汽车芯片行业，如何直面天命？

　　中国汽车工业数据显示，截至今年7月，新能源汽车销量达到593.4万辆，同比增长31.1%，市场占有率达到36.4%。随着电动汽车市场快速扩张以及智能汽车的发展浪潮，汽车芯片需求进一步猛涨，从原先的单车500-600颗芯片增长到1000-2000颗，甚至部分车辆有可能达到3000颗/辆的需求。有机构预计，到2030年我国汽车芯片市场年需求量将超过450亿颗，汽车芯片行业迎来巨大的机遇。

　　目前汽车芯片主要有几大类，包括ASIC芯片、SoC芯片、MCU芯片、车载计算芯片、存储器芯片、主驱领域芯片、信息娱乐系统芯片、模拟与混合信号芯片和传感器领域的芯片等等。巨大的市场机遇吸引了一大批企业加入，传统的巨头也纷纷推陈出新，革新产品系列。与此同时，国产替代也成为了一大行业趋势，据统计，到2023年中国已有近300家公司开发汽车芯片产品。本期特别报道，我们深入汽车芯片行业上下游企业，看看他们对行业的发展有哪些洞察。

　　SiC芯片缓解电动汽车里程焦虑

　　作为亚太地区最具权威性的电子行业盛会之一，慕尼黑上海电子展久负盛名，贯穿电子科技全链，是海内外诸多电子企业同台竞技的舞台，也是产业链上下游沟通交流的平台。今年的展会上，也有诸多企业展示了汽车芯片领域创新技术解决方案。

　　例如，作为全球最大的汽车半导体供应商之一，英飞凌在电动汽车展区进行了一系列的技术演示，其中包括使用英飞凌第二代HybridPACK™ Drive碳化硅功率模块的电机控制器系统演示，该系统集成了AURIX™ TC3xx、第二代1200V SiC HybridPACK™ Drive模块、第三代EiceDRIVERTM驱动芯片1EDI30XX、无磁芯电流传感器等，让现场观众身临其境地体验并深入了解英飞凌产品的卓越功能、创新特性，及其在缓解电动汽车里程焦虑应用中所展现的独特价值。

　　基于在SiC领域的丰厚积累，英飞凌拥有40多年对SiC工艺制程、封装和失效机理的理解。尤其是推出的新一代CoolSiCTM MOSFET Gen2技术，与上一代产品相比，将MOSFET的主要性能指标（如能量和电荷储量）提高了20%，显著提升整体能效。

　　伴随新能源多应用市场的蓬勃发展，第三代半导体技术对新质生产力的支撑作用日益增强。以碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）为代表的宽禁带半导体已成为绿色能源产业发展的重要推动力，帮助实现更高的功效、更小的尺寸、更轻的重量、以及更低的总成本。

　　Qorvo在汽车主题展区展出了1200V SiC模块，采用紧凑型E1B封装，可以简化热机械设计和装配，取代多达四个分立式SiC FET。这些模块搭载独特的共源共栅配置，最大限度地降低导通电阻和开关损耗，极大地提升能源转换效率。这些SiC模块可广泛应用于电动汽车设计中，提高能量转化效率、减少散热需求，增强汽车的充电效率和续航里程。

　　安森美在加速碳化硅（SiC）创新也有诸多动作，计划将在2030年前推出多代SiC新产品，其最新一代EliteSiC M3e MOSFET能将电气化应用的关断损耗降低多达50%。由于能够在更高的开关频率和电压下运行，该平台可有效降低电源转换损耗，是电动汽车动力系统、直流快速充电桩和储能方案等广泛应用的理想选择。

　　EliteSiC M3e MOSFET还提供超低导通电阻（RSP）和抗短路能力，这对于占据SiC市场主导地位的主驱逆变器应用来说至关重要。采用安森美先进的分立和功率模块封装，1200V M3e裸片与之前的EliteSiC技术相比，能够提供更大的相电流，使同等尺寸主驱逆变器的输出功率提升约20%。

　　“未来功率系统将会更小，功率更大，除了数字化、智能化以外，集成化也是其未来发展的趋势之一。我们认为，未来5年，GaN的市场规模可以达到22亿美金，SiC市场规模将达到100亿美金。在应用领域，汽车尤其是主驱方面将是最主要的市场，预计将占据70%~80%的份额。此外，充电桩、光伏、风电等也会占据约15~20%的份额。”Yole Group化合物半导体资深分析师邱柏顺分享道。

　　创新的汽车芯片技术及制造技术

　　功率级内部的MOSFET必须能承受高电流，并对整个系统的效率产生显著影响。导通损耗和开关损耗共同构成了晶体管上的功率耗散。需要考虑的主要参数包括导通电阻RDS（ON）、栅极电荷以及寄生元件等，它们能在导通损耗和开关损耗之间取得平衡。

　　除了SiC新产品，安森美的T10 MOSFET采用屏蔽栅极沟道设计，主要针对DC-DC转换应用，适用于各种需要40V和80V MOSFET的新型48V应用和传统12V应用。随着技术的进步，使用较低电阻率的衬底和减薄晶圆变得至关重要。在T10技术中，安森美成功减小了晶圆厚度，从而将40V MOSFET中衬底对 RDS（ON）的影响从约50%减少到22%。更薄的衬底也提高了器件的热性能。

　　作为领先的模拟及混合信号芯片公司，纳芯微携传感器、信号链和电源管理三大产品品类参加了慕尼黑上海电子展，包括多款车规新品。例如集成16/24通道、实现出色热性能的线性LED驱动NSL21916/24，能够满足AEC-Q100 Grade1车规要求、支持16/24路输出通道数、具备出色的热性能、高效的调光性能以及高可靠性的跨板通信能力，能够实现复杂的动态效果和精确的光源控制，极为契合当前动态贯穿式尾灯、动态发光格栅灯和ISD智能交互灯等应用场景需求。

　　纳芯微展出了满足AEC-Q100要求，用于车身小电机驱动的系统级芯片（SoC）——NSUC1610，这是国内首颗将LIN总线物理层，小功率MOS管阵列，4路半桥驱动器和ARM® Cortex-M3 MCU集成在单芯片上的车用小电机驱动SoC，可以驱动有刷直流电机、无刷直流电机、步进电机等，可广泛应用于汽车车窗控制、座椅通风、主动进气格栅、热管理系统等。高集成化的设计有助于客户减小PCB尺寸，简化系统设计，实现更高效、更紧凑以及高性价比的电机控制系统。

　　半导体器件供应商兆易创新GigaDevice携80余款创新方案亮相慕尼黑上海电子展，据兆易创新汽车应用展台工程师介绍，其展出了搭配GD25/55 SPI NOR Flash以及基于GD32MCU的汽车电子解决方案。据了解，车规级GD25/55 SPI NOR Flash具有高读取速率和高可靠性等特点，为车身控制、车用照明、智能座舱、智能驾驶、中央网关及电机电源等多种车用场景提供主流开发之选，已成功应用于芯驰、黑芝麻、联阳ITE等国内及海外主流平台。

　　飞凌微电子本年度隆重推出了三款专为车载视觉处理领域设计的新品：M1 Camera ISP、M1Pro Camera SoC以及M1Max Camera SoC这三款车规级图像与视觉处理芯片。例如，M1系列精准定位，广泛覆盖Camera端从ISP到轻量级Soc的各类车载视觉应用场景，包括但不限于舱内驾驶员与乘客监测系统（DMS/OMS）、全景环视系统（AVM）、汽车流媒体后视镜（E-Mirror）、以及前、后视与双目摄像头等多元化视觉场景；M1Pro则搭载了全自研高性能轻量级NPU，具备0.8TOPS@INT8算力，兼容主流神经网络框架，并对轻量级网络结构与视觉任务进行了深度优化，显著提升视觉数据处理速度与图像品质；而作为算力增强版的M1Max，内置双核Arm® Cortex®-A7 CPU与升级至2Gb的DDR3L内存，其自研NPU算力跃升至1.5TOPS@INT8，可实现车载端侧更复杂的视觉感知应用。

　　芯片的构成及制造工艺是一个复杂且精细的过程，涉及多个步骤和多种技术。光刻是芯片制造中最为核心的一步，其工艺的优良与否直接决定了芯片功能及其性能。光刻工艺又是一种非常精细的表面加工技术，光刻的精度和质量将直接影响器件的性能指标。同时，它们也是影响器件成品率和可靠性的重要因素。

　　芯片的光刻工艺流程有约十个步骤。成立于1933年的德国美墨尔特，一直致力于精确温控箱体的研发和生产，并引领箱体的发展方向与潮流。美墨尔特产品可用于汽车芯片制造中的晶圆光刻阶段，其通用烘箱UN/UF可用于硅片清洗后的烘干环节、软烘、曝光后烘干、坚膜等各个环节，可提供5℃至300℃的箱内温度设定，独有的四面加热技术，使升温幅度均匀且迅速。九个箱体尺寸，两种循环方式，可满足不同应用场景的使用需求。

　　除了汽车芯片的应用，美墨尔特的通用烘箱、真空烘箱产品还可用于汽车发动机清洁度测试、汽车零部件高温老化测试、橡胶制品硫化测试等，从多维度，保障汽车生产的质量。此外，美墨尔特的其他产品也广泛应用于各行业，诸如电子行业的压力测试（85/85）、无氧化储存、灌封料干燥。美墨尔特真空烘箱VO确保灌封料的无裂纹干燥，这对于保持电子元器件的导电性和绝缘性至关重要。

　　当前挑战与未来机遇

　　相比其它应用领域，汽车行业对芯片的可靠性、稳定性要求更高。因此在设计汽车芯片时，除去基本功能的实现和性能的要求外，还需要考虑以下几个核心问题：

　　● 可靠性：汽车环境对芯片的可靠性要求极高，特别是在高温、低温、高湿度和震动等恶劣条件下，芯片必须能够稳定工作。因此，在设计过程中，需要充分考虑这些环境因素对芯片性能的影响，并采取相应的措施来保证芯片的可靠性。

　　● 安全性：随着汽车智能化和电动化的发展，汽车芯片的安全性变得越来越重要。在设计汽车芯片时需要符合相关的安全标准，如ISO 26262等，以确保芯片在出现故障时不会对车辆和乘客造成危险。

　　● 长生命周期：汽车芯片需要覆盖车辆的全生命周期，汽车使用寿命普遍都在15年或20万公里左右，远大于消费电子产品寿命要求。在这样的情况下，如何保持芯片的一致性、可靠性，是车规芯片需要考虑的问题。

　　● 多样化应用：汽车芯片应用广泛，包括车载充电器、高压负载电池管理、DC-DC转换器、先进驾驶辅助系统（ADAS）、信息娱乐系统等。

　　“飞凌微电子秉承母公司思特威的车载芯片开发标准，致力于在产品开发周期内实施全面且持久的测试与验证流程，确保每一款芯片都能在多样化的使用环境中展现出卓越的稳定性与可靠性。此外，飞凌微严格遵守ISO 26262功能安全标准，将安全设计融入芯片的每一个细节，更是不断加大在信息安全技术上的投入，以满足汽车行业日益增长的信息安全需求，为智能驾驶与车联网的未来发展保驾护航。”飞凌微CEO邵科表示道。

　　在邵科看来，未来汽车行业应用的增长点主要在于新能源汽车、智能网联与自动驾驶技术以及全球化发展模式等方面，这也是受访人们普遍看到的方向。安森美为此布局了高效电驱动系统（如使用碳化硅SiC器件的主驱逆变器）、高压电池管理系统、快速充电技术、热管理系统以及双向充电等，以提高能源效率、增加续航里程、缩短充电时间，并提升电池寿命和安全性。对于当前全球汽车智能化热潮中的汽车区域控制架构发展，安森美也有所布局。

　　谈及汽车芯片行业面临的挑战，安森美亚太区应用工程技术总监Hector Ng表示，就当下新能源汽车应用中发挥关键作用的功率器件而言，在汽车芯片的发展过程中，功率器件面临的挑战包括技术创新和竞争压力、适应不断更新的技术标准和法规、碳化硅（SiC）功率器件的大规模应用、高温和高压环境的适应性、信息安全以及成本控制等方面的难题。特别是碳化硅器件在高温、高压环境下的可靠性评估和认证，以及如何在保证性能的同时降低成本等方面，都不断面临新的挑战。

　　在当前智能驾驶逐渐成为趋势的背景下，传感器的多样性和集成性也是一个值得思考的挑战。自动驾驶和高级驾驶辅助系统（ADAS）依赖于多种传感器，包括图像传感器、毫米波雷达、激光雷达等。这些传感器需要在不同的环境条件下提供可靠的数据，并且需要实现高效的数据融合，以确保系统的整体性能和安全性。其次，智能视觉辅助下的智能驾驶高分辨率和低光照性能也是一个关键问题。随着自动驾驶技术的发展，传感器需要提供更高的分辨率和更好的低光照性能。

　　在纳芯微电子汽车大客户销售中心总监曾建国看来，“软件定义汽车”背后的硬件支持，其实是整个汽车电子电气架构在向着域架构、中央集成架构快速演进，这个过程中很多芯片形态也在不断地演进，比如车身上面大量用到的电机驱动，在软件定义汽车和域架构演进的趋势下，朝着多通道、可配置的方向演进。

　　“汽车安全关键领域的芯片将成为行业应用新的增长点，例如用于发动机控制、刹车系统、车身稳定控制等的安全芯片，以及用于精确测量和控制车辆各种参数的传感器芯片等。此外，随着电动汽车和智能驾驶的快速发展，对于功率半导体、MCU（微控制器）等芯片的需求也在快速增长。”曾建国表示道。

　　美墨尔特（上海）贸易有限公司总经理张婷从芯片的研发、制造过程切入，在她看来，汽车芯片在发展过程中主要面临的挑战包括技术研发难度高、供应链风险、市场竞争激烈。对于汽车芯片行业的未来趋势，她从高性能化、集成化、智能化三个方面进行了阐述：随着汽车智能化和自动化程度的不断提高，汽车芯片需要具备更高的性能，如更强的计算能力、更快的数据传输速度、更出色的识别判断能力等，以满足汽车系统对实时性和可靠性的要求；为了减小汽车芯片的尺寸并降低成本，提高系统的可靠性和稳定性，未来的汽车芯片将越来越集成化，将多个功能模块集成在一个芯片上；此外，未来的汽车芯片将具备更强的智能化功能，如自动驾驶、智能座舱、智能网联等，以满足汽车行业对智能化的需求。

　　国产芯片崛起道阻且长

　　近年来，中国涌现出一批芯片企业，汽车芯片的国产化率在提升。中国电动汽车百人会指出，整体汽车芯片国产化率从过去不到5%，已上升到现在的10%。工业和信息化部已要求部分国内汽车制造商于2025年将汽车相关芯片的本地采购比例提高到20%-25%，这也让外企的本土化步伐加快。

　　虽然如此，中国的芯片行业还是面临诸多挑战，欧美日相关的法案制约中国高端芯片的发展，目前高端芯片仍依赖于跨国公司。此外，真正做到从设计制造到封测完全自主可控的芯片不到三成。“国产替代”这一趋势的形成符合产业链自主可控的需求，也是全球科技竞争和市场需求变化的结果之一。

　　挑战中孕育着机遇：从外部环境来看，近年来不确定的地缘政治影响和供应链风险，给芯片国产化提供了宝贵的发展窗口；与此同时，国内不断发布的利好政策也为国产半导体产业的发展铺平道路。客户端来看，为了同时应对供应链挑战和汽车电气化、智能化带来的激增的芯片需求，汽车客户开始战略性地导入优质国产供应商，以提升产品的性价比和确保稳定的供应。

　　在曾建国看来，国产芯片的挑战主要来自于产业链协同和愈加激烈的市场竞争，国产芯片产品覆盖度低、规模效应尚未形成也是一大挑战。众所周知，芯片产业是一个高度全球化的产业，需要产业链上下游之间的紧密协作，包括像上游的材料、设备，晶圆制造、芯片封测等，一颗芯片在应用于终端设备之前，可能要在全球多个国家地区流转。国内芯片在供应链的产业协同上尚存在一些短板，仍需突破技术壁垒以及加强合作。此外，芯片产业是高度知识密集型的产业，对于高素质专业人才的需求较大，因此人才的培养仍是较大挑战。

　　对纳芯微来说，通过在芯片国产化和汽车产业变革中及时把握住的机遇、广泛的产品布局、丰富的技术积累以及完备的质量体系，已经在汽车市场的赛道中建立了一定的基础。“未来我们也将继续深耕汽车应用，通过更加广泛的系统覆盖、更深入的产业协作和更高门槛的产品突破等方面为客户的汽车系统设计带来创新性的解决方案，持续为他们创造价值。”

　　“中国汽车芯片产业起步较晚，在自主的芯片架构以及创新芯片算法等方面较比国际厂商仍有一定差距，但我们同时也看到了国内汽车芯片设计公司奋起直追的局面。”邵科表示，“汽车芯片产业链相对较长且较为复杂，因此对供应链管理要求极高，2021年全球车规芯片缺货的场景仍历历在目，这也充分凸显了汽车芯片对供应链管理的重要性。近年来，国内的汽车芯片厂商如雨后春笋般涌现，我们欣喜于国内汽车芯片产业一派繁荣的同时也需要警惕同质化和低价恶性竞争的出现。”

　　“面对日渐复杂的国际环境，国产化会是越来越多企业的选择。美墨尔特也是率先在中国建厂的温控箱体制造商。中国作为美墨尔特集团全球第二大市场，在中国建厂能缩短我们同客户之间的距离。”张婷表示道，“为保证产品质量和技术不断创新，美墨尔特将德国工厂的先进技术、工艺设备和管理方案等移植到中国工厂并结合中国本地特色加以改良。”

　　以汽车芯片产业为代表的半导体行业是国家技术发展的核心，我们欣喜地看到，经过了二十余年的迅猛发展，国产芯片在性能、成本、供应链安全等方面逐渐具备了竞争力，我们也期待未来国产芯片能够打破桎梏，与海外顶尖的芯片企业同台竞技，

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