2014年起，我國汽車新四化帶動國內汽車行業從傳統燃油車向新能源汽車加速轉型。2014年開始大量傳統車企進入新能源汽車行業，造車新勢力開始興起;2017年，新能源量產車陸續進入大眾視野，小鵬、蔚來、威馬等形成第一波交付熱潮;2019年至今，新能源車企加速優勝劣汰，近50家造車新勢力大洗牌，互聯網巨頭、小米、華為等紛紛下場造車，新能源汽車行業進入高速發展期，車企對芯片的依賴和需求不斷攀升。2020年“缺芯”催化了汽車芯片產業持續升溫。

　　汽車芯片橫跨汽車產業和芯片產業兩個產業。一方面，新四化過程中，汽車芯片升級帶動汽車電子電氣架構不斷升級，汽車產業鏈面臨重塑;另一方面，在美國遏制我國半導體發展的新形勢下，國產汽車芯片也迎來“國產替代”的新機遇。

　　為實現“碳中和”的重要領域，新能源汽車將迎來快速放量，據《中國2035新能源汽車發展規劃》，2025年其滲透率將達20%。同時，美國對我國芯片的“卡脖子”行為，也推動芯片國產替代勢在必行，汽車領域更是在“缺芯”催化下加速國產化。

　　接近500億美元市場規模，“缺芯”危機不斷發酵，沖擊全球車企，因此，汽車芯片持續升溫。

　　那么汽車芯片為什么這么熱?為什么變得這么重要?

　　01  汽車芯片的范圍廣和品類多

　　首先，我們從汽車芯片在汽車系統中的功能角度了解一下汽車芯片。汽車芯片，廣泛存在于汽車各子系統內，包括動力系統、底盤系統、安全舒適系統、駕駛輔助系統等。從智能輔助駕駛系統角度，又可分為3層：感知層、決策層、執行層，分別涉及傳感器、SoC、MCU等。主要分五大品類：功率半導體、SoC、MCU、傳感器芯片存儲芯片等五類：

　　功率半導體：主要包括PM ICs、LDO、DC/DC、MOSFET、IGBT、Diodes(Fast Recovery，Schottky，High Voltage)。功率半導體是汽車半導體最主要構成，大約占汽車半導體市場的40%以上。

　　除MCU外的ASSP、ASIC、模擬、混合IC、FPGA、DSP與GPU，約占汽車半導體市場的20%。

　　MCU：大約占汽車半導體市場的20%。

　　傳感器：主要包括圖像傳感器、MEMS傳感器、霍爾傳感器。約占汽車半導體市場接近10%。

　　存儲器：包括各種嵌入式內存，SRAM、DRAM、FLASH，約占10%左右的市場。

　　在汽車芯片的細分領域，MCU在車身域增量上國產替代空間大，底盤域、動力域是高級別角逐賽;SoC領域，智能駕艙、自動駕駛等高級別芯片可能國產替代并進入國際市場;功率半導體方向，IGBT、SiC MOSFET是市場主流;傳感器領域，車載攝像頭、雷達領域未來有較大的市場空間。

　　02 汽車芯片產業周期長且復雜

　　從供應鏈角度看一下汽車芯片產業，汽車產業鏈周期較長、復雜的特點同樣適用汽車芯片產業。

　　汽車芯片來自于Foundry，一種是IDM(也就是整合元件制造商)的工廠Foundry，IDM自己完成芯片設計、生產、封測三個主要環節。一種是晶圓純代工制造芯片的Foundry。有些IC設計公司即Fabless，自己沒有晶圓廠，委托晶圓代工廠生產芯片。而IDM也會將部分自己做起來成本效益不經濟或產能不足的時候，將部分芯片委托晶圓代工廠生產。

　　晶圓代工廠生產芯片后進入封測廠，封測完成出貨給IDM/Fabless，也有一些封測完成后先出貨給晶圓代工廠，然后再轉交給IDM/Fabless，這樣IDM/Fabless就只需要和晶圓代工廠打交道即可。IDM/Fabless拿到芯片后大部分都出貨給大型Tier1即一級供應商，也有少量給分銷網絡，有些需求量比較低的廠家，IDM/Fabless有些時候直銷成本高，就通過分銷商給這些需求量比較低的廠家，通常小微型的一級供應商，供應小微車廠。

　　除了比亞迪這樣很多元件都內部完成的車廠是不會直接采購芯片的，因此如果說因為芯片短缺而車廠減產，那肯定是錯誤的，車廠直接面對的不是芯片廠家而是Tier1，只能說某個零部件短缺。至于是否是芯片短缺還是Tier1產能不足，只有Tier1才最清楚，車廠聽到的信息是二手信息。也有極少數芯片如特斯拉的FSD，由三星代工，從三星拿貨。

　　還有一些電子制造服務(EMS)如偉創力、廣達、和碩之類的，直接從IDM/Fabless采購芯片，廣達為特斯拉采購并制造特斯拉車機和智能駕駛系統，偉創力為福特制造車機和車燈。除此之外，很少有汽車產品委托EMS廠家制造。

　　汽車芯片從Tier1下單到拿到產品通常需要100-120天，大約3-4個月時間，以恩智浦為例，其典型庫存周期就是110天。從Tier1拿到芯片，制造出產品再交貨給整車廠，大約需要1個月時間，整車廠拿到Tier1提供的零組件到上組裝線再到出貨給4S店，大約需要1-2個月時間。也就是說汽車芯片廠家會滯后整車廠的需求5-6個月。

　　各領域的典型代表廠家見下表。

　　03  汽車芯片需滿足汽車本身苛刻的安全要求

　　既然是汽車行業的芯片，那么汽車行業苛刻的安全、惡劣環境要求等車規自然就需要汽車芯片廠商也要滿足，所以我們從車規角度來看一下汽車芯片問題。絕大部分汽車芯片需要滿足車規級要求，例如：

　　環境要求。其中比較重要的是溫度要求，汽車對芯片和元器件的工作溫度范圍比較寬，根據不同的安裝位置等有不同的需求，但一般都要高于民用產品的要求，比如發動機艙要求-40℃-150℃;車身控制要求-40℃-125℃。而常規消費類芯片和元器件只需要達到0℃-70℃。另外其它環境要求，比如濕度，發霉，粉塵，鹽堿自然環境(海邊，雪水，雨水等)，EMC，以及有害氣體侵蝕等，都高于消費類芯片的要求。

　　運行穩定要求。汽車在行進過程中會遭遇更多的振動和沖擊，車規級芯片必須滿足在高低溫交變、震動風擊、防水防曬、高速移動等各類變化中持續保證穩定工作。汽車對器件抗ESD靜電，EFT群脈沖，RS傳導輻射、EMC，EMI等抗干擾性能要求極高，，芯片在這些干擾下既不能不可控的影響工作，也不能干擾車內別的設備(控制總線，MCU，傳感器，音響，等等)等。

　　可靠性與一致性要求。一般的汽車設計壽命都在15年20萬公里左右，車規級半導體產品壽命周期的要求遠大于消費電子產品壽命要求。零公里故障率是汽車廠商最重視的指標之一，而要保證整車達到相當的可靠性，對系統組成的每一個部分要求是非常高的。由于半導體是汽車廠商故障排列中的首要問題，因此車廠對故障率基本要求是個位數PPM(百萬分之一)量級，大部分車廠要求到PPB(十億分之一)量級，可以說對車規級半導體的故障率要求經常是“Zero Defect”故障零忍受。相比之下，工業級芯片的故障率要求為<百萬分之一，而消費類芯片的故障率要求僅為<千分之三。而一致性方面，車規級半導體在實現大規模量產的時候還要保證極高的產品一致性，一致性差的半導體元器件將會導致整車出現安全隱患，因此需要嚴格的良品率控制以及完整的產品追溯性系統管理，甚至需要實現對半導體產品封裝原材料的追溯。

　　供貨周期要求。汽車半導體產品生命周期通常會要求15年以上(即整車生命周期均能正常工作)，而供貨周期，則可能長達30年。因此對汽車半導體企業在供應鏈配置及管理方面提出了很高的要求，即供應鏈要可靠且穩定，能全生命周期支持整車廠處理任何突發危機。

　　所以，進入汽車半導體產業有非常高的標準和高壁壘， 由于車規級半導體極其嚴苛的可靠性一致性、安全穩定性和產品長效性等要求，大大提高了進入這個行業的標準與門檻。主要體現在：

　　車規標準多。為滿足車規級半導體對可靠性、一致性、安全性的高要求，企業要通過一系列車規標準和規范。最常見的包括可靠性標準AEC-Q100、質量管理標準ISO/TS 16949、功能安全標準ISO 26262等。AEC-Q100主要用于集成電路(離散部件為AEC -Q101/AQG324，無源部件為AEC- Q200)。而ISO 26262則是用于汽車半導體汽車開發過程中功能性安全的指導標準。近期，國際標準化組織還更新了ISO 26262:2018。在這一版本中，新增了半導體在汽車功能安全環境中的設計和使用指南。此外，還有針對車規級半導體制造相關的VDA6.3等標準。

　　研發周期長。一家從未涉足過汽車行業的半導體廠商，如果想進入車規級市場，至少要花兩年左右時間自行完成相關的測試并提交測試文件給車廠，并通過相關車規級標準規范的認證和審核，只有通過嚴格考核的企業才能進入汽車前裝供應鏈。此外，車規級半導體廠商需要在產品研發初始階段就開展有效的DFMEA(Design Failure Mode and Effects Analysis的縮寫，即設計失效模式及后果分析)與PFMEA設計(Process Failure Mode and Effects Analysis，即制程失效模式及后果分析)，無形中增加了車規級半導體產品的研發周期。

　　隱形成本高。可靠性是車規產品最關鍵的指標，為提高可靠性而增加的質量管理投入也是車規產品成本高的原因之一，一般汽車行業的百萬產品失效率(DPPM)為個位數，需要非常有效的各級質量管理工具和方法才能實現，這些都是極其隱形但不可省略的投入和成本。

　　配套要求高。由于可靠性要求，對車規級半導體生產和封裝的規范測試比消費級半導體的同類產品要嚴格得多。比如，安全功能件的配套要求必須要有一條經過ISO 26262 ASIL認證的專用車規級生產線。因此對于汽車半導體廠商而言，只掌握設計部分符合車規級標準還遠遠不夠，還需要找到符合車規級認證，具備車規級半導體產品生產經驗以及長周期穩定供貨的制造及封裝產線，無形中提高了進入車規級市場的難度。因此在汽車半導體行業，IDM(垂直整合)模式是廠商主要的發展模式，2019年全行業 IDM企業貢獻的收入為364.71億美元，占比達到88.9%。

　　連帶責任大。如果由于汽車半導體導致出現安全問題，模塊供應商甚至半導體廠商將承擔責任，支付包含產品更換、賠償、罰款等等各類支出，對于資金實力相對較弱的中小企業而言，很可能因此而陷入困境，以致于再也不能進入汽車供應鏈。汽車半導體關于安全和可靠性的連帶責任問題，也會使眾多廠商對做出進入車規級市場的選擇慎之又慎。

　　由于上述汽車半導體產業的高標準和高門檻，把大量缺乏資金實力，缺乏產業配套資源，并且想要快速做出芯片投放市場取得效益的半導體廠商拒之門外。缺乏新玩家的進入，也使得現有汽車半導體企業(Tier2)、零部件供應商(Tier1)、整車廠商(OEM)已形成強綁定的供應鏈關系，對新進企業構成堅實的行業壁壘。

　　也正是因為汽車芯片范圍廣且品類多、供應鏈體系復雜、且安全性要求最為苛刻，故此，隨著新能源車的加速，各方力量涌進汽車產業領域，汽車芯片的需求供應增量巨大的背景下，汽車芯片是越來越熱!

來源:科聞社