汽车芯片产业如何面对命运？

中国汽车行业数据显示，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%，市场份额达到36.4%。随着电动汽车市场的快速扩大和智能汽车的发展，汽车芯片的需求进一步激增，从原来的每辆车500-600颗芯片增加到1000-2000颗，有些车辆甚至可能达到每辆车3000颗芯片。有机构预测，到2030年，我国汽车芯片市场年需求量将突破450亿颗，汽车芯片产业将迎来巨大机遇。

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、存储芯片、主驱动领域芯片、信息娱乐系统芯片、模拟和混合信号芯片、传感器领域的芯片等。巨大的市场机会吸引了大量企业加入，传统巨头也纷纷推出新产品。与此同时，国产替代已成为行业大趋势。据统计，到2023年，中国将有近300家企业研发汽车芯片产品。在这篇专题报告中，我们深入汽车芯片行业的上下游企业，看看他们对行业的发展有哪些见解。

SiC芯片缓解电动汽车续航里程焦虑

作为亚太地区最权威的电子行业盛会之一，慕尼黑上海电子展久负盛名，贯穿整个电子技术产业链。是国内外众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。在今年的展会上，不少企业还展示了汽车芯片领域的创新技术解决方案。

例如，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技术演示，其中包括采用英飞凌第二代HybridPACK Drive碳化硅功率模块的电机控制器系统演示。系统集成了AURIX TC3xx、第二代1200V SiC HybridPACK驱动模块、第三代EiceDRIVERTM驱动芯片1EDI30XX、无磁芯电流传感器等，让观众体验并深入了解了优秀的英飞凌产品的功能和创新特性，以及它们在缓解电动汽车里程焦虑方面的应用。展现出独特的价值。

基于在SiC领域的丰富积累，英飞凌对SiC工艺、封装和失效机制拥有40多年的理解。特别是推出的新一代CoolSiCTM MOSFET Gen2技术，使MOSFET的主要性能指标（如能量和电荷存储）较上一代产品提高了20%，显着提高了整体能效。

随着新能源多应用市场的蓬勃发展，第三代半导体技术日益支撑新生产力。以碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）为代表的宽带隙半导体已成为绿色能源产业发展的重要驱动力，有助于实现更高效率、更小尺寸、更轻重量和更低的总成本。

Qorvo 在汽车主题展区展出了一款 1200V SiC 模块，采用紧凑型 E1B 封装，可简化热机械设计和装配，最多可取代四个分立式 SiC FET。这些模块配备了独特的共源共栅配置，可最大限度地减少导通电阻和开关损耗，并大大提高能量转换效率。这些SiC模块可广泛应用于电动汽车设计中，以提高能量转换效率，降低散热要求，并增强车辆的充电效率和续航里程。

安森美半导体还采取了许多行动来加速碳化硅（SiC）创新。该公司计划在2030年之前推出多代新SiC产品。其最新一代EliteSiC M3e MOSFET可将电气化应用中的关断损耗降低高达50%。该平台能够在更高的开关频率和电压下工作，可有效降低功率转换损耗，非常适合电动汽车动力总成、直流快速充电桩和储能解决方案等广泛应用。

EliteSiC M3e MOSFET 还提供超低导通电阻 (RSP) 和短路抗扰度，这对于 SiC 主导市场的主驱动逆变器应用至关重要。采用安森美半导体先进的分立和功率模块封装，1200V M3e芯片可以提供比之前的EliteSiC技术更大的相电流，使相同尺寸的主驱动逆变器的输出功率提高约20%。

“未来，电力系统将变得更小、更强。除了数字化、智能化之外，集成化也是其未来发展趋势之一。我们相信，未来五年，GaN市场规模可达到22亿美元美元，SiC市场规模将达到100亿美元，在应用领域，汽车尤其是主驱动将是最重要的市场，占比70%至80%，此外还有充电桩、光伏、风能。力量，等也将占据约15%的份额。”Yole集团化合物半导体高级分析师邱百顺分享道。

创新汽车芯片技术和制造技术

功率级内的 MOSFET 必须能够承受高电流，并对整体系统效率产生重大影响。传导损耗和开关损耗共同影响晶体管的功耗。需要考虑的主要参数包括导通电阻RDS(ON)、栅极电荷和寄生元件，这些参数可以在传导损耗和开关损耗之间取得平衡。

除了新的SiC产品外，安森美半导体的T10 MOSFET采用屏蔽栅沟道设计，主要针对DC-DC转换应用。它适用于各种新型48V应用以及需要40V和80V MOSFET的传统12V应用。随着技术的进步，使用电阻率较低的基板和更薄的晶圆变得至关重要。在T10技术中，安森美半导体成功降低了晶圆厚度，从而将40V MOSFET中衬底对RDS(ON)的影响从约50%降低至22%。更薄的基板还提高了器件的热性能。

作为领先的模拟和混合信号芯片公司，Nanochip携微型便携式传感器、信号链和电源管理三大产品类别参加了慕尼黑上海电子展，其中包括多款汽车新品。例如，线性LED驱动器NSL21916/24，集成了16/24通道并实现了优异的热性能，可满足AEC-Q100 Grade1汽车法规的要求，支持16/24输出通道，具有优异的热性能、高效的调光性能，并且高可靠的跨板通信能力可以实现复杂的动态效果和精确的光源控制，极其适合当前动态贯穿式尾灯、动态发光格栅灯、和ISD智能互动灯。

Nanocore展出了一款满足AEC-Q100要求、用于​​驱动车身小型电机的片上系统（SoC）——NSUC1610。这是国内首款集LIN总线物理层、低功耗MOS管阵列、4路半桥于一体的SoC。驱动器和 ARM® Cortex-M3 单芯片集成 MCU 的小型汽车电机驱动 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、主动进气格栅等热管理系统等。高度集成的设计帮助客户缩小PCB尺寸，简化系统设计，实现更高效、紧凑和高性价比的电机控制系统。

半导体器件供应商兆易创新在慕尼黑上海电子展上带来了80多个创新解决方案。据兆易创新汽车应用展位的工程师介绍，其展示了采用GD25/55 SPI NOR Flash和GD32MCU的汽车电子解决方案。据了解，汽车级GD25/55 SPI NOR Flash具有高读取速率、高可靠性的特点，提供车身控制、汽车照明、智能座舱、智能驾驶、中央网关、电机电源等多种汽车场景。主流开发选择，已成功应用于新驰、黑芝麻、联洋ITE等国内外主流平台。

飞凌微电子今年隆重推出三款专为汽车视觉处理领域设计的新品：M1 Camera ISP、M1Pro Camera SoC和M1Max Camera SoC，三款汽车级图像和视觉处理芯片。例如，M1系列定位精准，广泛覆盖从ISP到摄像头端轻量级SoC的各种车辆视觉应用场景，包括但不限于车内驾乘监控系统（DMS/OMS）和全景系统（动静脉畸形）。 、车流后视镜（E-Mirror）、前视、后视、双目摄像头等多元化视觉场景； M1Pro搭载完全自主研发的高性能轻量级NPU，拥有0.8TOPS@INT8算力。兼容主流神经网络框架，并对轻量级网络结构和视觉任务进行深度优化，显着提升视觉数据处理速度和图像质量；作为算力增强版，M1Max内置双核Arm® Cortex®-A7 CPU，配合DDR3L内存升级至2Gb，自研NPU算力跃升至1.5TOPS@INT8，可实现车端侧更复杂的视觉感知应用。

芯片的组成和制造过程是一个复杂而精细的过程，涉及多个步骤和多种技术。光刻是芯片制造中最核心的步骤。其工艺的好坏直接决定了芯片的功能和性能。光刻工艺也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，它们也是影响器件良率和可靠性的重要因素。

芯片光刻工艺大约有十个步骤。德国Memelt公司成立于1933年，一直致力于精密温控柜的研发和生产，引领柜体的发展方向和潮流。 Memel的产品可用于汽车芯片制造的晶圆光刻阶段。其万能烘箱UN/UF可用于硅片清洗后干燥、软干燥、曝光后干燥、胶片硬化等多种方面，提供箱内温度设置从5℃到300℃，独特的四面加热技术，升温均匀、迅速。九种箱体尺寸，两种流通方式，可满足不同应用场景的需求。

除了汽车芯片的应用外，Memel的通用烘箱和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，保证汽车生产质量从多个维度。此外，Memel的其他产品也广泛应用于各个行业，如电子行业的压力测试（85/85）、防氧化储存、灌封材料干燥等。 Memelt 真空烘箱 VO 可确保灌封材料干燥无裂纹，这对于保持电子元件的导电性和绝缘性至关重要。

当前的挑战和未来的机遇

与其他应用领域相比，汽车行业对芯片的可靠性和稳定性有着更高的要求。因此，在设计汽车芯片时，除了实现基本功能和性能要求外，还需要考虑以下核心问题：

● 可靠性：汽车环境对芯片的可靠性有着极高的要求，尤其是在高温、低温、高湿、振动等恶劣条件下。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，并采取相应措施，保证芯片的可靠性。

● 安全性：随着汽车智能化、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，需要遵守相关的安全标准，例如ISO 26262，以确保芯片发生故障时不会对车辆和乘客造成危险。

● 生命周期长：汽车芯片需要覆盖汽车的整个生命周期。车辆的使用寿命一般在15年或20万公里左右，远长于消费电子产品的寿命。在这种情况下，如何保持芯片的一致性和可靠性是汽车级芯片需要考虑的问题。

● 应用多样化：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、高级驾驶辅助系统（ADAS）、信息娱乐系统等。

“飞凌微电子恪守母公司SmartSite的汽车芯片开发标准，致力于在产品开发周期中实施全面、持久的测试和验证流程，确保每颗芯片都能在多样化用途中展现其性能此外，飞凌微严格遵守ISO 26262功能安全标准，将安全设计融入到芯片的每一个细节，不断加大信息安全技术投入，满足汽车日益增长的信息安全需求。产业并保障智能驾驶和车联网的未来发展。”飞凌微 CEO 邵克表示。

在邵克看来，未来汽车行业应用的增长点将主要在于新能源汽车、智能网联和自动驾驶技术以及全球发展模式。这也是受访者普遍看到的方向。为此，安森美半导体部署了高效电力驱动系统（如采用碳化硅SiC器件的主驱动逆变器）、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提高能源效率并增加续航里程。 ，缩短充电时间，提高电池寿命和安全性。在当前全球汽车智能化热潮中，安森美半导体也对汽车区域控制架构的发展做出了规划。

谈及汽车芯片行业面临的挑战，Hector Ng，安森美半导体亚太区应用工程技术总监他表示，就当前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，难点包括碳化硅（SiC）功率器件的大规模应用、高温高压环境的适应能力、信息安全、成本控制等。尤其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不断面临新的挑战。

在当前智能驾驶成为趋势的背景下，传感器的多样性和集成化也是一个值得考虑的挑战。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环境条件下提供可靠的数据，需要高效的数据融合来保证系统的整体性能和安全性。其次，具有智能视觉辅助的智能驾驶的高分辨率和弱光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性能。

存在曾建国 纳米芯汽车大客户销售中心总监看似“软件定义汽车”背后的硬件支撑，其实是整个汽车电子电气架构向领域架构、中央集成架构的快速演进。在这个过程中，很多芯片形态也在不断演变，比如在车身上大量使用的芯片。电机驱动在软件定义汽车和领域架构演进的趋势下，正在向多通道、可配置的方向发展。

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

张婷 美梅尔特（上海）贸易有限公司总经理从芯片研发和制造流程来看，她认为，汽车芯片在研发过程中面临的主要挑战包括技术研发难度高、供应链风险大、市场竞争激烈等。对于汽车芯片行业的未来趋势，她从高性能、集成化、智能化三个方面进行了阐述：随着汽车智能化、自动化程度的不断提高，汽车芯片需要具有更高的性能，比如更强的计算能力、更快的速度等。数据传输速度、更好的识别判断能力等，满足汽车系统的实时性和可靠性要求；为了减小汽车芯片的尺寸和成本，提高系统的可靠性和稳定性，未来汽车芯片的集成度将越来越高，在一颗芯片上集成多个功能模块；此外，未来汽车芯片将具有更强的智能化功能，如自动驾驶、智能座舱、智能网联等，满足汽车行业对智能化的需求。

国产芯片崛起任重而道远

近年来，国内涌现出一批芯片企业，汽车芯片国产化率不断提升。中国电动汽车百人大会指出，汽车芯片整体国产化率从过去的不足5%提升到现在的10%。工信部已要求部分国内汽车厂商到2025年将汽车相关芯片的本地采购比例提高到20%-25%，这也加速了国外企业的国产化进程。

尽管如此，中国芯片产业仍面临诸多挑战。欧美日法律限制中国高端芯片的发展。目前，高端芯片仍依赖跨国公司。此外，只有不到30%的芯片真正从设计制造到封装测试完全自主可控。 “国产替代”趋势的形成，符合产业链自主可控的需要，也是全球技术竞争和市场需求变化的结果之一。

挑战孕育机遇：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为芯片国产化提供了宝贵的发展窗口；同时，国家不断出台的利好政策也为国产半导体提供了机遇。为产业发展铺平道路。从客户角度来看，为了同时应对供应链挑战和汽车电动化、智能化带来的芯片需求激增，汽车客户开始战略性地进口国内优质供应商，以提高产品性价比、保证稳定供应。 。

曾建国表示，国产芯片面临的挑战主要来自产业链的协调和日益激烈的市场竞争。国产芯片产品覆盖率低、缺乏规模效应也是主要挑战。众所周知，芯片产业是一个高度全球化的产业，需要产业链上下游的紧密协作，包括上游材料、设备、晶圆制造、芯片封装测试等。一颗芯片在应用于终端之前设备，可能会转移到全球很多国家。国产芯片在供应链产业协同方面还存在一些短板，仍需突破技术壁垒，加强合作。此外，芯片行业是高度知识密集型行业，对高素质专业人才的需求量很大。因此，人才的培养仍然是一个很大的挑战。

对于Nanochip来说，抓住芯片国产化和汽车产业变革的机遇，广泛的产品布局、丰富的技术积累、完善的质量体系，在汽车市场奠定了一定的基础。 。 “未来，我们将继续深耕汽车应用，通过更广泛的系统覆盖、更深层次的产业协作、更高门槛的产品突破，为客户的汽车系统设计带来创新的解决方案，持续为客户创造价值。”

“我国汽车芯片产业起步较晚，在自主芯片架构、创新芯片算法等方面与国际厂商相比还有一定差距。不过，我们也看到国内汽车芯片设计企业迎头赶上。”邵克表示。 ” “汽车芯片产业链相对较长且复杂，因此对供应链管理要求极高。高先生，2021年汽车芯片全球短缺的情况依然历历在目，充分凸显了汽车芯片对于供应链管理的重要性。近年来，国内汽车芯片厂商如雨后春笋般涌现，我们为国内汽车产业感到高兴。芯片行业繁荣的同时，也需要警惕同质化、低价恶性竞争的出现。”

“面对日益复杂的国际环境，本土化将是越来越多企业的选择。Memelt也是第一家在中国建厂的温控箱制造商。作为Memelt集团全球第二大制造商，市场、在中国建工厂可以缩短我们和客户之间的距离。”张婷说，“为了保证产品质量和持续的技术创新，Memelt将德国工厂的先进技术、工艺设备和管理解决方案移植到了中国。工厂并根据中国当地情况进行改进 特征。”

以汽车芯片产业为代表的半导体产业是国家科技发展的核心。我们欣喜地看到，经过二十多年的快速发展，国产芯片在性能、成本、供应链安全等方面已经逐渐具备竞争力，我们也期待未来国产芯片能够打破束缚，参与竞争与海外顶尖芯片公司联合，共同为中国乃至全球市场提供更高品质的芯片解决方案。

来源：Jung-《国际汽车设计与制造》

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