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原创造汽车芯片有多难?电脑芯片能不能用在汽车上?

202007月15日

原创造汽车芯片有多难?电脑芯片能不能用在汽车上?

以前,李书福说造车莫过于一张沙发加四个轮子;现在,苹果说造车就是一个智能手机加四个轮子。

事实上,这两个观点都没错,只不过是时代不同罢了。

在李书福开始造车的那个时代,汽车是以硬件为主导,整车智能化程度很低,半导体(芯片、传感器等等)占不到整车成本的1%。而现在,汽车已经由硬件主导变为了硬件为基础,软件赋能的时代。如今,智能汽车上的半导体(芯片、传感器等等)已经占到了整车成本的35%左右,可谓是天差地别。

基于此,很多人就问编辑,中国半导体工业本就薄弱,那么造智能汽车上的芯片到底难不难?如果造不出来,电脑上的芯片能不能用到汽车上呢?

事实上造汽车芯片的难度更大,而且民用芯片也不能用在汽车上。

首先,汽车芯片工作环境更加恶劣。

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汽车对芯片和元器件的工作温度要求比较宽,根据不同的安装位置等有不同的需求,但一般都要高于民用产品的要求,比如发动机舱要求-40℃-150℃;车身控制要求-40℃-125℃。

而常规消费类芯片和元器件只需要达到0℃-70℃。另外其它环境要求,比如湿度,发霉,粉尘,盐碱自然环境(海边,雪水,雨水等),EMC,以及有害气体侵蚀等,都高于消费类芯片的要求。

第二,汽车电子元件不容许出现失误,运行性稳定要求极高。

汽车在行进过程中会遭遇更多的振动和冲击,车规级半导体必须满足在高低温交变、震动风击、防水防晒、高速移动等各类变化中持续保证稳定工作。另外汽车对器件的抗干扰性能要求极高,包括抗ESD静电,EFT群脉冲,RS传导辐射、EMC,EMI等分析,芯片在这些干扰下既不能不可控的影响工作,也不能干扰车内别的设备(控制总线,MCU,传感器,音响,等等)等。

第三,汽车芯片的设计使用寿命要求更长,故障率更低。

一般汽车的设计寿命都在15年50万公里左右,远大于消费电子产品寿命要求。

二是故障率要求。零公里故障率是汽车厂商最重视的指标之一,而要保证整车达到相当的可靠性,对系统组成的每一个部分要求是非常高的。

由于半导体是汽车厂商故障排列中的首要问题,因此车厂对故障率基本要求是个位数PPM(百万分之一)量级,大部分车厂要求到PPB(十亿分之一)量级,技术文章可以说对车规级半导体的故障率要求经常是,“Zero Defect”故障零忍受。

相比之下,工业级芯片的故障率要求为<百万分之一,而消费类芯片的故障率要求仅为<千分之三。

第四,注重安全,需要极高的产品一致性。

车规级半导体在实现大规模量产的时候还要保证极高的产品一致性,对于组成复杂的汽车来说,一致性差的半导体元器件导致整车出现安全隐患是肯定不能接受的,因此需要严格的良品率控制以及完整的产品追溯性系统管理,甚至需要实现对半导体产品封装原材料的追溯。

第五,长期有效的供货周期。

汽车半导体产品生命周期通常会要求15年以上(即整车生命周期均能正常工作),而供货周期,则可能长达30年。因此对汽车半导体企业在供应链配置及管理方面提出了很高的要求,即供应链要可靠且稳定,能全生命周期支持整车厂处理任何突发危机。

相比PC端的芯片,汽车上的芯片难度是巨大的,除此之外还需要控制成本,能耗,等等。

最后即使研发出符合汽车规格的芯片,这才算拿到的入场券。汽车行业的研发周期一般达到了2年左右,这对于很多小企业根本无法支撑这么长的周期。

除此之外,汽车芯片还需要承担巨大的责任,PC端的芯片损坏最多导致电脑或者手机死机,但汽车是和安全息息相关的。在后期长达十年或者几十万公里的用车周期中,如果是由汽车芯片设计导致的安全问题,意味着将承担责任。

对于资金实力相对较弱的中小企业而言,很可能因此而陷入困境,以致于再也不能进入汽车供应链。汽车半导体关于安全和可靠性的连带责任问题,也会使众多厂商对做出进入车规级市场的选择慎之又慎。

由于上述汽车半导体产业的高标准和高门槛,把大量缺乏资金实力,缺乏产业配套资源,并且想要快速做出芯片投放市场取得效益的半导体厂商拒之门外。缺乏新玩家的进入,也使得现有汽车半导体企业(Tier2)、零部件供应商(Tier1)、整车厂商(OEM)已形成强绑定的供应链关系,对新进企业构成坚实的行业壁垒。

写在最后:

上世纪五十年代,汽车制造中所采用的半导体(包含芯片、传感器等等)产品还不到制造总成本的1%。如今,其成本已经可以多达总成本的35%,并且预计到2030年将增加到50%。

智能汽车的发展也造就了汽车半导体全球市场的快速增长。有数据表明,目前欧洲汽车半导体2019年产值达到150.88亿美元,占到全球汽车半导体总产值的36.79%,为全球第一。

美国贡献了全球第二大汽车芯片收入规模,达到133.87亿美元,占全球32.64%。

日本汽车半导体2019年产值达到106.77亿美元,占比在26.03%。而中国大陆2019年汽车半导体实现销售收入仅为10亿美元左右,占比不到3%,和欧美日相比,差距很大。

但也不用气馁,中美贸易战让中国汽车工业更加注重汽车产业的供应链上游建设。目前中国汽车市场也涌现了一批像寒武纪、地平线、西井科技(下期分析中外汽车芯片公司的实力差距)等等的芯片设计公司。未来,希望这些企业可以冲出重围,为中国成为智能汽车强国贡献力量。

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