车规级MCU芯片被海外巨头垄断,国内现状如何呢?
今年5月份汽车缺芯一度爆上热搜,小鹏汽车董事长何小鹏还曾发可达鸭配图,发出急求芯片的信号。
笔者了解到各领域对芯片要求的排序:航天芯片>军工芯片>车规芯片>工业芯片>消费芯片。汽车对芯片的要求是高于工业,高于手机、电视等消费类数码电器产品的。
汽车常年在外奔驰,会面临不同的环境问题,比如乡间地头的粉尘、雨天的湿气、夏季的暴晒、冬季的寒冷,而这就要求芯片以及其他零部件都得能经受住这些考验、不出故障保证正常工作。所以,相比手机芯片而言,车规芯片对可靠性的要求会更高一些。
制造一辆新能源汽车需要哪些芯片?
据笔者了解,2021年平均每辆车所需芯片数量已经达到了1000颗以上。而新能源汽车正在加速发展,一台新能源汽车搭载的芯片数量达到了1000颗以上,可以说新能源汽车是芯片“大户”。
汽车芯片种类较为庞杂,主要分四类:功能芯片、主控芯片、功率半导体,传感器。以新能源汽车为例,制造一辆新能源汽车的芯片以下这些芯片。
1、功能芯片
主要是指MCU(微控制器芯片)和存储器,其中MCU负责具体控制功能的实现,承担设备内多种数据的处理诊断和运算。车辆控制系统主要包括车身电子系统、车辆运动系统、动力总成系统、信息娱乐系统、自动驾驶系统等几大部分,这些系统下面又存在着众多子功能项,每个子功能项背后都有一个控制器,控制器内部会有一颗功能芯片。
2、主控芯片
在智能座舱、自动驾驶等关键控制器中承担核心处理运算任务的SoC,内部集成了CPU、GPU、NPU、ISP等一系列运算单元。
3、功率半导体
主要负责功率转换,运用在汽车动力控制系统、照明系统、燃油喷射、底盘安全等系统当中,像电动车用的IGBT功率芯片,以及可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管MOSFET等。新能源汽车需要大量功率半导体来实现车辆频繁的电压变换需求。
4、传感器
主要用于探测、感受外界的信号、物理条件或化学组成,并将探知的信息转变为电信号或其他所需形式传递给其他设备,包括CIS芯片、MEMS芯片、电流传感器、磁传感器、陀螺仪、VCSEL芯片和SPAD芯片等。
综上所述,汽车芯片对于一辆车来说是非常重要的,以上四类中传感器是市场份额最小的,如果没有传感器汽车甚至连油门都踩不动,现在,相信大家理解为什么缺少芯片就造不出来汽车。
MCU是功能芯片的主角
汽车芯片主要关注三个方面:一是可靠性要求;二是设计寿命要20年以上;三是高安全性要求。
据了解,目前传统汽车控制器数量约为40~70个/辆,芯片400~700个/辆,新能源车则至少要增加20%的需求量。Strategy Analytics的数据显示,传统燃油车各类芯片应用占比中,占比最高的是MCU,占比为23%,其次是功率半导体,传感器,其他,占比分别为21%、13%、43%。到了纯电动汽车,由于动力系统的改变,内燃机转为电驱动系统,功率半导体的占比达到了55%,超过一半;其次是MCU和传感器,汽车需求量最大的是MCU。
MCU是把中央处理器、存储、定时器、输入输出接口集成在同一个芯片上的微控制单元,也称单片机。MCU主要用于自动控制的产品和设备,可应用于工业、汽车、通讯与计算机、消费类电子领域。其中,汽车是MCU最大的应用领域,传统汽车单车会平均用到70个左右,而新能源汽车则需要用到300多个,应用领域包括ADAS、车身、底盘及安全、信息娱乐、动力系统等,几乎无处不在。
目前车规级MCU市场主要被海外巨头垄断,国内厂商正在奋力追赶,目前部分企业已能够实现量产。
缺芯潮下,国产车规MCU的现状
从汽车MCU的市场份额分布来看,整体竞争较为激烈,且市场份额相差不大,占比最多的还是动力控制系统,其次是底盘与安全控制系统、车身电子和车载电子,32位的汽车MCU占据大头。目前车规级MCU具有比较高的行业壁垒,全球市场由海外厂商垄断。而国产MCU仍然以Fabless为主,无法单独进行IATF16949这类流片和封装阶段的标准认证。
截至11月初,长安汽车、长城汽车、上汽集团、广汽集团以及比亚迪等五家自主品牌企业先后发布了第三季财报。财报数据显示,上汽集团、比亚迪、长城汽车分别实现了2114亿、1170亿、373.46亿元营收,位列前三。
华为消费者CEO余承东在微博上表示,AITO问界系列连续三个月单月交付破万,10月交付12018辆,国内新能源汽车消费热潮已经到来。新能源汽车市场是五大自主品牌企业今年前三季度的主要增长点,1至9月新能源汽车合计销量为233.7万辆,相比于2021年同期的106万辆同比增加120.47%。
随着新能源汽车的不断普及,以及智能化、网联化等技术在汽车领域的快速拓展,对车载芯片的数量和质量又提出了更高要求。中微半导体副总经理兼产品总监李振华李振华指出,车规级MCU具有比较高的行业壁垒,全球市场由海外厂商垄断。工作温度、寿命和良率等指标要求严格,认证流程复杂且标准高,种种因素结合在一起,车规级MCU的导入时间至少3到5年时间,但车厂要求的供货时间又最高长达30年。
伴随着车规级芯片需求量持续保持高位,有不少国产MCU厂商开始升级转型。根据各企业官网及其公开宣传的进展,兆易创新首颗车规级MCU产品已送样测试,2022年实现量产;比亚迪半导体车规级MCU量产装车也突破1000万颗,且已推出全新车规级8位通用MCU;芯驰科技正式发布高端车规控制单元(MCU)E3 系列,填补国内高端高安全级别车规MCU市场的空白;芯旺微电子KF8A/KF32A系列车规级MCU已量产,已和部分车企达成合作。
小结
目前,汽车芯片已经成为半导体需求最旺盛的方向,国内很多厂商也在积极布局中,国产汽车芯片开始崭露头角。
不过,车规级芯片的制造壁垒比较高,极高的标准,导致厂商研发投入大、周期长。而出于安全性及可靠性考虑,客户认证标准要求远高于消费级和工业级MCU,这需要相关的芯片制造企业有雄厚的经济实力和扎实的技术支撑。
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