國內汽車半導體“缺芯”狀態下MUC自主產業化的現狀與展望

摘要：在當下新冠疫情和國外芯片技術封鎖的大形勢下，我國半導體行業既迎來了巨大的挑戰，也迎來發展國產自主化芯片的契機。中國是最大的汽車產銷量國家，無論從產業升級還是民族復興的角度，在汽車級芯片方面都大有可為。

關鍵詞：汽車半導體、汽車電子、MCU、新能源汽車、自動駕駛、集成電路、芯片。

1汽車及汽車半導體行業現狀

中國汽車工業協會發布的統計數據顯示，2020 年我國汽車產量為 2522.5萬輛，銷量為2531.1萬輛，同比去年分別下降了近2%，下降幅度卻比去年分別減少了5.5%和6.3%，我國的汽車產量和銷量連續12年高居全球第一。在全球爆發新冠疫情的前提下，全球大部分國家的汽車產銷量嚴重萎縮，我國汽車產銷量卻仍然保持著良好的態勢，這充分體現了我國汽車產業的強大恢復能力和中國經濟的強大韌性。預計2021年汽車銷量有望超過2600萬輛，同比去年增長4%。

根據 The Boston Consulting Group 預估，2020—2030年，全球汽車/電動車銷量年均復合增長率將約為 1%，而2030年全球總汽車銷量將增加至1.09億輛，但以汽油、柴油等傳統燃料為燃能源的汽車將被各種形態的電動新能源車來取代。未來10年，隨著消費者從傳統能源車轉換成新能源電動車的需求不斷擴大，并且隨著消費者對行車智能體驗的需求不斷增大，我們預期全球汽車半導體市場仍將迎來大幅地增長，超過20%的復合增長率是未來15年有望達到的，遠高于市場預期低于10%的增長。即使在 2020年全球純電動車的市場占比連5%都不到，但挪威在五年內將全面禁售燃油車，其他主流國家也計劃在2030—2040年全面禁售燃油車，因此可以大膽猜測：到了2035年，全球新型車輛的發布將超過50%為新能源車輛。特別值得一提的是，全球十大傳統車廠目前仍沒有放下燃油引擎技術的包袱，加之缺乏領先的電力驅動技術和優良電池技術，反而失了先機，將難以對抗新興電動車。

1.2汽車半導體現狀

2021年，受疫情影響，私家車作為較公共交通更加安全的出行方式，引起了車市的復蘇，這超出了大部分廠商的預期;國際主要的晶圓廠對疫情影響的錯誤預判，減少了產能，上游的減產使得全球半導體的總體產能出現不足;加之蓬勃發展的消費電子產業嚴重擠壓汽車業的產能，使得“缺芯”的狀況雪上加霜;此外自然災害也不期而至，美國得克薩斯州暴雪天氣、日本福島地震，這些非可抗力因素導致一些晶圓工廠停工、停產，這也就造成了半導體供應鏈“芯痛”現象愈演愈烈。汽車行業在這些因素下受到的影響首當其沖，成為此次全球最“缺芯”的領域。而最為慘痛的是，“芯痛”帶來的影響對汽車產業產生的鏈式反應也是環環相扣的，汽車供應鏈的“準時供應”被硬生生打斷，大眾、福特、豐田、日產等多家汽車制造商被迫采取停產、減產等措施。據波士頓咨詢旗下智庫Inverto統計預測，汽車芯片的短缺對于汽車產業的影響仍將持續半年甚至三個季度。

目前汽車半導體的生產制造都由國外品牌控制，國內車用半導體占有的市場份額微乎其微，甚至不足1%。國內 MCU、 IGBT、計算芯片等高端的芯片占有率更是基本可以忽略不計。遺憾的是，國內數千家半導體設計、生產公司的目標沒有放在車用半導體上，逐利的他們把精力都放在更容易產業化的低端消費類、工業市場上，通過相對較短的時間（3個月左右）出一款產品以殺價的形式迅速占有一定的市場份額，而很少有人布局，不愿意引入高端人才、投入更多金錢與時間放在高端產品的研發上。

中國作為現今世界上汽車最大的產銷國，在新能源技術、自動駕駛技術悄然而至的今天，產業升級是必由之路，高端車用芯片的布局是當前國內最為迫切的需求，汽車級半導體迎來了供給端質變的契機，而中國汽車半導體也有望趁此良機大力發展而擺脫的國外封鎖束縛。汽車電子技術日益成熟對半導體行業的最明顯的影響將是需求的加速增長。在當前特殊的全球貿易背景下，大國博弈愈演愈烈，再一次提醒我們實現自主可控有多么重要。而在市場容量僅次于手機的汽車芯片領域，關鍵零部件更不能被國外“卡脖子”。

汽車半導體器件主要包含MCU（車用微控制器）、功率半導體（IGBT、MOSFET等）、傳感器等等，而自動駕駛汽車所用的半導體器件還包含有ADAS、CMOS圖像傳感器、AI主控、激光雷達、MEMS等一系列產品。傳感器領域博世排名全球第一，主要是加速度傳感器、液位傳感器、氣壓傳感器、重力傳感器和IMU，基本上都是MEMS傳感器。英飛凌主要是磁傳感器、電流、壓力、雷達傳感器和MEMS麥克風。安森美主要是圖像傳感器。Melexis主要是電流、速度、壓力、磁、溫度、速度、光學傳感器。NXP主要是雷達傳感器。

MCU領域NXP主要是動力傳遞領域，包括EPS、ESP、發動機管理、變速箱管理、車身、空調、車燈、鑰匙和座椅領域。瑞薩主要是儀表、車機、發動機管理、電機控制和底盤，儀表和車機領域幾乎處于壟斷地位。英飛凌主要是ADAS、底盤、發動機控制、動力傳遞。ADAS領域幾乎處于壟斷地位。德州儀器主要是車身、照明、動力傳遞領域。MICROCHIP主要是車身和ADAS領域。

功率元件領域英飛凌主要是IGBT、MOSFET、驅動IC。意法半導體主要是SiC、MOSFET和驅動IC。博世主要是驅動IC、LDO。德州儀器主要是驅動IC和PMIC。安森美主要是MOSFET。

2汽車半導體刻不容緩國產替代需求

iSuppli公司調研報告稱，在一輛汽車中所配備的MCU一般占所有半導體器件的約30%。而隨著近些年新能源汽車的興起、汽車產業電動化、網聯化、智能化，這使得汽車電子化程度突飛猛進，單位車輛所需的MCU芯片已經達到300多顆，中國大陸一年使用的汽車級MCU芯片數量達到總數76億顆之多。

美國伯恩斯坦研究公司預計，2021年全球汽車芯片短缺將造成多達450萬輛汽車產量的減產?；氐絿鴥仁袌?，中國汽車工業協會2020年2月9日發布的數據顯示，1月，中國國內汽車產量和銷量分別達到238.8萬輛和250.3萬輛，環比去年12月份下降15.9%和11.6%，表明汽車芯片供應不足已影響到生產節奏，預計全年將有40萬輛的產能受到影響。根據IHS調研，短缺的部件與MCU有很大關系，而車用MCU芯片作為汽車電子系統內部運算和處理的核心，遍布汽車動力控制、車身控制、安全控制、行駛控制、信息處理等各個子系統，是汽車從電動化向智能化深度發展的關鍵。

目前國際半導體巨頭仍然牢牢掌控著中國內地車用MCU的市場。據IHS調研指出，目前臺積電生產制造的MCU約占全球汽車MCU市場份額的70%，全球MCU芯片供應排名前7的供應商占據98%的車用MCU市場。國內目前大概有100余家從事MCU的廠商。令人遺憾的是，約100個MCU廠商僅僅占據約5%的市場規模，其中大部分還集中在消費級和工業級領域，在車規級MCU市場中，中國內地生產的MCU的占有率微乎其微。同時近些年美國對于中國獲得高端芯片圍追堵截，并號召全球封鎖中國：其他國家不得將使用了美國技術的高端芯片和高精端設備銷售給中國，這是中國芯片之殤。

3 汽車電子未來發展方向

汽車電子是指汽車電子控制系統和各類車載電子信息網絡裝置以及汽車電力電子與電氣驅動控制等。汽車電子是現代汽車技術發展的最主要驅動力之一。汽車電子無可厚非的成為內燃汽車、電動汽車、智能汽車的共性關鍵技術。當今，汽車工業是使用微處理器（MCU）最多的工業，汽車電子的發展有利地促進了信息產業的發展。汽車電子是電子信息技術與汽車傳統技術的應用結合，可以分為車體汽車電子控制系統和車載汽車電子系統。目前，汽車電子技術已被廣泛應用于汽車發動機控制、底盤控制、車身控制、故障診斷以及音響、通訊、導航等方面，顯著提高了車輛的綜合性能，使汽車從代步工具成為同時具有交通、娛樂、辦公和通訊多種功能的綜合平臺。傳感技術、計算機技術、網絡技術的日益成熟，這些技術被廣泛應用于汽車電子，這促使了現代汽車技術更加智能化，“人、車、環境”之間的智能協調與互動愈發頻繁。汽車控制系統智能化體現在能夠主動協助駕駛員實時感知、判斷決策、操控執行上，其中“感知能力” 的獲取依賴于傳感器和互聯網提供的駕駛環境信息，電控單元通過算法軟件處理傳感器信號，分析判斷駕駛員的動作意圖，分析車輛自身狀態和駕駛環境，最終發出控制指令，執行層根據控制器的指令協助駕駛員操控汽車。汽車電子智能化這一趨勢在自動駕駛系統中體現得尤為突出。近年來，國家層面關于汽車電子頂層設計政策出臺密集，對車聯網產業、智能汽車產業提出了行動計劃或發展戰略，其中 2018 年年底出臺的《車聯網（智能網聯汽車）產業發展行動計劃》明確指出到 2020 年車聯網用戶滲透率達到 30%以上，新車駕駛輔助系統（L2）搭載率達到30%以上，聯網車載信息服務終端的新車裝配率達到60%以上的應用服務層面的行動目標。2019年2月28日，交通部部長李小鵬表示將加強部際協調，和相關部委建立跨部門的協同工作機制，力爭在國家層面出臺自動駕駛發展的指導意見。陸續出臺的汽車電子重磅政策不斷催化行業發展，尤其是自動駕駛的發展有望在政策的保駕護航下迎來發展的新紀元。

由于汽車向著電動化、網聯化、智能化方向發展，過去汽車的網絡架構為多個ECU相連的分布式架構，特點是低帶寬，扁平式網絡，每個應用都需要一個模塊，要實現今后汽車豐富的功能，需要布置很多模塊，會導致汽車電子的可靠性下降響應速度降低、重復計算占用寶貴資源，為此汽車功能模塊需要更集中、功能更安全、數據運算能力更高、信息更安全，進而要求芯片向著ASIC（Application Specific IntegratedCircuit專用集成電路）/SoC（System on Chip 片上系統）方向發展。

參考文獻：

[1]陳鵬.成功應對疫情挑戰，全年降幅收窄[J].汽車制造業，2020，（15）：1.

[2]夏金彪.缺“芯”蔓延 沖擊全球汽車業[N].中國經濟時報，2021-01-26（02）.

作者簡介：胡佳歡（1984-），男，吉林省四平市，江蘇集萃集成電路應用技術創新中心 ，工程師，碩士，研究方向：微電子學與固體電子學。