挑战重重！汽车“芯荒”还未真正过去

[本站 行业]  前两年的“芯荒”，相信很多人还记忆犹新。马斯克曾形象地称“抢芯片就像抢厕纸”。如今，相关的声音貌似越来越少，市场充斥的更多是“价格战”的压力。不过，芯片短缺的危机真的过去了吗？

12月5-6日，在2023全球汽车芯片创新大会暨第二届中国汽车芯片高峰论坛上，重庆长安汽车股份有限公司首席专家李伟表示：“芯片短缺还没有完全过去，共同应对的机制还没有建立起来。”

例如长安汽车，1-9月缺芯约60万颗，每个月基本都有几款型号的短缺。

随着新能源的渗透率快速攀升，车企们在智能化上的角逐也已经开启。2022中国市场智能汽车销量增长166.9%。据预测，2025年中国智能电动车销量将超过1200万辆，占新能源汽车市场比率达到80%。中国汽车芯片的市场规模也将达到1600亿美元，复合增长率超过20%。

在此背景下，芯片在汽车产业的发展中发挥出越来越重要的作用。但同时，挑战也接踵而至，芯片成为全球汽车企业竞争的焦点之一。

汽车芯片用量有多大？

目前，车规级芯片已经成为全球半导体市场的三大应用产业之一，且需求量将达到行业增速的2倍以上。从单车角度而言，传统汽车芯片的用量大概是400颗，电动汽车大概是1000颗左右，智能电动车可以达到1400颗到1500颗或者更多。

据统计，中国汽车芯片的去年应用总量达到73.9亿颗，预计到2025年应用总量会达到116.2亿颗。单车半导体的价值也从平均每辆汽车的812美元增长至1467美元。

“2023年之后，传统燃油车呈现负增长，新能源汽车增速变快。传统燃油车里MCU的占比量减少，每年减少10%以上，新能源车的MCU则每年以超过20%的速度增长，从2022年的5.19亿颗，预计到2026年将接近15亿颗”，合肥杰发科技有限公司副总经理王璐在演讲中提到。

庞大的用量需求，构筑起一条万亿级的产业链。按照曼合普（上海）管理咨询有限公司管理咨询业务负责人黄魁判断，汽车芯片会有20年的黄金发展周期。

李伟也谈到，除了用量增加之外，通过技术统型缩减单车芯片型号数量，汽车芯片也在向标准化、系列化发展，单品芯片数量规模有望实现倍增。同时，汽车芯片也在向多功能集成演进。例如通用型MCU，一方面向多核高算力演进，另一方面向高集成度、高性能、高可靠性发展，为汽车实用场景提供新的机会和可能。

另外，功率芯片正在向高压化进化，系统从12伏上升到48伏，同功率下所需电流更小，能耗损耗预计可以降低50%，续航里程预计增长10%以上。平台从380伏上升到800伏，整车重量预计会减少20%，系统尺寸会缩小30%。

汽车智能化的快速发展也对算力提出了更高要求。整车电子电器架构已从分散的多控制器、树状结构向软硬件、标准化、集中式的中央架构升级，并逐步演进为高算力的超级中央处理器模式，相应的芯片也从多芯片物理融合，最终发展为单芯片融合SOC的形态发展。

据IHS Markit预测，预计2024年座舱NPU算力需求将是2021年的10倍，CPU算力需求是2022年3.5倍。

然而面对汽车芯片广阔的市场空间，中国依然面临多个“卡脖子”环节，背后的供给格局没有发生本质上的改变。

挑战重重

诚然，作为半导体产业的一个分支，汽车芯片产业同样呈现出高度分工、高度集中的特点，分工很清晰。美国主要在上游，包括汽车芯片的设计以及制造。日本和欧洲则是关键设备和一些关键半导体材料。而中国主要做一些小芯片。

因为格局固化，汽车芯片的行业壁垒很高，新厂商切入难度也比较困难。国内芯片产业在软件与工具链、制造设备、制造工艺等方面均存在不同程度“卡脖子”现象。

这种先天的劣势导致我国目前车规级芯片的国产化率不足10%，关键芯片依然受制于国外。欧洲、美国、日本公司的市场份额分别占到了35.9%、24%、21%。以MCU为例，NXP，英飞凌，瑞萨，ST传统的五强占了超过80%市场份额。功能安全达到D级的，目前基本上还是被国外垄断。

除此之外，中国的汽车芯片产业还面临多方面挑战。

首先是外部的接连施压。美国从2020年开始就陆续出台《美国芯片法案》、《促进美国制造半导体法案》、《芯片和科学法案》等一系列法案，并施压台积电在美建厂来提升美国芯片全产业链安全。今年年初，欧洲出台了《芯片法案》，年中的时候，日本、荷兰相继发布芯片禁令。

其次，汽车芯片的技术壁垒比较高。在工作环境、交付良率、使用寿命等方面都要严苛于工业类、消费类产品，国内大部分的厂商在生产工艺、良品率、认证标准方面仍处于追赶阶段。

再者，由于车规级芯片的要求更高，导致车规认证难，周期长，标准严苛，进入门槛也极高。它要求满足AEC-Q100、16949、26262等一些标准，整体认证难度大，周期长。一个产品从研发流片到量产出货，一般应该需要3到5年的时间去打磨。

“芯片行业存不存在弯道超车这个情况，我们认为还是比较难的，因为芯片行业的投入是非常高的，要求非常长周期的研发，目前来讲应该还没有人提到芯片行业有弯道超车这样的概念。”曼合普（上海）管理咨询有限公司管理咨询业务负责人黄魁表示。

一系列的挑战给车企带来极大的不确定性。这也致使它们不断调整自己的策略，重构自己的供应体系。“传统燃油车企业，比如宝马、奔驰、大众，包括上汽、丰田，它们在芯片的策略上目前走的是投资入股、参股或者说直接定点的方式和二级芯片供应商合作。”黄魁说道。

更极端的是造车新势力，包括特斯拉以及国内的蔚小理，它们更多是自研。当然，比亚迪也在自研。像长城二级芯片也是跟别人合作，但是域控制器也采取的是自研。这些方式可以在很大程度上降低车企在芯片供应链上的风险。

对此，黄魁呼吁：“芯片企业能尽早的在主机厂的车型研发和规划的时候，尽早介入，能跟车企一起来定义芯片，而不仅仅是说到了发定点，采购定点的时候才来，那个时候可能就是比价格。”

SiC成本还未达到整车厂预期

作为价值占比最大的汽车半导体，功率半导体如今也正在向高压化、低损耗发展。800V平台已经成为行业共识。小鹏、极氪、广汽埃安、长安、长城、理想等多家车企先后发布800V平台架构或规划，满足现在的客户对高续航里程和快充的普遍需求。

由于是800V高压，自然对电控有更高的要求。而SiC（碳化硅）在中高端场景优势更明显，特别是需要高压、高能量密度的应用场景，如充电桩、车载充电机、及电驱系统。自然而然，越来越多的新能源车企把碳化硅作为新的材料应用到电驱动系统中。

作为第三代化合物半导体材料，碳化硅拥有不少优越的物理性能，比如高禁带宽度（对应高击穿电场和高功率密度）、高电导率、高热导率等。尤其在800V的趋势下，其能耗优势、开关效率、体积重量等参数全方面优于现在的IGBT。

随着中国新能源汽车的增长，碳化硅的需求还在持续增加。

“目前行业开始切换SiC芯片，从而也带动SiC器件应用于充电桩领域的市场，去年市场规模达到0.47亿，今年预估接近1.8亿，2024年3.68亿，2025年是7.6亿；当下主流桩企均已切换SiC充电模块，市场规模发展比预测要快一年。”深圳市盛弘电气股份有限公司高级产品经理肖宏晓说道。

上汽英飞凌汽车功率半导体（上海）有限公司总经理陶青也表示：“预测在2028年采用碳化硅的纯电车型数量将超过采用IGBT的纯电车型的数量。预计2033年将有40%的纯电车型主驱系统采用800V高压平台，而800V高压平台中80%将采用碳化硅器件。加上400V的碳化硅，我们预计在2033年碳化硅器件在纯电车型的渗透率将达到60%以上。”

不过和和锂、MCU的逻辑一样，碳化硅同样是上游产能集中，而且以海外厂商为主导。

目前全球碳化硅产业格局呈现美国、欧洲、日本为主。其中美国占有全球碳化硅产量的70%-80%，碳化硅晶圆市场龙头CREE一家市占率就高达6成之多；欧洲则是拥有完整的碳化硅衬底、外延、器件以及应用产业链；而日本是设备和模块开发方面的领先者。

另外，相对于硅，碳化硅器件的生产难度更高，生产效率更低，生产成本也更高。以晶锭为例，硅一般可以在72小时内拉伸出2米的晶柱，而碳化硅需要168小时才能完成约40毫米的晶柱生长，而且碳化硅晶柱生长需要耗费大量的电力，成本高昂。

“整车厂对SiC的认识基本上没有疑问，唯一的障碍就是现在碳化硅的器件价格还是要到硅的4-5倍，可能对车厂的应用和推广来说是一个很大的障碍，但是后面会通过一些技术的进步，碳化硅的成本会随着电动汽车行业的快速发展和大规模应用落地而快速下降。”肖宏晓说道。

从某种程度上来说，汽车芯片前两年的极端困境也只是“芯荒”的开始，如今只不过是“松口气”而已，汽车芯片的供应还面临多方面挑战。如何把握黄魁所说的20年黄金发展周期，将是所有车企和芯片企业要攻克的课题。