一輛新能源汽車(chē)用多少半導(dǎo)體？

一輛新能源汽車(chē)的半導(dǎo)體價(jià)值是傳統(tǒng)燃油汽車(chē)的兩倍之多，比如一輛特斯拉Model 3的半導(dǎo)體價(jià)值高達(dá)1500美元。專(zhuān)家表示，汽車(chē)電子化率將會(huì)從現(xiàn)在的30%逐步提升到50%以上，汽車(chē)電動(dòng)化、智能化滲透率持續(xù)提升，將為汽車(chē)半導(dǎo)體行業(yè)帶來(lái)重大市場(chǎng)機(jī)遇。

傳感器，汽車(chē)的眼睛耳朵

汽車(chē)智能駕駛系統(tǒng)由感知、決策、執(zhí)行三個(gè)層面組成，其中，感知系統(tǒng)是前提，涉及了大量的傳感器應(yīng)用。汽車(chē)傳感器作為采集智能駕駛所需數(shù)據(jù)的眼睛和耳朵，把汽車(chē)運(yùn)行中各種工況信息轉(zhuǎn)化成電訊號(hào)輸送給決策單元最終下達(dá)指令控制車(chē)輛運(yùn)行。

賽迪顧問(wèn)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)研究中心總經(jīng)理鹿文亮表示，汽車(chē)智能化的終極目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)需要穩(wěn)定性更高、更靈敏、更全面的傳感器。

汽車(chē)傳感器可分為環(huán)境監(jiān)測(cè)、車(chē)身感知兩大類(lèi)。自動(dòng)駕駛系統(tǒng)運(yùn)行中所需的環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器(包括攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá))數(shù)量增長(zhǎng)迅速，占據(jù)了汽車(chē)傳感器總成本的絕大部分。

北汽產(chǎn)業(yè)投資有限公司投資副總監(jiān)林雨在接受《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示，多傳感器融合成為自動(dòng)駕駛傳感器未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。記者從特斯拉官網(wǎng)獲悉，一輛特斯拉的標(biāo)配共有8個(gè)攝像頭、1個(gè)77G的毫米波雷達(dá)和12個(gè)超聲波雷達(dá)，足以保證Tesla L3級(jí)別對(duì)于變道、合流、出高速的基本功能。雖然未見(jiàn)到激光雷達(dá)的身影，但內(nèi)行一眼就能看出來(lái)，特斯拉將毫米波雷達(dá)和視覺(jué)的融合體現(xiàn)出特斯拉傳感芯片的算力之強(qiáng)。

目前，全世界約50個(gè)國(guó)家、超過(guò)6000家機(jī)構(gòu)正在從事傳感器的研發(fā)和生產(chǎn)。中國(guó)汽車(chē)傳感器90%以上的市場(chǎng)份額都被西門(mén)子、博世、霍尼韋爾等國(guó)際零部件企業(yè)占有。瑞薩、英飛凌、恩智浦等半導(dǎo)體供應(yīng)商的自動(dòng)駕駛平臺(tái)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)毫米波雷達(dá)、視覺(jué)、激光雷達(dá)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)等多傳感器融合，可支撐L3級(jí)以上自動(dòng)駕駛，在降低功耗的同時(shí)保證了出色的算力。

前不久，征戰(zhàn)在通訊設(shè)備領(lǐng)域的蘋(píng)果也表示出對(duì)下一代激光雷達(dá)傳感器的興趣，從特斯拉公司和Alphabet旗下谷歌挖走一批重要員工。據(jù)悉，蘋(píng)果正在自主研發(fā)的自動(dòng)駕駛傳感器能夠?qū)Φ缆愤M(jìn)行三維觀察。

專(zhuān)家指出，在千萬(wàn)億元級(jí)的汽車(chē)傳感器市場(chǎng)中，國(guó)內(nèi)企業(yè)多數(shù)只能做一些低端產(chǎn)品，如水溫和壓力傳感器等，尚未形成獨(dú)立的產(chǎn)業(yè)。

近幾年，中國(guó)企業(yè)似乎已經(jīng)找到了闖進(jìn)傳感器市場(chǎng)的突破口，我國(guó)超聲波雷達(dá)技術(shù)盡管在穩(wěn)定性和可靠性上還有待進(jìn)一步提高，但憑借著高性價(jià)比的產(chǎn)品、快速及時(shí)的服務(wù)，國(guó)內(nèi)的同致電子、豪恩、奧迪威的UPA已成功進(jìn)入各大汽車(chē)廠的采購(gòu)目錄。

同濟(jì)大學(xué)教授白杰認(rèn)為，毫米波雷達(dá)成為我國(guó)企業(yè)進(jìn)一步闖進(jìn)市場(chǎng)的良好切口，較激光雷達(dá)和超聲波而言，監(jiān)測(cè)精度更高，而成本較低。

記者了解到，我國(guó)的毫米波雷達(dá)市場(chǎng)已經(jīng)進(jìn)入快速發(fā)展階段，早在2011年，廈門(mén)意行便開(kāi)始了毫米波雷達(dá)前端射頻芯片的研發(fā);行易道、蘇州豪米波、森思泰克等企業(yè)也處于研發(fā)狀態(tài);深圳安志杰已實(shí)現(xiàn)24GHz和77G產(chǎn)品的量產(chǎn)。

此外，傳感器領(lǐng)域的兼并收購(gòu)也開(kāi)始呈現(xiàn)，國(guó)外大型傳感器已完成第一輪并購(gòu)，形成了自身技術(shù)優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)傳感器企業(yè)也開(kāi)始走入并購(gòu)重組的軌道，這將為我國(guó)傳感器企業(yè)在研發(fā)實(shí)力上帶來(lái)更多提升的機(jī)會(huì)。

微控制器，汽車(chē)的決策大腦

在接收到傳感器收集到的車(chē)輛行駛控制指令后，決策層面開(kāi)始發(fā)揮重要作用。MCU(微控制器)作為決策層面的核心單元，成為分析數(shù)據(jù)并指揮全系統(tǒng)運(yùn)行的大腦。一般來(lái)說(shuō)，單車(chē)的MCU芯片需求量在50顆左右，約占整車(chē)半導(dǎo)體器件成本的三成。

MCU既可工作于車(chē)體的次系統(tǒng)，又能服務(wù)于復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，為預(yù)碰撞、自適應(yīng)巡航控制、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)等提供數(shù)據(jù)處理和控制。

公開(kāi)數(shù)據(jù)顯示，國(guó)內(nèi)MCU市場(chǎng)年復(fù)合增速將達(dá)到11.7%，預(yù)計(jì)到2020年市場(chǎng)規(guī)模將突破500億元。目前全球前八大MCU廠商(包括瑞薩電子、恩智浦、英飛凌、Microchip、意法半導(dǎo)體、三星、德州儀器和Cypress)在中國(guó)市場(chǎng)占有率達(dá)到88%?？傮w來(lái)看，絕大多數(shù)國(guó)產(chǎn)MCU企業(yè)還無(wú)法與國(guó)外企業(yè)搶奪市場(chǎng)份額。對(duì)于中國(guó)企業(yè)而言，目前占據(jù)的主流市場(chǎng)還停留在應(yīng)用于汽車(chē)次級(jí)系統(tǒng)的8位MCU，占比50%左右。

近年來(lái)，我國(guó)的IoT、5G、人工智能、邊緣計(jì)算等豐富多樣的新技術(shù)生態(tài)，正在積極“擁抱”MCU市場(chǎng)，重燃了在汽車(chē)電子領(lǐng)域的熱情。鹿文亮表示，人工智能算法將在嵌入式MCU平臺(tái)上運(yùn)行并進(jìn)行優(yōu)化，這將為中國(guó)MCU企業(yè)帶來(lái)新的機(jī)遇。

瑞薩電子(中國(guó))汽車(chē)電子銷(xiāo)售中心應(yīng)用技術(shù)部高級(jí)專(zhuān)家趙坤表示，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)在性能、可靠性、實(shí)時(shí)性、功耗效率以及對(duì)應(yīng)的算法等方面對(duì)處理芯片提出了最高標(biāo)準(zhǔn)的要求，這就需要將人工智能算法導(dǎo)入到車(chē)載芯片中。

我國(guó)已有企業(yè)實(shí)現(xiàn)在該領(lǐng)域的芯片量產(chǎn)。據(jù)上海地平線總經(jīng)理、征程芯片研發(fā)負(fù)責(zé)人吳征介紹，地平線的第一代征程芯片是中國(guó)最早實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)流片的人工智能芯片，計(jì)劃在今年內(nèi)推出新一代人工智能芯片征程2.0芯片，該芯片集成了地平線新一代自主研發(fā)的BPU(Brain Processing Unit)和視覺(jué)感知技術(shù)，預(yù)計(jì)將成為中國(guó)的第一款車(chē)規(guī)級(jí)AI芯片。

零跑汽車(chē)與大華股份聯(lián)手研發(fā)的AI自動(dòng)駕駛芯片“凌芯01”進(jìn)入集成驗(yàn)證階段，預(yù)計(jì)在今年第二季度進(jìn)行實(shí)車(chē)測(cè)試。

功率半導(dǎo)體，汽車(chē)的心臟

在汽車(chē)的執(zhí)行層面，功率半導(dǎo)體(又稱(chēng)電力電子器件)在電路中實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換和控制，成為為汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供澎湃動(dòng)力的心臟。公開(kāi)數(shù)據(jù)顯示，新能源汽車(chē)中功率器件的成本高達(dá)387美元，占整車(chē)半導(dǎo)體價(jià)值的55%。新能源汽車(chē)相比傳統(tǒng)燃油汽車(chē)新增的半導(dǎo)體成本中，功率器件成本約為269美元，占總增加成本的76%。

林雨表示，由于新能源汽車(chē)中的電源驅(qū)動(dòng)和蓄電池組替代了燃油車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)和燃油，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的電力設(shè)備需要大量的功率半導(dǎo)體。而在傳統(tǒng)燃油車(chē)中，功率半導(dǎo)體僅有少量位于發(fā)動(dòng)機(jī)，體量和功用不足與新能源汽車(chē)相較。

IGBT成為目前應(yīng)用于新能源汽車(chē)功率半導(dǎo)體的主流技術(shù)，在高壓系統(tǒng)中幫助電壓源實(shí)現(xiàn)較低負(fù)載，使電機(jī)系統(tǒng)輕松驅(qū)動(dòng)。鹿文亮表示，IGBT芯片占整車(chē)成本的比例約為7-10%，是除電池之外成本第二高的元件。在特斯拉的雙電機(jī)全驅(qū)動(dòng)版中，IGBT使用量共計(jì)132個(gè)，總價(jià)值可達(dá)650美元。

一直以來(lái)，中國(guó)功率半導(dǎo)體企業(yè)與國(guó)外領(lǐng)軍企業(yè)差距顯著。來(lái)自歐美和日本的半導(dǎo)體企業(yè)(包括英飛凌、瑞薩電子、富士電機(jī)、安森美、瑞士ABB等)壟斷了全球七成以上的IGBT市場(chǎng)份額。

近年來(lái)，車(chē)用功率半導(dǎo)體市場(chǎng)仿佛預(yù)感到了“國(guó)產(chǎn)替代”的春天。株洲中車(chē)時(shí)代電氣的IGBT技術(shù)能力出眾，憑借著多年在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域的積累，計(jì)劃在今年量產(chǎn)第6代IGBT技術(shù)芯片，電壓等級(jí)將覆蓋650-6500V。此外，中車(chē)時(shí)代電氣還有一條8英寸IGBT生產(chǎn)線，年產(chǎn)可達(dá)到24萬(wàn)片。

比亞迪公司已布局IGBT全產(chǎn)業(yè)鏈，包括芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造、測(cè)試、封裝、新能源汽車(chē)應(yīng)用等。該品牌的汽車(chē)已率先使用自研自制的IGBT產(chǎn)品，體現(xiàn)出比亞迪在車(chē)規(guī)級(jí)芯片領(lǐng)域的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。今年年初，比亞迪推出了業(yè)界領(lǐng)先的汽車(chē)功率芯片IGBT4.0技術(shù)，該芯片能夠幫助電流輸出能力較當(dāng)前市場(chǎng)主流的IGBT提高15%;而在同等工況下，綜合損耗降低了約20%，實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)汽車(chē)功率IGBT芯片的重大突破，有望加速國(guó)產(chǎn)IGBT替代進(jìn)口產(chǎn)品的進(jìn)程。

在代工制造方面，中芯國(guó)際通過(guò)收購(gòu)意大利LFoundry公司，獲得具有汽車(chē)半導(dǎo)體產(chǎn)品經(jīng)驗(yàn)的8英寸生產(chǎn)線。華虹宏力公司深耕FS-IGBT工藝產(chǎn)品，與多家合作單位推出了600V、1200V、1700V等IGBT器件工藝。