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汽车品评 | 芯片国产化 卸下最后一把达摩克利斯之剑
汽车品评 2708浏览 2021-03-06

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文 字 | 大   眼 、秦方辉

设 计 | 小宇宙

监 制 | 陈梓萱

是一场必须打赢的强基之战。
 
2021年1月和2月,中国汽车市场终于迎来久违的“开门红”。然而,在行业回暖的乐观与期待中,仍存在太多不确定因素。

汽车芯片紧缺首当其冲。
 
塞翁失马焉知非福。这一轮危机,让更多汽车企业看清了自身短板,为杀出一条血路,中国品牌已经开始大力研发芯片技术。

其中,或许孕育着我国汽车产业又一次破局的契机。
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无论传统内燃机车,亦或智能网联汽车,芯片的地位无可取代,可谓整车最核心,占比最大的硬件之一。

汽车产业之外,包括手机、家电在内的家用电器设备对于芯片的需求也越来越大。

相比于手机和家电的芯片,汽车本身拥有一个非常复杂的认证流程

从零部件级到系统级再到整车级,往往耗时较长,如果无法提前进行合理科学的预测规划,后期很有可能因为一块小小的芯片,导致汽车产线停产,这种情况目前正在全球范围内蔓延。

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按照目前芯片在汽车中的应用,汽车芯片主要分为三类

第一类负责算力,如自动驾驶系统以及发动机、底盘和车身控制等。

第二类负责功率转换,如电源和接口等。

第三类是传感器,如汽车雷达、气囊、胎压检测等。在这一轮芯片危机中,短缺芯片主要集中在电子稳定程序和电子控制系统等中高端芯片方面。
 
主控芯片,就是通常所说的MCU(Micro Controller Unit),MCU将CPU、存储器都集成在同一块芯片上,形成芯片级计算机,其可作为汽车电子系统内部运算和处理的核心

诸如发动机控制器、主动安全系统、变速箱控制器等,都是MCU大显身手的舞台。

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国内2020年底南北大众这一轮的芯片缺货,就是因为MCU供货不足。

像博世、大陆的ESP车身稳定系统、发动机控制系统这些核心零部件无法按时交货,直接影响了整个供应链的安全。

目前英伟达、高通和兼并了AMD的英特尔是MCU的主要玩家。
 
功率芯片IGBT(绝缘栅双极晶体管),是电控能量管理的核心部件,负责控制系统直、交流电的转换,承担高、低压转换。
 
之前IGBT被英飞凌等少数几家外资巨头所垄断,在电动车时代,IGBT直接影响电机的最大输出功率和扭矩,堪称电动车的卡脖子技术。

好在国内的比亚迪掌握IGBT的核心技术,实现了国产化。

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上汽集团也已经和英飞凌成立了合资公司,未来组织技术力量进行攻关,应该也是议事日程上的事情。

放眼全球,恩智浦、英飞凌、德州仪器、瑞萨和意法半导体是我们耳熟能详的巨头。
 
之后一类则是传感器类芯片,像氧传感器、爆震传感器、位置传感器等。

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对于当下热度较高的智能互联来说,无论是对周边道路情况的感知,还是对于车载零部件状态的识别,都要依靠传感器芯片来发挥作用

在无人驾驶领域被众多厂商采用的Mobileye EyeQ5,就是这类传感器芯片中的佼佼者。

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这一轮全球蔓延的芯片短缺危机,源头主要还是去年疫情带来的影响。
 
一方面,疫情让很多芯片厂不得不停工停产,国际物流出现中断。

另外一方面,各个国家纷纷祭出经济刺激政策,鼓励汽车消费成为不少国家托底经济的重要手段。
 
供给端的缩减以及需求端的放大,让各大主机厂的芯片供应出现短缺。

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在市场供需变化因素之外,2021年初的连续极端天气和自然灾害则进一步加剧了芯片危机
 
2月13日,日本福岛近海海域发生强震,全球车载芯片市场份额排名第三位的日本瑞萨电子暂停了当地受影响工厂的生产线。

2月16日,由于美国得州遭遇暴风雪天气停电,导致三星电子、恩智浦和英飞凌等芯片巨头在奥斯汀市的当地工厂停工。
 
通常情况下,芯片工厂特别是其核心设备光刻机需要全年无间断运转,该特殊性使得工厂在重启生产线之后需要对整个生产线的所有工艺环节、步骤进行温度、数据的重新调试,才能逐步恢复产能。

也就是说2021年上半年芯片短缺的情况会持续存在,至少要从第三季度或第四季度才能得到缓解。

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在这一轮芯片短缺危机中,中国作为全球最大市场,暴露出长期以来汽车芯片对外依赖严重,不少中国车企因此正在积极布局汽车芯片
 
国内唯一拥有车规级智能芯片前装量产的科技企业地平线,近期完成的 C3 轮融资中就有众多汽车产业链上下游企业的身影,包括比亚迪、长城汽车长江汽车电子、东风资产等。

同时,比亚迪、华为也开始发力汽车用芯片,上汽、通用、五菱等车企也纷纷宣布,将全面推进整车芯片的国产化工作
 
对中国来说,每年在芯片进口上花费的美元,甚至已经超过了进口石油的资金,芯片的国产化替代率不足10%,且基本集中在落后制程上。
 
芯片设计、生产是一个高科技过程。以美国制裁华为为例,华为投入大量资源自己设计出了高端芯片,但是该款芯片的制造牢牢被台积电、三星这样的芯片代工企业所掌握。

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国内以中芯国际为代表的芯片制造企业,即便拥有了生产5nm芯片的能力,却仍然缺少芯片加工中最重要的环节——光刻机,使得其难以取代台积电和三星的作用。
 
所以说在国内以华为为代表的企业已经突破芯片研发的难关之后,光刻机成为我们完全国产化芯片的最后一个障碍

依托国内庞大的市场以及足够的资源,一旦我们的国产5nm芯片可以顺利投产,那不仅是华为,受益的将是整个中国制造。
 
业内专家表示,从当前技术水平来看,汽车芯片的国产替代可能要等到三至五年以后,还需要持续地研发更新。

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华为遭遇2020年的美国危机之后,中科院、清华、中芯国际等国内各个单位都在积极参与到光刻机的研发中,尤其是对于像5nm,甚至2nm制程的光刻机,希望能够通过国家力量来实现对卡脖子技术的突破。
 
随着2月25日,清华大学工程物理系教授唐传祥研究组与国外合作团队一起,在《自然》(Nature)上发表了题为“稳态微聚束原理的实验演示”的研究,让中国在光刻机技术上再度聚焦全球的目光

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这篇论文的核心就在于对外宣告,其团队成为全球首个完成一种新型粒子加速器光源“稳态微聚束”(Steady-state microbunching,简称SSMB)的实验验证

大功率的极紫外EUV光源是EUV光刻机的核心基础,SSMB对于极紫外(EUV)光刻机光源密切相关。
 
目前ASML公司采用的是高能脉冲激光轰击液态锡靶,形成等离子体然后产生波长13.5nm的EUV光源,功率约250瓦。

而随着芯片工艺节点的不断缩小,对EUV光源功率的要求将不断提升,预计将达到千瓦量级,这就需要SSMB技术来支撑下一代光源的研发。

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2012年,彼时的美国光源公司Cymer要么让就被ASML以约25亿美元收购,收购总价较Cymer当时股价溢价61%,Cymer由此成为ASML子公司,并帮助ASML稳定了其亟需的光刻机光源技术问题

这也是为什么清华研究团队的突破,能够在国际上引起如此巨大的反响。

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对于中国汽车企业来说,未来要想在全球市场上同国际车企巨头进行竞争,除了拥有在整车工程、汽车新四化方面高人一筹的实力外,芯片制造能力也是它们不得不重点考虑的一个方面
 
华为的案例就在眼前,一旦出现不可控因素中断供应芯片,那无论车辆性能有多好,或者给供应商的价码有多高,负面影响将是根源性的。

届时,不要说企业战略目的难以实现,就连企业生存都会遭遇巨大的挑战。

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据最新消息,汽车芯片国产化,现已成为多位全国人大代表关注焦点。
 
长安汽车党委书记、董事长朱华荣建议称,在保证产业链稳定供应基础上,国家出台积极政策来推动汽车芯片国产化,维护汽车供应链安全
 
第十三届全国人大代表、上汽集团董事长陈虹表示,单靠市场力量是很难推动车规级芯片国产化的,需要形成政府牵头,整车企业联合,针对头部芯片企业开展重点扶持的策略。
 
可见当前政府、资本、厂商等确实也在联合发力,共同推进汽车芯片的技术升级和产业化进程,国产汽车芯片产业早日走上正轨,形成规模,中国就可以早日应对芯片危机,卸下达摩克利斯之剑


 
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