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在汽车供应链的江湖中,芯片绝对是近年来最热门的话题。在过去的几十年里,因为过于上游,市场和分工极其成熟,所以基本上是自成体系,低调赚钱。但近三年来,由于新能源汽车的快速普及,“缺芯”和“国际形势”的刺激,汽车芯片名声大噪。

一辆车有哪些芯片?汽车芯片的主要难点是什么?如果供应中断和技术封锁加剧,国产汽车芯片还能玩吗?

要理解这些问题,首先要从半导体器件的分类说起。半导体器件可以分为有源器件和无源器件。其中有源器件比较重要,这部分市场份额最大,市场份额超过80%。

再细分,有源器件又可分为数字芯片和模拟芯片:数字芯片是处理和存储离散数字信号的器件。模拟芯片是用于处理和提供模拟信号的设备。(注意:有时传感器是分开分类的)

那么数字芯片和模拟芯片在一辆汽车中起什么作用呢?

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模拟芯片和数字芯片在汽车上的应用

简单来说,大家熟悉的MCU和SOC,都属于数字芯片。他们是芯片中的“网络名人”,引起了科技圈和资本市场的关注。在社交媒体上,英伟达、高通和地平线的名字随处可见。

而汽车中数量多、种类多、工作量大、设计门槛高的则归为模拟芯片。他们更像是学校里的“三好学生”,成绩优秀,乐于助人,也是导师的左膀右臂,比如德州仪器,阿迪,纳新威。

网络名人,你听过不少。今天主要来玩一盘这三个好学生。来表达我对三好学生的敬佩。

模拟芯片作为声、光、温度等信号的处理器,是“连接数字世界和物理世界的桥梁”。从电动车高低压系统的连接转换到语音控制、车载大屏、感应雨刷、智能车灯、香味系统、氛围灯、座椅通风加热等等,现在买车大家关心的这些功能,都必须用模拟芯片来实现。

由此,在B级新能源汽车中,模拟芯片自行车从160辆增加到近400辆。

这400款模拟芯片根据不同的应用场景和信号类型分为五类:

1.?传感器模拟芯片,主要用于接收和处理各种传感器的模拟信号,如温度传感器、加速度传感器等;

2.?电源管理芯片主要用于检测和调整电压、电流、功率等参数;

3.?驱动芯片,主要用于控制电机、电磁阀等各种执行器;

4.?模拟信号处理器主要用于对模拟信号进行滤波、放大和变换,以提高信号的质量和精度;

5.?显示驱动芯片,主要用于驱动车载显示屏,如仪表盘显示屏、中控屏等。

除了专用模拟芯片,模拟芯片按功能分为两类:信号链模拟芯片和电源管理模拟芯片。

几乎所有的电子元器件中都有模拟芯片,这就造就了模拟芯片数量大的特点:种类多,数量大。

以新能源汽车特别需要的隔离芯片为例。从安全角度考虑,需要防止人体和低压设备受到高压或浪涌的冲击,这些高压信号需要隔离。新能源汽车中使用隔离芯片的模块有很多,包括OBC(车载充电器)、BMS(电池管理系统)、车内DC/DC转换器、电机控制驱动、CAN总线等等,所以对隔离芯片的需求成倍增长。

在模拟芯片领域,过去TI、ADI、英飞凌等国际厂商几乎垄断。现在,在某些类别中,国内制造商可以在技术指标、性能和价格方面与国际制造商竞争,如纳新威、盛邦威和艾薇电子。其中盛邦威主要专注于消费市场,纳新威更早嗅到了新能源汽车市场的机会,布局汽车产业。2016年发布首款汽车级芯片。

作为国内最早量产数字隔离器芯片的公司之一,纳芯威的数字隔离器产品在国内市场占有率第一,在全球市场也是一枝独秀。

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模拟核心车规芯片的难点在哪里?

盘点完国内外汽车和芯片公司的芯片种类和用途,再来说说为什么前段时间汽车圈缺芯,汽车要停产,总裁要“跳楼”,采购天天跪着!隔壁消费电子圈的华为,无奈买下了荣耀,但好像也没那么哭着抢地盘。

这里的问题核心就三个字,“车规”。与工业和消费电子芯片相比,车规芯片的可靠性、一致性、安全性、稳定性和长期性能有着更严格的标准。

原因很简单。手机上的芯片心不在焉。最多就是不好用。卡住了,重启。如果它真的生气了,就会砸手机。但是如果车的芯片出了问题,可能会有生命危险。

一款车规芯片的诞生,要经历产品设计、流片、封装测试、车规认证、打造算法工具链、功能安全认证、软件包开发,再到行业生态的完善和支撑。这每一步都有极高的要求。

比如在芯片设计阶段,对设计流程和人员认证都有严格的要求,包括服务器。

从样品到量产,还需要复杂的认证,包括安全专家、功能安全流程、产品认证,一般需要两年时间。

在质量验证阶段,一个芯片通常会交给第三方独立公司进行严格的测试认证,比如加速环境应力可靠性、加速寿命模拟可靠性、缺陷筛选等。整个检测过程大概需要半年时间,一旦中间出现问题,可能需要重新检测。

在这种严格的要求下,一个芯片要想达到车规,然后“车上量产”,大概就是要从青铜炼成王者了。

国产车评级芯片好不好?

汽车级芯片需求量大,质量要求高。那么,在贸易封锁的形势下,国内企业能否冲出重围?国产芯片可以玩吗?

不可否认,现阶段从性能、技术、制造、成本等方面,国际厂商都是相对领先的,甚至是遥遥领先。以前的汽车行业,为了安全、稳定、高效,国际企业几乎垄断,国内企业靠边站。但在目前的形势下,只有车企和汽车产业链能给国产芯片信心和耐心,给国产芯片测试、验证、考试、上车的机会,车圈和芯片圈能相互理解支持,协同创新取得突破,才能真正开启我们芯片的崛起之路。

好消息是,一些车企已经开始批量使用国货。比如2022年上半年,长安汽车使用国产芯片19万。在MCU、计算芯片、模拟芯片、传感器等领域,已经有芯片企业和产品可以有资格“上车”了。

当然,要求“客户爸爸”支持国产只是第一步。中国的芯片企业也需要尽快加强自身实力,加强基础研究和人才培养,提高自主知识产权,同时提高技术和产品质量,才能逐步获得车企的信任。

另一个挑战是,中国的芯片企业目前存在“小而散”的特点。中国半导体行业协会数据显示,2020年国内芯片设计企业将达到2218家。而销售额超亿元的企业只有289家,销售额低于100万元的企业多达1164家。同质化竞争严重,利润普遍不高。企业与国际芯片厂商竞争就更难得了。

这种小、散、弱的局面,要想创造奇迹,很可能一记重拳打在棉花上。只有国家和地方政府共同打造标准、制度、服务体系等产业发展的土壤,然后集中资源扶持、培育、历练少数有基础、有潜力的种子选手,才能逐步培育出芯片产业的独角兽,进而进化为具有国际竞争力的世界级企业。

有人说,未来十年是中国芯片产业的黄金十年。这种说法并不夸张。这是一个几乎所有员工都参与的芯片突破。在芯片圈铆足劲的时候,汽车圈、资本圈、学术圈,甚至每一个关心国产芯片的人,都需要给他们更多的信心、信任和耐心。

破釜沉舟,固步自封尝胆,助三千岳家终吞吴。

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