本文轉自【中國汽車報網】；
近來，汽車零部件領域的兩條訊息，受到業界廣泛關注。
4月14日晚，比亞迪釋出公告，稱其全資子公司深圳比亞迪微電子有限公司重組完成，並已更名為比亞迪半導體有限公司（以下簡稱“比亞迪半導體”），並將謀求上市。
兩天後的4月16日，德國英飛凌科技有限公司宣佈完成收購美國賽普拉斯半導體公司。由此，英飛凌不僅將躋身全球半導體制造商前八位之列，而且還將成為全球最大的汽車半導體供應商。
在全球疫情肆虐、車市滑坡的情況下，汽車半導體產業卻逆勢向前，呈現了強勁的發展勢頭。
中國汽車工業協會顧問杜芳慈在接受《中國汽車報》記者採訪時說：“在汽車產業變革和新‘四化’背景下，汽車半導體有空前的發展機遇，也是零部件技術前沿競爭的焦點之一。相關企業要想贏得競爭，就必須及早行動。”
繞不開的IGBT晶片
2019年，中國汽車產銷分別完成2572.1萬輛和2576.9萬輛，雖然同比分別下降7.5％和8.2％，但產銷量已經連續11年蟬聯全球第一。在產銷量領先的同時，汽車半導體產業卻令人憂慮，其中作為汽車重要零部件之一的IGBT（絕緣柵雙極型電晶體）晶片仍有90％以上依賴進口。
IGBT晶片是汽車功率元器件之一，因設計門檻高、製造技術難、投資大，被稱為電動汽車核心技術的“珠穆朗瑪峰”。此前，該技術主要掌握在跨國公司手中。相比燃油汽車，新能源汽車尤其是純電動汽車的IGBT晶片需求量更大。
人們常說的IGBT實際是IGBT晶片的簡稱。一般情況下，IGBT電晶體並不是直接使用在汽車上，而是透過集成於晶片之中的形式體現自己存在的價值。即使是IGBT功率管，也需要透過一整套電路來保證其效能的發揮。在汽車電子裝置中，一個模組包含若干晶片，一個晶片包含若干IGBT電晶體。由IGBT組成的晶片與動力電池電芯並稱為電動汽車的“雙芯”，是影響電動汽車效能的關鍵。在一輛純電動汽車中，IGBT晶片約佔電機驅動系統成本的一半，而電機驅動系統佔整車成本的15％至20％，也就是說IGBT晶片佔整車成本的7％至10％，是除電池之外成本名居第二位的零部件，也決定了整車的能源效率。而且除電驅動系統外，整車包括高壓充電機、空調系統等多個電氣元件均必須使用。
通常情況下，汽車IGBT晶片的應用，主要在汽車的五個領域，分別是功率器件、感測器、處理器、專用積體電路、邏輯電路等。其中，感測器、MCU（微控制單元）和功率期間最為常用，又屬MCU佔比最高，其次是功率器件，其主要應用於汽車動力控制、照明、燃油噴射、底盤等系統。
傳統燃油汽車中，功率IGBT晶片主要應用於啟動、發電和安全領域，新能源特別是純電動汽車普遍採用高壓電路，當電池輸出高壓時，需要頻繁進行電壓變化，對電壓轉換電路需求提升，此外還需要大量的DC-AC逆變器、變壓器、換流器等，這些對IGBT、MOSFET（金屬-氧化物半導體場效應電晶體）、二極體等半導體器件及晶片的需求量更大。
區別於消費晶片及一般工業晶片，汽車芯片面臨的工作環境更為惡劣，溫度範圍可寬至-40℃至155℃，還須適應高振動、多粉塵、電磁干擾等環境。由於汽車涉及人身安全問題，汽車晶片對於可靠性及安全性的要求也更高，一般設計壽命為15年或20萬公里。“車規級”晶片需要經過嚴苛的認證流程。一款晶片一般需要2至3年時間完成車規認證才能進入整車廠供應鏈；而一旦進入之後，一般也能擁有長達5至10年的供貨週期。
2017年，全球IGBT晶片和模組的市場規模為40.6億美元，約佔全球功率器件市場總規模的19％。其中，IGBT晶片和模組的市場規模分別為10.3億美元和30.3億美元。僅英飛凌、日本三菱、富士電機、安森美、ABB等五大公司的市場份額就超過70％。
在晶片產業鏈上，上游主要是晶片製造所需的原材料和生產裝置；而晶片的生產工序主要涉及晶片設計、晶圓加工、封裝和測試。目前，國內有多家企業進軍汽車晶片產業，但大多是隻聚焦於某一環節。比亞迪半導體業務主要涉及功率器件、智慧控制晶片、智慧感測器及光電器件，是國內屈指可數的擁有晶片設計、晶圓製造、封裝測試和下游應用在內的垂直貫通全產業鏈的企業。比亞迪半導體主要應用市場為汽車領域，有車規級IGBT晶片。同時，比亞年還推出了指紋識別晶片和影像感測晶片，以及汽車級多合一電流感測器等數字邏輯晶片與感測器產品。
中車集團子公司中車時代電氣股份有限公司（以下簡稱“中車時代”），近年來也在研究IGBT晶片製造、特別是在封裝工藝上有所創新。“一方面基於我們開發的技術，進一步降低效能寬度範圍，節約了製造損耗，另一方面在協調性方面比現有的產品有了很大提高。”中車時代副總工程師劉國友向記者介紹。
“晶片定義汽車，已經成為業界共識。”地平線公司創始人兼執行長餘凱表示，以前，汽車供應鏈的關鍵是發動機，今後可能是上游的晶片。因此，保證供應鏈的安全，需要各界共同促進這一行業的健康發展。
亟待解決的“痛點”
與普通晶片相比，汽車晶片在設計方面要求很高。另外，功率器件晶片的散熱設計比積體電路要求更高。“當前涉足汽車晶片的國內企業屈指可數，國內主要上市公司的規模相對國外晶片企業體量偏小，國內汽車領域晶片主要依賴進口，自主晶片在汽車領域的佔比極低。”上海（華為）海思技術有限公司戰略與業務部總監鮑海森說出了行業的“痛點”所在。他認為，當前國內汽車晶片主要在資訊、娛樂、導航系統方面有些產品應用，而在汽車核心控制領域，像動力控制、底盤、車身等系統中，自主晶片極度欠缺。
至今，IGBT晶片技術已經發展了近30年，技術也已經發展到了第6代，主要技術瓶頸是器件可靠性與電荷穩定性問題。其原因在於，國內企業在IGBT領域工藝基礎薄弱且產業化起步較晚，在設計、測試以及封裝等核心技術方面還積累不夠。國內較大的IGBT晶片製造企業斯達公司、比亞迪幾乎都是從2005年才起步，而汽車晶片巨頭之一的英飛凌早在1999年就從西門子拆分出來，之前就已經有了很深厚的技術積累，技術差距短期內很難追平。從國內IGBT企業佈局來看，中車時代、比亞迪等均主要為高鐵和新能源汽車做配套，主要產品是第四代，與國際龍頭企業的第六代產品仍有差距。
同時，國內沒有先進的晶圓代工廠也是一大瓶頸。從全球的IGBT晶片市場來看，95％以上的市場由跨國公司佔據，國產IGBT產品佔有率不到5％，而且基本在國內。調查顯示，去年全球汽車晶片產業營收規模約為3000多億元，中國市場約佔1/3，但目前市場幾乎仍為跨國企業所把持。近年來，臺積電的晶片代工已漸成規模，成為了蘋果、高通以及華為自研晶片的主要代工廠，但其晶片製造裝置對美國具有很大的依賴性，在美國對華為的步步緊逼之下，為了防止市場風險，華為晶片的代工也逐漸轉向了國內晶片製造公司。
當前，僅有臺積電和韓國三星電子兩大企業有先進的5奈米級晶片加工製造工藝，目前國內較先進的晶片，是華為自主研製的7奈米級晶片麒麟990。生產晶片的關鍵裝置是光刻機，先進光刻機技術，掌握在荷蘭阿斯麥爾（ASML）手中，中國企業曾於2018年斥資8.4億元向阿斯麥爾公司訂購了一臺極紫外光刻機（EUV），以謀求在7奈米級技術上有所突破，但因為種種原因一再推遲，最新訊息是要到今年年中才能供貨。極紫外光刻機相較於普通的深紫外光刻機（DUV）的不同之處在於，在加工成晶片的過程中，最為核心的就是紫外線曝光步驟。而由光刻機鐳射器發出的紫外光對晶片加工工藝有著關鍵的影響，晶片加工精度的提高與光源的波長有著緊密的聯絡。目前加工晶片應用最為廣泛的是深紫外光刻機，其加工晶片的極限為7奈米，精度再高者只有使用極紫外光刻機。當前，在全球僅有阿斯麥爾公司獨家掌握極紫外光刻機制造技術，其壟斷地位自然決定了EUV光刻機的價格高昂。
國內的晶片核心製造技術短期內難以解決，汽車晶片產品還存在入門晚、企業少、規模小、技術實力弱，並且各自為戰、尚未形成合力的現狀。再加上疫情倒逼，我國汽車晶片產業自主化發展迫在眉睫。羅蘭貝格企業管理（上海）有限公司執行總監時帥表示，一塊車規級晶片出貨量要達到300萬片以上，企業才能達到盈虧平衡，從中國智慧座艙的滲透率和智慧汽車的銷量看，短期內，國內晶片企業還無法實現300萬片的份額。事實上，即使捷徑的國際化道路，除了技術競爭日趨激烈以外，還存在一些大國人為封鎖技術、國際貿易摩擦加劇等不確定因素。
對此，中車株洲電力機車研究所有限公司首席技術專家郭淑英認為，隨著我國新能源汽車走向高質量發展，對汽車晶片的要求也越來越高，其中不僅對效能提高了要求，而且對能耗和環境適應性、電池相容性提出了更高要求，此外，還對與之相適應的配套開發、體系開發的外部環境也提出了要求。“我國汽車晶片大多數依賴進口，一旦出現供應鏈斷裂情況，電動汽車的發展會受到限制。加快國產化替代，是汽車晶片行業亟待解決的問題。”她強調。
在汽車晶片相關的軟體設計環節，國內行業應用較多的電子設計自動化EDA工具，長期以來被美國壟斷，如果美國停止供應，設計領域將面臨著斷供風險。清華大學電子工程系教授汪玉認為，從產業鏈角度，除了原材料之外，中國在系統軟體方面與發達國家相比還存在很大差距。當前，國內還沒有國產化的軟體平臺。
近來，疫情對歐美日汽車產業的影響尚未看到轉折點，歐美大批整車和零部件企業的階段性停工減產，對整個汽車產業鏈包括晶片產業鏈形成了持續衝擊。就連博世這樣的零部件巨頭也產生了危機感。4月18日，在中國電動汽車百人會舉辦的第四期“2020汽車產業形勢與政策高階研討會”線上研討中，博世（中國）投資有限公司政府事務總監於鑫表示，博世生產的主要是自用的特殊晶片，應用在如安全氣囊系統、駕駛員輔助系統、發動機管理系統、變速器控制系統、電池管理系統，以及車載通訊系統和交流發電機電子元器件等，但還是需要大量採購。晶片生產的兩道主要工序中，第一道工序是晶圓製造，生產地主要在發達國家；第二道工序是封裝，生產地在東南亞的較多，如馬來西亞、菲律賓等國。現在這些工廠都關閉了，能不能保證5、6月份汽車電子元器件供應還是未知數。
時帥表示，2020年，中國汽車市場的降幅可能達到8％至12％，歐美汽車市場的降幅可能達到20％。他認為，雖然中國的疫情控制取得了階段性勝利，但由於汽車產業鏈較長，高度依賴進口的汽車晶片產業依然會受到影響。
自主研發或是惟一通途
“汽車進入到智慧化時代，真正處於主導地位的技術是晶片和軟體，它們使供應鏈從過去的塔狀垂直結構變成了環狀扁平化溝通結構。這種變革加速了汽車在智慧化時代的進化速度，汽車業必須適應這種全新要求。建立更加開放融合的合作生態。進化速度是企業在變革期最重要的決勝因素。”恰如地平線公司市場拓展與戰略規劃副總裁李星宇所言，晶片的重要屬性，決定了很難長期依賴他人，只有自主研發或是惟一通途。
很多企業都注意到了這個問題，如特斯拉公司一直在發展自己的晶片，早在2014年，特斯拉第一款量產車型Model S上，就搭載了包含自主研發的汽車晶片的ADAS元件，之後不斷迭代升級。至於為什麼要自主開發晶片，特斯拉方面解釋說，這是為了滿足處理海量真實資料處理的巨大需求，同時實現較低的功耗和經濟性的硬體成本，特斯拉進行自行晶片研發，從而能更加精準滿足特斯拉對於車輛功能的設計及最佳化。
汪玉認為，製造晶片應該是定義晶片的過程，一定要找到應用領域。因此，車廠應該和晶片企業緊密合作，這也是未來的趨勢。在比亞迪半導體的內部重組中，正是貫穿著這一思想。透過內部重組，比亞迪半導體受讓寧波比亞迪半導體有限公司100％股權和廣東比亞迪節能科技有限公司100％股權，並收購惠州比亞迪實業有限公司智慧光電、LED光源和LED應用相關業務，集中了比亞迪內部的所有相關資源。比亞迪認為，與比亞迪電池業務拆分的邏輯相同，半導體業務也是規模經濟，只供應比亞迪的終端產品，無法達到半導體業務良性發展的規模需求，沒有足夠的出貨量保證，自建供應鏈在某個階段開始，就從優勢變成劣勢，即成本無法繼續降低、投入難以繼續加大、成本就會逐漸上升，而跳出這種惡性迴圈的途徑，就是將供應鏈企業獨立，以破除客戶擔心，進入更大市場來滿足半導體與電池對規模的要求。
汽車晶片與消費電子的晶片產業也有不同，消費電子晶片市場年出貨量可達千萬級別以上，供應自己的終端產品完全可以滿足對規模的要求。但在汽車晶片領域就很難做到，如比亞迪半導體，即便比亞迪汽車所有IGBT晶片都採用自家產品，出貨量也有限。據第三方研究機構估算，比亞迪新能源汽車中，自供IGBT晶片比例應超過70％，由此推測比亞迪車規IGBT模組2019年出貨量約為20萬套，營收約為6億元，再加上工業控制領域的進展，年營收或超10億元。
當前，全球汽車年銷量約9000萬輛，新能源汽車銷量也過百萬輛，IGBT晶片的市場容量其實非常大。根據全球最大IGBT晶片供應商英飛凌2019年財報，全球IGBT功率管與模組2018年市場規模達到62.24億美元，同比增長17.4％；其中英飛凌獨佔28.6％市場份額。競爭加劇的背景下，比亞迪半導體要突破規模限制，惟一的方法就是獨立參與市場競爭。外界認為，科創板開設以來，眾多半導體公司前赴後繼上市，再加上政策對半導體產業支援，讓資本趨之若鶩。比亞迪半導體此時獨立並準備謀求上市，也就並不意外了。
業內對汽車晶片市場前景非常看好。鮑海森認為，汽車晶片相對於傳統消費類晶片，具有市場份額非常穩定、產品規模、銷量隨汽車智慧化程度和汽車市場銷量穩步增長的優勢，年複合增長率可達12％左右，尤其隨著汽車“新四化”趨勢，為自主晶片帶來新的切入機遇。
在國內，業界對於晶片的自主研發一直熱議不斷，至今基本形成了較為統一的意見，主要包括，一是營造環境，由相關部門牽頭制定保證汽車晶片產業健康發展的政策和相關標準，創造適合產業發展的良好環境；二是推進發展，鼓勵相關行業進入汽車晶片領域，規劃從原材料到母機、晶片到系統的完整晶片產業體系架構，促進產業有序發展；三是加快自主化，建立晶片供應商與主機廠、大學、科研院所之間的合作關係，聚合力量，攻關開發關鍵核心技術產品，加快國產化替代步伐；四是擴大開放，鼓勵外企把包括晶圓生產、封裝、測試等產線轉移到中國，避免今後意外事件對汽車產業的影響；五是吸引人才，利用當前許多國外院所、企業大規模減員裁員時機，吸引海外人才；六是組建產業聯盟，圍繞行業不斷進行交流、研討，共同推動產業發展。
時至今日，國內企業也在努力追趕國際水平，除了中車時代、比亞迪擁有第四代IGBT晶片技術之外，產業鏈商的核心技術之一光刻機也在逐漸取得新進展。3月份以來，中國安芯半導體公司陸續有兩臺光刻機出貨，其國產化率高達70％，並且已經交付使用。其中一臺光刻機的使用者是海康威視，主要用於醫療檢測製品。目前，我國國產光刻機的整體水平大致在90奈米左右，中科院在22奈米光刻機技術自主研究上有所進展，雖然比國際先進水平5奈米還有差距，但畢竟已經邁出了自主研發的重要一步。至今，我國成立的國家積體電路產業基金前期投入已經達到3387億元，目的就是為了扶持國產晶片、光刻機等半導體行業發展。
汽車正進入新“四化”發展階段，大量計算、通訊、控制技術會更廣泛應用於汽車及車聯網等相關領域。前不久，由國家發改委等11個部委聯合釋出的《智慧汽車創新發展戰略》，其中明確提出要突破關鍵基礎技術，著力推進車載高精度感測器、車規級晶片、智慧作業系統、車載智慧終端、智慧計算平臺等產品研發與產業化，建設智慧汽車關鍵零部件產業叢集。由此可見，國內車規級晶片產業將迎來巨大的發展機遇。
近年來，消費電子晶片巨頭開始“集體跨界”進入汽車產業，高通、英偉達、東芝等跨國晶片巨頭佔據了汽車晶片市場的絕對優勢。近兩年來，伴隨著比亞迪、華為等企業加大投入，我國自主品牌汽車晶片逐漸浮出水面，填補了國內汽車晶片的空白。但與此同時，特斯拉等造車新勢力，以及博世、英特爾、英飛凌等國際巨頭也以快節奏、大手筆的研發，展示出其對汽車晶片市場勢在必得的決心。汽車晶片產業競爭格局尚未最終形成，仍將面臨嚴峻的競爭環境。
值得注意的是，華為也正在快速切入汽車晶片領域，IGBT晶片成為其新目標。由此，如果加上華為已經擁有的巴龍、麒麟系列晶片和鴻蒙作業系統，構建智慧汽車生態所需的硬體和軟體基礎正逐步形成。
4月20日，最為晶片上游材料供應商的上海矽產業集團股份有限公司正式在科創板上市。上市首日暴漲180.46％，至4月22日上午收盤，仍呈現出良好的漲勢，總市值超過295億元。由此可以看出，資本市場對晶片產業寄予厚望。
“在如今複雜多變的市場形勢下，如何持續推動汽車晶片等新技術的自主創新，進而在以智慧汽車為代表的新一輪汽車產業競爭中搶佔先機，是國內汽車產業所面臨的共同課題。”中國市場學會營銷專家委員會秘書長薛旭向《中國汽車報》記者表示，透過自主發展，儘快追趕和超越，是行業共同的使命。