中國汽車芯片產業面臨四大挑戰
來源：電動汽車百人會
本文作者中國電動汽車百人會副理事長兼秘書長張永偉。隨著汽車智能化進程的不斷加快，芯片產業的重要性正日益凸顯，中國芯片產業正面臨巨大挑戰。車百智庫研報針對我國芯片產業存在的致命短板問題，分析市場的現狀，尋找形成的原因，概括面對的挑戰，探索解決的路徑，提出解決的建議。
芯片已成為全球主要經濟體的必爭之地。最近，美國邀請臺積電先進制程到本國設廠，建設4納米、3納米，甚至2納米晶圓廠。日本、歐盟和韓國都把芯片作為國家戰略推動實施，芯片之間的競爭不僅決定汽車產業的競爭力，也決定未來各個主要經濟體的國家競爭力。
一、芯片在智能汽車上的作用越來越大
當前，芯片領域的競爭格局已經基本形成，改變現有芯片格局存在巨大難度。汽車芯片的組成遠遠超出任何一種智能終端，包括手機。按照功能，汽車芯片可分為九大類，包括尺寸很小的芯片，比如在傳感和驅動方面的；也包括尺寸很大的芯片，特別是智能芯片和計算芯片。九大類芯片下面又分若干子類，每輛智能化程度偏高的單車，芯片數量都在1000個以上。由于汽車是相對分布式的電子電氣架構，所以，每個不同的控制域或者控制單元都由一些相對獨立的芯片組成，在分布式架構下汽車芯片數量非常多。隨著汽車電子電氣架構逐漸向集中式方向發展，芯片數量會相對減少，但對性能的要求會越來越高，尤其是對算力的要求非常高。目前，芯片主要應用在五個方面：動力系統、智駕系統、智能駕艙系統、汽車底盤和車身控制系統。不同芯片在不同應用系統中都有施展功能的空間。特別是控制芯片在五個領域都有使用。MCU（Micro Controller Unit，微控制單元）、SOC（System on Chip，系統級芯片）芯片在每個系統也都有使用。此外，計算芯片、傳感芯片使用范圍也越來越大。從全球汽車芯片發展趨勢看，2022年汽車芯片短缺有所緩解，但供應相對偏緊的狀態會持續較長時間，主要原因是產能提升過慢。近3年的芯片短缺使全球汽車減產約1500萬輛，其中中國減產超過200萬輛。數據顯示，2022年全球晶圓廠開工數量33個，2023年規劃開工28個，其中1/3可以為汽車提供產能。但多數新增產能仍處在建設爬坡期，其中專門生產汽車芯片的晶圓廠甚少，產能緩解仍然面臨瓶頸。這決定了汽車芯片雖然對最先進制程要求不高，但成熟制程產能不足仍是常態。從需求看，汽車芯片的需求量越來越大，缺口也越來越大。2022年我國汽車智能化滲透率超過30%，2030年將達到70%。從智能化進度判斷，芯片需求將出現爆發式增長態勢，單車芯片用量300~500個，到電動智能時代將超過1000個，到高等級自動駕駛階段會超過3000個。預計到2030年，我國汽車芯片市場規模將達300億美元，數量約1000億~1200億顆/年。二、我國汽車芯片短板明顯全球各主要經濟體圍繞芯片的競爭，已經成為國際技術競爭的核心。汽車芯片價值鏈最高端的是占比較小但價值量最高的核心軟件，96%的EDA（Electronic design automation，電子設計自動化）IP掌握在美國公司手里，核心汽車芯片IP歐洲+美國占據95%；晶圓占整體價值的2.5%，主要分布在日本、歐盟和中國臺灣；制造設備和封測設備占16%，主要分布在歐美日；設計環節占比30%，美國、韓國、日本和歐盟占據汽車芯片設計高端市場；制造工廠在整個價值鏈中占比最高，先進制程主要分布在美國、韓國和中國臺灣地區；中國在封測市場占據部分份額。總體看，改變現有芯片競爭格局面臨巨大難度。邁過芯片這道坎是我國必須要解決的問題，我們面臨以下系列挑戰。挑戰一，擺脫進口依賴是當務之急。現在，汽車芯片國內供給度不到10%，也就是每一輛汽車上90%以上的芯片，都依賴進口或者外資本土公司，這就決定了不論是小芯片還是關鍵芯片，特別是智能芯片，未來需求越來越大，瓶頸也越來越小。挑戰二，汽車芯片產業鏈存在技術短板。EDA工具市場、核心半導體設備市場、制造代工市場等仍然是短板。現在我國有了14納米以上制程，最缺的是更先進的制程。挑戰三，汽車芯片面臨嚴格檢測認證。與消費芯片不一樣，汽車芯片安全性要求越來越高。比如溫度，消費芯片溫控在0℃~125℃之間即可，汽車芯片卻要保證在—40℃~175℃之間，而且振動要求是50G。這種特殊性決定汽車芯片需要經過三級測試認證——部件測試認證、系統測試認證、整車級測試認證，三級測試認證缺一不可。而恰恰在汽車車規級芯片測試和認證方面，我國幾乎是空白，全球也剛剛起步，但中國明顯處于短板地位。挑戰四，人才短缺。我國集成電路專業人員，包括汽車集成電路和消費集成電路總共有54萬專業人員，到2023年缺口達20萬人。這54萬人基本分布在設計、制造和封測環節，20萬人的短缺將嚴重影響行業技術發展和產業推進。人才短缺已經成為技術進步巨大的瓶頸。
三、解決我國芯片問題的建議建議一，進行全產業鏈技術提升。必須加強我國汽車芯片在設計、制造、封測、工具鏈、關鍵材料、核心設備等全產業鏈的技術提升。只有補齊木桶短板，才無懼卡脖子，要集中攻關關鍵核心技術，優先保障28納米和40納米芯片成熟制程的產能，在技術提升的同時增加芯片產能供給。建議二，建立汽車芯片標準、檢測認證體系。比如建設具備完整車規檢測能力的公共檢測認證平臺，與研究適用的標準、技術規范和檢測驗證體系相結合、互促進，用標準和測評支撐產品測試認證。建議三，推動***上車。國產汽車用***已經成為必然選擇，而且是緊迫行為，能不能在新環境下讓國產汽車優先應用***，是我國在新時期推動汽車產業轉型的戰略性選擇。優先應用***既可以幫助芯片在應用中迭代、在迭代中完善，也可以幫助整車企業建立產能備胎。同時，還要推動芯片行業的整合，芯片業多而散的局面不利于我國芯片競爭力的提升。建議四，擴大先進產線產能，支持多元化商業模式。建設成熟制程產線是近期和中遠期的主要任務。先進制程產線14納米、7納米、5納米當前依靠海外工藝，遠期需要在本國建設擴大產能。支持多元化商業模式，集設計與制造垂直一體化，是目前及未來最有競爭力的模式，但是風險和投資都巨大。長期看，我國需要擁有集設計與制造一體的芯片公司，短期可以支持芯片企業和制造企業建立共享IDM（Integrated Design and Manufacture，垂直整合制造）模式，或者支持企業建立虛擬IDM模式，通過聯盟和協議方式進行垂直一體化協作。建議五，加大政策支持力度。特別是加大財政、資金方面的支持力度，讓那些產能不足的企業有穩定的支持空間，讓那些做長時間研發的企業有穩定的投入機制。這種情況下，我國財政和金融手段必不可少。
建議六，解決好人才缺口問題。通過專項人才補貼和落戶優惠等政策，吸引留學生和海外高級技術人才回流，持續推動國內高校集成電路學科建設，完善人才培養體系，讓人才成為支持我國芯片產業和企業競爭力的重要保障。
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