(qū)動等新的產(chǎn)品類別，并把已經(jīng)量產(chǎn)的產(chǎn)品類別做系列化和迭代升級。貝嶺充分利用集團內(nèi)晶圓制造資源，發(fā)揮CIDM的優(yōu)勢，在功率器件以及配套的驅(qū)動電路方向集中發(fā)力，逐步建立市場優(yōu)勢。貝嶺點火IGBT產(chǎn)品國內(nèi)品牌出貨量第一，已經(jīng)在國內(nèi)外頭部客戶實現(xiàn)批量出貨，配套的驅(qū)動電路即將推出，形成配套銷售;貝嶺3路LED車燈驅(qū)動，單品年出貨量超1千萬顆。”

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兆易創(chuàng)新、中微半導等半導體企業(yè)正積極布局車規(guī)級MCU市場，通過產(chǎn)品迭代和升級，滿足中高端汽車控制領域的應用需求。

另外，近幾年以杰發(fā)科技為代表的專注于車規(guī)級芯片設計與生產(chǎn)的廠商也在布局中取得突破。

在國內(nèi)半導體廠商加大車規(guī)級芯片的市場布局與產(chǎn)品研發(fā)的背景下，我國車規(guī)級芯片實現(xiàn)自主化的前景將更加廣闊。

03 | 從消費級到車規(guī)級芯片布局，并不容易

車規(guī)級芯片市場廣闊的發(fā)展前景吸引了眾多國內(nèi)廠商入局，但是在布局的過程中也會遇到許多挑戰(zhàn)和困難。

航順芯片在拓展布局車規(guī)級芯片市場的歷程就是許多布局車規(guī)級MCU的國產(chǎn)廠商的縮影。

2013年成立的航順芯片于2018年正式立項車規(guī)級MCU，2019年發(fā)布第一顆車規(guī)MCU。

據(jù)航順芯片高級區(qū)域總監(jiān)陳水平介紹，相較于消費類MCU，車規(guī)級MCU對芯片的可靠性和穩(wěn)定性要求要高得多。

“我們在從消費類轉(zhuǎn)向車規(guī)類的過程中首先遇到的考驗是芯片設計端的技術(shù)與資金：車規(guī)級芯片要滿足AEC-Q100車用可靠性測試標準，以及諸多性能測試，為了滿足這些要求，我們前期需要跟晶圓廠、封測廠等上游企業(yè)進行諸多技術(shù)溝通，因此整個產(chǎn)品研發(fā)的周期將近一年，在這個周期內(nèi)需要大量的資金投入，但是產(chǎn)出相對較慢。當產(chǎn)品研發(fā)出來并供應到客戶后，市場也具有不確定性：如果某款車型或者某個車企銷量不穩(wěn)定，會導致前期的資金投入和備貨無法轉(zhuǎn)化為現(xiàn)金流，這對布局企業(yè)來說是一個較大的難題?！?/p>

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客戶資源不足是布局車規(guī)級芯片市場前期可能會面臨的另一個痛點。

陳水平分享：“從消費級轉(zhuǎn)向車規(guī)級MCU，前期缺少汽車領域的客戶支持，需要我們從零開始積累汽車客戶資源，開發(fā)市場的過程中也面臨諸多挑戰(zhàn)。所幸航順芯片經(jīng)過這幾年在車規(guī)級芯片領域的深耕和布局，目前車規(guī)級芯片已經(jīng)實現(xiàn)量產(chǎn)并供應給下游客戶?！?/p>

另外，目前航順芯片正在布局從非安全類控制芯片向安全類控制芯片轉(zhuǎn)變。陳水平坦言，實現(xiàn)消費級向車規(guī)級芯片轉(zhuǎn)變的0突破后，從非安全類芯片向安全類芯片轉(zhuǎn)變相對更順利。

“當我們在車規(guī)級芯片完成了技術(shù)積累和客戶開發(fā)后，憑借我們專業(yè)的汽車設計團隊和供應鏈體系，規(guī)劃安全控制類芯片要更加容易，預計2025年航順芯片的安全認證車規(guī)級芯片就將上市?！?/p>

04 | 挑戰(zhàn)一：國產(chǎn)車規(guī)芯片在技術(shù)和設計上仍有差距

在國產(chǎn)芯片上車的市場熱潮下，除了轉(zhuǎn)型布局過程中面臨的困難外，車規(guī)級芯片廠商在實現(xiàn)布局后也會面對市場與技術(shù)的雙重挑戰(zhàn)。

上海貝嶺執(zhí)行總監(jiān)唐振寧認為，國內(nèi)車規(guī)級功率和模擬產(chǎn)品和國外比差距已經(jīng)較小。但在功能復雜的智駕算力芯片、通訊芯片、控制芯片等方面，目前距離國際先進水平還有不小的差距，在芯片設計能力、晶圓制造能力、功能安全、質(zhì)量可靠性等方面還有很多不足。

具體而言，國內(nèi)廠商在技術(shù)和工藝層面面臨首要挑戰(zhàn)。

據(jù)悉，以車規(guī)級芯片算力維度來說，全球領先廠商如英偉達已實現(xiàn)3-5納米制程工藝的車規(guī)級芯片，而國內(nèi)頂級算力芯片的制程工藝多在14-28納米之間，工藝層面的算力差距在2倍以上。

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除算力以外，目前在車規(guī)級芯片接口集成方面也存在差距。

航順芯片高級區(qū)域總監(jiān)陳水平介紹，目前車規(guī)級芯片集成通信接口最常規(guī)形式是CAN，通常芯片廠會內(nèi)置6個及以上的CAN FD通訊接口，另外還包括LIN、以太網(wǎng)、高速USB以及內(nèi)置藍牙等等。

“目前車規(guī)級芯片接口集成的主要難點在于模擬接口和數(shù)字接口的信號設計要求不一致，例如芯片內(nèi)集成ADC模擬接口，再集成CAN和UART等數(shù)字接口，可能會引發(fā)數(shù)字信號和模擬信號的互相干擾，從而影響傳輸?shù)姆€(wěn)定性?！?/p>

集成接口的另一個技術(shù)難點是如何發(fā)揮通信效果的最大化。

“當一顆車規(guī)級芯片設計好內(nèi)部走線布局后，很多模塊集成在芯片內(nèi)部，參數(shù)設計上芯片可以運行一定兆數(shù)的帶寬，但是如果設計不好，可能實際運行無法達到所設計的兆數(shù)，這其中要解決的痛點是如何打造更合理的芯片設計方案，避免影響主頻的穩(wěn)定性，從而影響更高端算力的達成?！?/p>

此外，車規(guī)級芯片在高溫狀態(tài)下的性能穩(wěn)定性，也是如今國產(chǎn)廠商面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)之一。

陳水平指出，安全類車規(guī)控制芯片要能夠滿足150℃狀態(tài)下能穩(wěn)定應用在發(fā)動機管理系統(tǒng)中，這需要涉及到最高等級ASIL-D安全認證，目前國內(nèi)廠商在芯片設計上還需要時間來沉淀技術(shù)。

05 | 挑戰(zhàn)二：市場信任度低，國產(chǎn)芯片難上車

除技術(shù)瓶頸外，當前國產(chǎn)芯片還面臨市場開發(fā)與推廣的難題。

具體來說，目前國產(chǎn)車規(guī)級控制芯片主要應用在車身、域控、動力總成、線控底盤、新能源電池管理、座艙音頻等領域，而進入到智駕、底盤、動力等中高端應用領域，目前市場應用幾乎來自英飛凌、意法半導體、恩智浦等國際大廠。

雖然目前部分國內(nèi)頭部廠商已經(jīng)有面向智能駕駛和域控領域的產(chǎn)品上市，但是由于這些領域?qū)τ谛酒阅艿娜蒎e率幾乎為0，因此汽車廠商對于國產(chǎn)車規(guī)級芯片大批量導入持較為謹慎的態(tài)度。這表明國產(chǎn)車規(guī)級芯片在高端市場的認知度和市場推廣力度亟需加強。

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航順芯片高級區(qū)域總監(jiān)陳水平也認為，提升市場接受度是國產(chǎn)車規(guī)級芯片進入中高端市場應用的關鍵挑戰(zhàn)。

基于這種市場現(xiàn)狀，航順芯片主要通過小批量客戶切入、差異化設計的策略來推廣車規(guī)級芯片。

“為了提高市場對國產(chǎn)車規(guī)級芯片的接受度，我們采取了兩種方式：首先，我們會從中小體量客戶切入應用，在實際應用中傳播市場口碑，提高市場的接受度?！?/p>

“另外，我們會通過個性化設計來打造車規(guī)級芯片功能的差異化，增強芯片的特性：例如有的客戶比較注重芯片的算力，我們會在芯片內(nèi)集成一些資源以滿足算力需求;此外，我們還在規(guī)劃通過內(nèi)置更豐富的模擬接口來實現(xiàn)車規(guī)級MCU對模擬信號的處理需求?？傊?，通過構(gòu)建更有針對性的車規(guī)級MCU性能，來滿足不同客戶對于產(chǎn)品的需求?！?/p>

06 | 國產(chǎn)廠商發(fā)力共謀車規(guī)芯片產(chǎn)業(yè)未來

盡管面臨諸多挑戰(zhàn)，但是國產(chǎn)廠商積極努力解決當下面臨的諸多技術(shù)痛點和市場難題。

為了追趕國際先進車規(guī)級芯片廠商的發(fā)展，近些年國內(nèi)芯片廠商加大技術(shù)研發(fā)力度，提高技術(shù)水平，尤其是在芯片制程技術(shù)方面，從65nm-28nm向16nm-7nm的先進制程邁進，以提升芯片性能并降低功耗。

另外，國內(nèi)芯片廠商通過需求端和供給端深度融合，依托市場需求，優(yōu)先開展國產(chǎn)替代，不斷提升國內(nèi)車規(guī)級芯片能力建設。

例如上海貝嶺的破局思路是發(fā)揮CIDM優(yōu)勢，在供應能力、成本、工藝迭代等方面建立起優(yōu)勢。

上海貝嶺執(zhí)行總監(jiān)唐振寧認為，隨著汽車芯片國產(chǎn)化的推進，國內(nèi)芯片公司逐步參與到整車設計和部件設計過程中，對汽車系統(tǒng)，方案的逐步深入學習，了解到客戶對芯片的真實需求，可以開發(fā)更貼合實際應用的芯片產(chǎn)品，隨著國產(chǎn)芯片設計和生產(chǎn)技術(shù)的不斷加速提高，國內(nèi)車規(guī)級芯片和國際先進水平的差距會越來越小。

“我們將重點布局大功率的功率器件，如三電系統(tǒng)應用的IGBT、SiC MOSFET、特高壓MOSFET及其配套預驅(qū)電路;配套通用產(chǎn)品逐步完成產(chǎn)品系列化。SBC，PMIC，SoC等系統(tǒng)級大芯片要和客戶深入合作，形成方案設計配套，做最適合客戶需求的產(chǎn)品。充分發(fā)揮貝嶺產(chǎn)品系列齊全，豐富的特點，利用CIDM的優(yōu)勢資源，持續(xù)加大車規(guī)芯片研發(fā)投入，不斷拓展產(chǎn)品市場份額?！?/p>

國產(chǎn)車規(guī)級芯片廠商破局的另一種思路是加大技術(shù)投入，提高芯片的算力和穩(wěn)定性。

對于國產(chǎn)車規(guī)級芯片來說，如何與國外先進廠商產(chǎn)品形成質(zhì)價比也是開拓市場的重要因素。因此，成本控制也是國產(chǎn)車規(guī)芯片未來發(fā)展的重點。

對此，航順芯片高級區(qū)域總監(jiān)陳水平分享，對于芯片原廠來說，非安全類芯片降本需求更加強烈。

“首先，我們會優(yōu)化芯片集成的資源分配，針對不同性能需求的客戶打造更針對性的集成化方案，以此來優(yōu)化資源;其次，我們會加大研發(fā)投入，降低先進制程工藝的成本，例如選擇12寸電源40納米的工藝制程，可以在實現(xiàn)更高端資源集成的情況下精簡整體成本;另外，因為芯片研發(fā)周期較長，也會帶來相應成本，我們會提前半年甚至一年做市場調(diào)研，提前做好產(chǎn)品規(guī)劃，以實現(xiàn)芯片上市和市場應用需求的更好契合?！?/p>

07 | 小結(jié)

從全球競爭格局和行業(yè)重要性來說，車規(guī)級芯片實現(xiàn)國產(chǎn)化、早日建立自給自足的芯片供應能力，對于我國芯片行業(yè)來說是非常重要的戰(zhàn)略布局。

盡管目前國產(chǎn)車規(guī)級芯片在技在技術(shù)、工藝、可靠性、品牌認知度等方面與國際先進水平存在差距，但是近幾年隨著布局車規(guī)級芯片的國產(chǎn)廠商越來越多，國產(chǎn)芯片上車已經(jīng)完成了起步階段;另外，隨著越來越多國產(chǎn)廠商加力布局，在技術(shù)研發(fā)和市場推廣上持續(xù)投入，國產(chǎn)車規(guī)級芯片發(fā)展已經(jīng)蓄勢待發(fā)。

得益于政策支持和市場需求的雙重推動，國產(chǎn)廠商正積極布局并取得顯著進展，預示著未來有望實現(xiàn)重大突破。

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審核編輯 黃宇