近来，汽车零部件领域的两条消息，受到业界广泛关注。
4月14日晚，比亚迪发布公告，称其全资子公司深圳比亚迪微电子有限公司重组完成，并已更名为比亚迪半导体有限公司(以下简称“比亚迪半导体”)，并将谋求上市。
两天后的4月16日，德国英飞凌科技有限公司宣布完成收购美国赛普拉斯半导体公司。由此，英飞凌不仅将跻身全球半导体制造商前八位之列，而且还将成为全球最大的汽车半导体供应商。
在全球疫情肆虐、车市滑坡的情况下，汽车半导体产业却逆势向前，呈现了强劲的发展势头。
中国汽车工业协会顾问杜芳慈在接受《中国汽车报》记者采访时说：“在汽车产业变革和新‘四化’背景下，汽车半导体有空前的发展机遇，也是零部件技术前沿竞争的焦点之一。相关企业要想赢得竞争，就必须及早行动。”
绕不开的IGBT芯片
2019年，中国汽车产销分别完成2572.1万辆和2576.9万辆，虽然同比分别下降7.5%和8.2%，但产销量已经连续11年蝉联全球第一。在产销量领先的同时，汽车半导体产业却令人忧虑，其中作为汽车重要零部件之一的IGBT(绝缘栅双极型晶体管)芯片仍有90%以上依赖进口。
IGBT芯片是汽车功率元器件之一，因设计门槛高、制造技术难、投资大，被称为电动汽车核心技术的“珠穆朗玛峰”。此前，该技术主要掌握在跨国公司手中。相比燃油汽车，新能源汽车尤其是纯电动汽车的IGBT芯片需求量更大。
人们常说的IGBT实际是IGBT芯片的简称。一般情况下，IGBT晶体管并不是直接使用在汽车上，而是通过集成于芯片之中的形式体现自己存在的价值。即使是IGBT功率管，也需要通过一整套电路来保证其性能的发挥。在汽车电子设备中，一个模组包含若干芯片，一个芯片包含若干IGBT晶体管。由IGBT组成的芯片与动力电池电芯并称为电动汽车的“双芯”，是影响电动汽车性能的关键。在一辆纯电动汽车中，IGBT芯片约占电机驱动系统成本的一半，而电机驱动系统占整车成本的15%至20%，也就是说IGBT芯片占整车成本的7%至10%，是除电池之外成本名居第二位的零部件，也决定了整车的能源效率。而且除电驱动系统外，整车包括高压充电机、空调系统等多个电气组件均必须使用。
通常情况下，汽车IGBT芯片的应用，主要在汽车的五个领域，分别是功率器件、传感器、处理器、专用集成电路、逻辑电路等。其中，传感器、MCU(微控制单元)和功率期间最为常用，又属MCU占比最高，其次是功率器件，其主要应用于汽车动力控制、照明、燃油喷射、底盘等系统。
传统燃油汽车中，功率IGBT芯片主要应用于启动、发电和安全领域，新能源特别是纯电动汽车普遍采用高压电路，当电池输出高压时，需要频繁进行电压变化，对电压转换电路需求提升，此外还需要大量的DC-AC逆变器、变压器、换流器等，这些对IGBT、MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管)、二极管等半导体器件及芯片的需求量更大。
区别于消费芯片及一般工业芯片，汽车芯片面临的工作环境更为恶劣，温度范围可宽至-40℃至155℃，还须适应高振动、多粉尘、电磁干扰等环境。由于汽车涉及人身安全问题，汽车芯片对于可靠性及安全性的要求也更高，一般设计寿命为15年或20万公里。“车规级”芯片需要经过严苛的认证流程。一款芯片一般需要2至3年时间完成车规认证才能进入整车厂供应链;而一旦进入之后，一般也能拥有长达5至10年的供货周期。
2017年，全球IGBT芯片和模组的市场规模为40.6亿美元，约占全球功率器件市场总规模的19%。其中，IGBT芯片和模组的市场规模分别为10.3亿美元和30.3亿美元。仅英飞凌、日本三菱、富士电机、安森美、ABB等五大公司的市场份额就超过70%。
在芯片产业链上，上游主要是芯片制造所需的原材料和生产设备;而芯片的生产工序主要涉及芯片设计、晶圆加工、封装和测试。目前，国内有多家企业进军汽车芯片产业，但大多是只聚焦于某一环节。比亚迪半导体业务主要涉及功率器件、智能控制芯片、智能传感器及光电器件，是国内屈指可数的拥有芯片设计、晶圆制造、封装测试和下游应用在内的垂直贯通全产业链的企业。比亚迪半导体主要应用市场为汽车领域，有车规级IGBT芯片。同时，比亚年还推出了指纹识别芯片和影像传感芯片，以及汽车级多合一电流传感器等数字逻辑芯片与传感器产品。
中车集团子公司中车时代电气股份有限公司(以下简称“中车时代”)，近年来也在研究IGBT芯片制造、特别是在封装工艺上有所创新。“一方面基于我们开发的技术，进一步降低性能宽度范围，节约了制造损耗，另一方面在协调性方面比现有的产品有了很大提高。”中车时代副总工程师刘国友向记者介绍。
“芯片定义汽车，已经成为业界共识。”地平线公司创始人兼首席执行官余凯表示，以前，汽车供应链的关键是发动机，今后可能是上游的芯片。因此，保证供应链的安全，需要各界共同促进这一行业的健康发展。
亟待解决的“痛点”
与普通芯片相比，汽车芯片在设计方面要求很高。另外，功率器件芯片的散热设计比集成电路要求更高。“当前涉足汽车芯片的国内企业屈指可数，国内主要上市公司的规模相对国外芯片企业体量偏小，国内汽车领域芯片主要依赖进口，自主芯片在汽车领域的占比极低。”上海(华为)海思技术有限公司战略与业务部总监鲍海森说出了行业的“痛点”所在。他认为，当前国内汽车芯片主要在信息、娱乐、导航系统方面有些产品应用，而在汽车核心控制领域，像动力控制、底盘、车身等系统中，自主芯片极度欠缺。
至今，IGBT芯片技术已经发展了近30年，技术也已经发展到了第6代，主要技术瓶颈是器件可靠性与电荷稳定性问题。其原因在于，国内企业在IGBT领域工艺基础薄弱且产业化起步较晚，在设计、测试以及封装等核心技术方面还积累不够。国内较大的IGBT芯片制造企业斯达公司、比亚迪几乎都是从2005年才起步，而汽车芯片巨头之一的英飞凌早在1999年就从西门子拆分出来，之前就已经有了很深厚的技术积累，技术差距短期内很难追平。从国内IGBT企业布局来看，中车时代、比亚迪等均主要为高铁和新能源汽车做配套，主要产品是第四代，与国际龙头企业的第六代产品仍有差距。
同时，国内没有先进的晶圆代工厂也是一大瓶颈。从全球的IGBT芯片市场来看，95%以上的市场由跨国公司占据，国产IGBT产品占有率不到5%，而且基本在国内。调查显示，去年全球汽车芯片产业营收规模约为3000多亿元，中国市场约占1/3，但目前市场几乎仍为跨国企业所把持。近年来，台积电的芯片代工已渐成规模，成为了苹果、高通以及华为自研芯片的主要代工厂，但其芯片制造设备对美国具有很大的依赖性，在美国对华为的步步紧逼之下，为了防止市场风险，华为芯片的代工也逐渐转向了国内芯片制造公司。
当前，仅有台积电和韩国三星电子两大企业有先进的5纳米级芯片加工制造工艺，目前国内较先进的芯片，是华为自主研制的7纳米级芯片麒麟990。生产芯片的关键设备是光刻机，先进光刻机技术，掌握在荷兰阿斯麦尔(ASML)手中，中国企业曾于2018年斥资8.4亿元向阿斯麦尔公司订购了一台极紫外光刻机(EUV)，以谋求在7纳米级技术上有所突破，但因为种种原因一再推迟，最新消息是要到今年年中才能供货。极紫外光刻机相较于普通的深紫外光刻机(DUV)的不同之处在于，在加工成芯片的过程中，最为核心的就是紫外线曝光步骤。而由光刻机激光器发出的紫外光对芯片加工工艺有着关键的影响，芯片加工精度的提高与光源的波长有着紧密的联系。目前加工芯片应用最为广泛的是深紫外光刻机，其加工芯片的极限为7纳米，精度再高者只有使用极紫外光刻机。当前，在全球仅有阿斯麦尔公司独家掌握极紫外光刻机制造技术，其垄断地位自然决定了EUV光刻机的价格高昂。
国内的芯片核心制造技术短期内难以解决，汽车芯片产品还存在入门晚、企业少、规模小、技术实力弱，并且各自为战、尚未形成合力的现状。再加上疫情倒逼，我国汽车芯片产业自主化发展迫在眉睫。罗兰贝格企业管理(上海)有限公司执行总监时帅表示，一块车规级芯片出货量要达到300万片以上，企业才能达到盈亏平衡，从中国智能座舱的渗透率和智能汽车的销量看，短期内，国内芯片企业还无法实现300万片的份额。事实上，即使捷径的国际化道路，除了技术竞争日趋激烈以外，还存在一些大国人为封锁技术、国际贸易摩擦加剧等不确定因素。
对此，中车株洲电力机车研究所有限公司首席技术专家郭淑英认为，随着我国新能源汽车走向高质量发展，对汽车芯片的要求也越来越高，其中不仅对性能提高了要求，而且对能耗和环境适应性、电池兼容性提出了更高要求，此外，还对与之相适应的配套开发、体系开发的外部环境也提出了要求。“我国汽车芯片大多数依赖进口，一旦出现供应链断裂情况，电动汽车的发展会受到限制。加快国产化替代，是汽车芯片行业亟待解决的问题。”她强调。
在汽车芯片相关的软件设计环节，国内行业应用较多的电子设计自动化EDA工具，长期以来被美国垄断，如果美国停止供应，设计领域将面临着断供风险。清华大学电子工程系教授汪玉认为，从产业链角度，除了原材料之外，中国在系统软件方面与发达国家相比还存在很大差距。当前，国内还没有国产化的软件平台。
近来，疫情对欧美日汽车产业的影响尚未看到转折点，欧美大批整车和零部件企业的阶段性停工减产，对整个汽车产业链包括芯片产业链形成了持续冲击。就连博世这样的零部件巨头也产生了危机感。4月18日，在中国电动汽车百人会举办的第四期“2020汽车产业形势与政策高端研讨会”线上研讨中，博世(中国)投资有限公司政府事务总监于鑫表示，博世生产的主要是自用的特殊芯片，应用在如安全气囊系统、驾驶员辅助系统、发动机管理系统、变速器控制系统、电池管理系统，以及车载通讯系统和交流发电机电子元器件等，但还是需要大量采购。芯片生产的两道主要工序中，第一道工序是晶圆制造，生产地主要在发达国家;第二道工序是封装，生产地在东南亚的较多，如马来西亚、菲律宾等国。现在这些工厂都关闭了，能不能保证5、6月份汽车电子元器件供应还是未知数。
时帅表示，2020年，中国汽车市场的降幅可能达到8%至12%，欧美汽车市场的降幅可能达到20%。他认为，虽然中国的疫情控制取得了阶段性胜利，但由于汽车产业链较长，高度依赖进口的汽车芯片产业依然会受到影响。
自主研发或是惟一通途
“汽车进入到智能化时代，真正处于主导地位的技术是芯片和软件，它们使供应链从过去的塔状垂直结构变成了环状扁平化沟通结构。这种变革加速了汽车在智能化时代的进化速度，汽车业必须适应这种全新要求。建立更加开放融合的合作生态。进化速度是企业在变革期最重要的决胜因素。”恰如地平线公司市场拓展与战略规划副总裁李星宇所言，芯片的重要属性，决定了很难长期依赖他人，只有自主研发或是惟一通途。
很多企业都注意到了这个问题，如特斯拉公司一直在发展自己的芯片，早在2014年，特斯拉第一款量产车型Model S上，就搭载了包含自主研发的汽车芯片的ADAS组件，之后不断迭代升级。至于为什么要自主开发芯片，特斯拉方面解释说，这是为了满足处理海量真实数据处理的巨大需求，同时实现较低的功耗和经济性的硬件成本，特斯拉进行自行芯片研发，从而能更加精准满足特斯拉对于车辆功能的设计及优化。
汪玉认为，制造芯片应该是定义芯片的过程，一定要找到应用领域。因此，车厂应该和芯片企业紧密合作，这也是未来的趋势。在比亚迪半导体的内部重组中，正是贯穿着这一思想。通过内部重组，比亚迪半导体受让宁波比亚迪半导体有限公司100%股权和广东比亚迪节能科技有限公司100%股权，并收购惠州比亚迪实业有限公司智能光电、LED光源和LED应用相关业务，集中了比亚迪内部的所有相关资源。比亚迪认为，与比亚迪电池业务拆分的逻辑相同，半导体业务也是规模经济，只供应比亚迪的终端产品，无法达到半导体业务良性发展的规模需求，没有足够的出货量保证，自建供应链在某个阶段开始，就从优势变成劣势，即成本无法继续降低、投入难以继续加大、成本就会逐渐上升，而跳出这种恶性循环的途径，就是将供应链企业独立，以破除客户担心，进入更大市场来满足半导体与电池对规模的要求。
汽车芯片与消费电子的芯片产业也有不同，消费电子芯片市场年出货量可达千万级别以上，供应自己的终端产品完全可以满足对规模的要求。但在汽车芯片领域就很难做到，如比亚迪半导体，即便比亚迪汽车所有IGBT芯片都采用自家产品，出货量也有限。据第三方研究机构估算，比亚迪新能源汽车中，自供IGBT芯片比例应超过70%，由此推测比亚迪车规IGBT模块2019年出货量约为20万套，营收约为6亿元，再加上工业控制领域的进展，年营收或超10亿元。
当前，全球汽车年销量约9000万辆，新能源汽车销量也过百万辆，IGBT芯片的市场容量其实非常大。根据全球最大IGBT芯片供应商英飞凌2019年财报，全球IGBT功率管与模组2018年市场规模达到62.24亿美元，同比增长17.4%;其中英飞凌独占28.6%市场份额。竞争加剧的背景下，比亚迪半导体要突破规模限制，惟一的方法就是独立参与市场竞争。外界认为，科创板开设以来，众多半导体公司前赴后继上市，再加上政策对半导体产业支持，让资本趋之若鹜。比亚迪半导体此时独立并准备谋求上市，也就并不意外了。
业内对汽车芯片市场前景非常看好。鲍海森认为，汽车芯片相对于传统消费类芯片，具有市场份额非常稳定、产品规模、销量随汽车智能化程度和汽车市场销量稳步增长的优势，年复合增长率可达12%左右，尤其随着汽车“新四化”趋势，为自主芯片带来新的切入机遇。
在国内，业界对于芯片的自主研发一直热议不断，至今基本形成了较为统一的意见，主要包括，一是营造环境，由相关部门牵头制定保证汽车芯片产业健康发展的政策和相关标准，创造适合产业发展的良好环境;二是推进发展，鼓励相关行业进入汽车芯片领域，规划从原材料到母机、芯片到系统的完整芯片产业体系架构，促进产业有序发展;三是加快自主化，建立芯片供应商与主机厂、大学、科研院所之间的合作关系，聚合力量，攻关开发关键核心技术产品，加快国产化替代步伐;四是扩大开放，鼓励外企把包括晶圆生产、封装、测试等产线转移到中国，避免今后意外事件对汽车产业的影响;五是吸引人才，利用当前许多国外院所、企业大规模减员裁员时机，吸引海外人才;六是组建产业联盟，围绕行业不断进行交流、研讨，共同推动产业发展。
时至今日，国内企业也在努力追赶国际水平，除了中车时代、比亚迪拥有第四代IGBT芯片技术之外，产业链商的核心技术之一光刻机也在逐渐取得新进展。3月份以来，中国安芯半导体公司陆续有两台光刻机出货，其国产化率高达70%，并且已经交付使用。其中一台光刻机的用户是海康威视，主要用于医疗检测制品。目前，我国国产光刻机的整体水平大致在90纳米左右，中科院在22纳米光刻机技术自主研究上有所进展，虽然比国际先进水平5纳米还有差距，但毕竟已经迈出了自主研发的重要一步。至今，我国成立的国家集成电路产业基金前期投入已经达到3387亿元，目的就是为了扶持国产芯片、光刻机等半导体行业发展。
汽车正进入新“四化”发展阶段，大量计算、通信、控制技术会更广泛应用于汽车及车联网等相关领域。前不久，由国家发改委等11个部委联合发布的《智能汽车创新发展战略》，其中明确提出要突破关键基础技术，着力推进车载高精度传感器、车规级芯片、智能操作系统、车载智能终端、智能计算平台等产品研发与产业化，建设智能汽车关键零部件产业集群。由此可见，国内车规级芯片产业将迎来巨大的发展机遇。
近年来，消费电子芯片巨头开始“集体跨界”进入汽车产业，高通、英伟达、东芝等跨国芯片巨头占据了汽车芯片市场的绝对优势。近两年来，伴随着比亚迪、华为等企业加大投入，我国自主品牌汽车芯片逐渐浮出水面，填补了国内汽车芯片的空白。但与此同时，特斯拉等造车新势力，以及博世、英特尔、英飞凌等国际巨头也以快节奏、大手笔的研发，展示出其对汽车芯片市场势在必得的决心。汽车芯片产业竞争格局尚未最终形成，仍将面临严峻的竞争环境。
值得注意的是，华为也正在快速切入汽车芯片领域，IGBT芯片成为其新目标。由此，如果加上华为已经拥有的巴龙、麒麟系列芯片和鸿蒙操作系统，构建智能汽车生态所需的硬件和软件基础正逐步形成。
4月20日，最为芯片上游材料供应商的上海硅产业集团股份有限公司正式在科创板上市。上市首日暴涨180.46%，至4月22日上午收盘，仍呈现出良好的涨势，总市值超过295亿元。由此可以看出，资本市场对芯片产业寄予厚望。
“在如今复杂多变的市场形势下，如何持续推动汽车芯片等新技术的自主创新，进而在以智能汽车为代表的新一轮汽车产业竞争中抢占先机，是国内汽车产业所面临的共同课题。”中国市场学会营销专家委员会秘书长薛旭向《中国汽车报》记者表示，通过自主发展，尽快追赶和超越，是行业共同的使命。
关键词：
