今年5月份汽車缺芯一度爆上熱搜,小鵬汽車董事長何小鵬還曾發可達鴨配圖,發出急求芯片的信號。
各領域對芯片要求的排序:航天芯片>軍工芯片>車規芯片>工業芯片>消費芯片。汽車對芯片的要求是高于工業,高于手機、電視等消費類數碼電器產品的。
汽車常年在外奔馳,會面臨不同的環境問題,比如鄉間地頭的粉塵、雨天的濕氣、夏季的暴曬、冬季的寒冷,而這就要求芯片以及其他零部件都得能經受住這些考驗、不出故障保證正常工作。所以,相比手機芯片而言,車規芯片對可靠性的要求會更高一些。
制造一輛新能源汽車需要哪些芯片?
據筆者了解,2021年平均每輛車所需芯片數量已經達到了1000顆以上。而新能源汽車正在加速發展,一臺新能源汽車搭載的芯片數量達到了1000顆以上,可以說新能源汽車是芯片“大戶”。
汽車芯片種類較為龐雜,主要分四類:功能芯片、主控芯片、功率半導體,傳感器。以新能源汽車為例,制造一輛新能源汽車的芯片以下這些芯片。
1、功能芯片
主要是指MCU(微控制器芯片)和存儲器,其中MCU負責具體控制功能的實現,承擔設備內多種數據的處理診斷和運算。車輛控制系統主要包括車身電子系統、車輛運動系統、動力總成系統、信息娛樂系統、自動駕駛系統等幾大部分,這些系統下面又存在著眾多子功能項,每個子功能項背后都有一個控制器,控制器內部會有一顆功能芯片。
2、主控芯片
在智能座艙、自動駕駛等關鍵控制器中承擔核心處理運算任務的SoC,內部集成了CPU、GPU、NPU、ISP等一系列運算單元。
3、功率半導體
主要負責功率轉換,運用在汽車動力控制系統、照明系統、燃油噴射、底盤安全等系統當中,像電動車用的IGBT功率芯片,以及可以廣泛使用在模擬電路與數字電路的場效晶體管MOSFET等。新能源汽車需要大量功率半導體來實現車輛頻繁的電壓變換需求。
4、傳感器
主要用于探測、感受外界的信號、物理條件或化學組成,并將探知的信息轉變為電信號或其他所需形式傳遞給其他設備,包括CIS芯片、MEMS芯片、電流傳感器、磁傳感器、陀螺儀、VCSEL芯片和SPAD芯片等。
綜上所述,汽車芯片對于一輛車來說是非常重要的,以上四類中傳感器是市場份額最小的,如果沒有傳感器汽車甚至連油門都踩不動,現在,相信大家理解為什么缺少芯片就造不出來汽車。
MCU是功能芯片的主角
汽車芯片主要關注三個方面:一是可靠性要求;二是設計壽命要20年以上;三是高安全性要求。
據了解,目前傳統汽車控制器數量約為40~70個/輛,芯片400~700個/輛,新能源車則至少要增加20%的需求量。Strategy Analytics的數據顯示,傳統燃油車各類芯片應用占比中,占比最高的是MCU,占比為23%,其次是功率半導體,傳感器,其他,占比分別為21%、13%、43%。到了純電動汽車,由于動力系統的改變,內燃機轉為電驅動系統,功率半導體的占比達到了55%,超過一半;其次是MCU和傳感器,汽車需求量最大的是MCU。
MCU是把中央處理器、存儲、定時器、輸入輸出接口集成在同一個芯片上的微控制單元,也稱單片機。MCU主要用于自動控制的產品和設備,可應用于工業、汽車、通訊與計算機、消費類電子領域。其中,汽車是MCU最大的應用領域,傳統汽車單車會平均用到70個左右,而新能源汽車則需要用到300多個,應用領域包括ADAS、車身、底盤及安全、信息娛樂、動力系統等,幾乎無處不在。
目前車規級MCU市場主要被海外巨頭壟斷,國內廠商正在奮力追趕,目前部分企業已能夠實現量產。
缺芯潮下,國產車規MCU的現狀
從汽車MCU的市場份額分布來看,整體競爭較為激烈,且市場份額相差不大,占比最多的還是動力控制系統,其次是底盤與安全控制系統、車身電子和車載電子,32位的汽車MCU占據大頭。目前車規級MCU具有比較高的行業壁壘,全球市場由海外廠商壟斷。而國產MCU仍然以Fabless為主,無法單獨進行IATF16949這類流片和封裝階段的標準認證。
截至11月初,長安汽車、長城汽車、上汽集團、廣汽集團以及比亞迪等五家自主品牌企業先后發布了第三季財報。財報數據顯示,上汽集團、比亞迪、長城汽車分別實現了2114億、1170億、373.46億元營收,位列前三。
華為消費者CEO余承東在微博上表示,AITO問界系列連續三個月單月交付破萬,10月交付12018輛,國內新能源汽車消費熱潮已經到來。新能源汽車市場是五大自主品牌企業今年前三季度的主要增長點,1至9月新能源汽車合計銷量為233.7萬輛,相比于2021年同期的106萬輛同比增加120.47%。
隨著新能源汽車的不斷普及,以及智能化、網聯化等技術在汽車領域的快速拓展,對車載芯片的數量和質量又提出了更高要求。中微半導體副總經理兼產品總監李振華李振華指出,車規級MCU具有比較高的行業壁壘,全球市場由海外廠商壟斷。工作溫度、壽命和良率等指標要求嚴格,認證流程復雜且標準高,種種因素結合在一起,車規級MCU的導入時間至少3到5年時間,但車廠要求的供貨時間又最高長達30年。
伴隨著車規級芯片需求量持續保持高位,有不少國產MCU廠商開始升級轉型。根據各企業官網及其公開宣傳的進展,兆易創新首顆車規級MCU產品已送樣測試,2022年實現量產;比亞迪半導體車規級MCU量產裝車也突破1000萬顆,且已推出全新車規級8位通用MCU;芯馳科技正式發布高端車規控制單元(MCU)E3 系列,填補國內高端高安全級別車規MCU市場的空白;芯旺微電子KF8A/KF32A系列車規級MCU已量產,已和部分車企達成合作。
小結
目前,汽車芯片已經成為半導體需求最旺盛的方向,國內很多廠商也在積極布局中,國產汽車芯片開始嶄露頭角。
不過,車規級芯片的制造壁壘比較高,極高的標準,導致廠商研發投入大、周期長。而出于安全性及可靠性考慮,客戶認證標準要求遠高于消費級和工業級MCU,這需要相關的芯片制造企業有雄厚的經濟實力和扎實的技術支撐。
審核編輯:郭婷
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原文標題:車規級MCU芯片被海外巨頭壟斷,國內現狀如何呢?
文章出處:【微信號:汽車半導體情報局,微信公眾號:汽車半導體情報局】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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