得車“芯”者得天下！最強汽車芯片誰打造？

2023年12月5日-6日，由中國汽車工業協會和中國電子科技集團有限公司共同主辦的“2023全球汽車芯片創新大會暨第二屆中國汽車芯片高峰論壇”在無錫舉辦。本屆芯片大會以“共享中國機遇·共謀創新發展·共贏產業未來”為主題，設置了“1場高層峰會、1場主旨論壇、4場主題論壇”共6場會議。其中，在12月6日下午舉辦的“全球汽車芯片創新成果”主題論壇上，來自芯片領域的多位專家和企業高層，分別圍繞著功率器件、傳感器、MCU、SoC等細分領域的新產品和新技術，以及汽車芯片測試評估和高可靠封裝解決方案等熱點話題進行了交流和探討。

汽車芯片市場潛力巨大

當前，汽車向電動化、網聯化、智能化方向發展的速度加快，汽車中芯片的使用數量以及性能指標要求成倍增長，汽車芯片在現代汽車中的重要性進一步提升，汽車芯片產業已經成為支撐汽車工業發展的核心產業。

是德科技（中國）有限公司解決方案工程師顏振龍分享了一組來自McKinsey的數據，預計到2025年，國內汽車半導體行業規模將達到180億美元；到2030年將達到290億美元。對比來看，2019-2030年國內外汽車半導體復合增速分別為13.8%和7.8%，國內汽車半導體增速顯著高于國外。相應地，國內汽車半導體在全球半導體市場中所占的份額也將從2019年的27%提升至2030年的40%。

從燃油車到智能電動車，千億級規模的車載半導體市場正冉冉升起。尤其是在智能電動汽車時代，得車“芯”者得天下，汽車芯片成為各路諸侯必爭之地。基于此，顏振龍認為，這塊巨大的蛋糕吸引行業進入了群雄逐鹿的博弈時代，集聚效應將引來更多金鳳凰，同時在“缺芯”事件催化下，進口替代趨勢將加速，從而推動國內車載半導體增速大幅度提升。

顏振龍將汽車芯片形象地劃分為五大功能，分別是汽車的大腦、眼睛、心臟、神經網絡和記憶網絡。其中，主控芯片是汽車的“大腦”，所以也是兵家必爭之地，主要包含自動駕駛芯片和智能座艙芯片，需具備強大的算力和低功耗，在滿足大量數據計算的同時，降低功耗以實現電動車較好的續航里程。

傳感芯片是汽車的“眼睛”，主要用于探測、感受外界的信號，并將探知的信息轉變為電信號或其他所需形式傳遞給其他設備。具體包含CIS、MEMS、電流傳感器、磁傳感器、陀螺儀、VCSEL芯片和SPAD芯片（用于激光雷達）。

功率芯片是汽車的“心臟”，主要進行能源的供給。該類芯片主要用于保證和調節能源傳輸，以分立器件為主。具體包括電源管理芯片、晶體管（IGBT、MOSFET）等，主要用于控制電路中電流的開閉、流向和大小，對新能源汽車尤為重要。新能源汽車中的功率半導體包括電機逆變器、DC/DC、高壓輔助驅動和 OBC 充電器等。

通信芯片是汽車的“神經網絡”，目前首選是車載以太網，主管著整個車輛的神經脈絡，“外事不決問wifi，內事不決找以太”。通信芯片主要用于發送、接收以及傳輸通信信號，包括基帶芯片、射頻芯片、信道芯片、電力線載波通信芯片等。

存儲芯片是汽車的“記憶網絡”，主要用于數據存儲功能，具體包含DRAM（動態存儲器）、SRAM（靜態存儲器）、FLASH（閃存芯片）等。

面對如此數量眾多、功能不同的芯片，標準化與可靠性問題成為亟需解決的難題。中國電科首席專家王育新強調，車規級芯片制造過程追求“零缺陷”，壽命要求達到15年以上，應用于高安全控制器的芯片更是要求故障率低于十億分之一。可以說，在新能源與智能化時代，汽車芯片是集成電路種類、性能、功能與質量可靠性的典型代表。

在標準化建設中，上海芯旺微電子技術股份有限公司產品總監盧恒洋解釋到，半導體芯片在ISO 26262中遵循的是SEooC（Safety Element out of Context，獨立于環境的安全要素）開發過程，也就是芯片作為一個要素，并沒有直接參與到整車環境的開發過程中。這也意味著芯片并沒有明確的安全要求；MCU可能用在各類的ECU中，每個不同的ECU可能都會有不同的硬件環境和整車環境。

對此，盧恒洋的解決方案是，我們可以通過對應用的假設來獲取安全要求，只要違反安全目標的故障就會被用于失效率的測算。因此，SEooC的假設尤為重要，因為只有假設的失效模式越多，芯片安全機制才會覆蓋得越多，最終計算出的失效率才越有實際意義，也就意味著這種標準下的芯片更加安全可靠。

傳感器芯片迎來新機遇

智能駕駛的高速發展給汽車傳感器芯片帶來了新機遇。

據河北美泰電子科技有限公司總經理吝海峰介紹，一輛汽車中有超過50顆MEMS傳感器芯片，而MEMS壓力傳感器和慣性傳感器又是使用最廣泛的傳感器芯片。至少有18個汽車應用領域將促進壓力傳感器的增長，如汽車空調熱管理壓力、電池包壓力、輪胎壓力、剎車壓力、側面氣囊、大氣壓力與廢氣再循環壓力等。而慣性傳感器占比超過一半，主要應用于安全氣囊碰撞檢測、側翻檢測、車身穩定系統、空氣懸架、高精度定位、T-BOX、防盜系統等。

吝海峰認為，MEMS是集成電路技術的延伸，更是一種加工方法，未來將趨向于微小型化發展，市場潛力巨大。從全球范圍來看，根據預測，從2022-2028年，MEMS全球市場規模將以5%的年復合增長率，從145億美元增長到200億美元。其中，消費類市場因消費電子需求量下滑，預計僅有4%的增長率；而因持續受益于日益增加的對無人駕駛功能的需求，全球汽車市場的應用規模將達到41億美元，年均增長7%。

從國內市場來看，自主品牌正在全面布局芯片國產化。目前，國內芯片企業已突破全部關鍵技術，正在加快產品開發和產能建設，汽車企業也在加快驗證和批量裝車。

據預計，到2025年，我國自主品牌新能源汽車對MEMS傳感器需求約為4.3億只，其中MEMS壓力傳感器約2億只，MEMS加速度傳感器約1.5億只，IMU和陀螺儀約0.8億只。從市場規模來看，2022年我國汽車MEMS壓力傳感器市場規模為60億元，預計到2027年將達到100億元。MEMS慣性傳感器市場規模2022年為77.4億元，預計到2027年將達到125.7億元，國產化潛力巨大。

邁來芯電子科技（上海）有限公司資深現場應用工程師王國偉認為，在汽車創新的世界里，傳感器芯片是無聲的英雄，它可以令車輛實現精確的控制、響應能力、可靠性和安全性，這些技術奇跡推動著汽車從泵和真空（機械）到線控操作變革（電子）的演變。

功率器件產業快速增長

新能源汽車和新能源發電等中低壓應用推動了碳化硅功率器件產業的快速增長。數據顯示，目前全球功率市場的規模大約為200億美元，預計到2027年將增長至305億美元，其中硅MOSFET和IGBT占比約60%。此外，SiC（碳化硅）功率半導體市場的規模大約為20億美元，預計到2027年將達63億美元，市場滲透率約從10%增長到20%。

中國電子科技集團公司第五十五研究所、中國電科首席專家柏松分析了碳化硅功率MOSFET的技術發展趨勢及研究進展。對比Si MOSFET，SiC MOSFET有著電流密度高、全溫區損耗變化小、高溫特性好等優勢；對比Si IGBT，SiC MOSFET有著非常低的開關損耗、更低導通損耗、更高功率密度等優勢。憑借著上述優勢，SiC功率器件在新能源汽車、光伏發電、儲能、風電、工業電機、消費電子、軌道交通、高壓輸變電等多個領域均有廣泛應用。

在研究方向上，柏松認為，解決高可靠、高電流密度碳化硅MOSFET器件設計、制造、封裝等問題是實現持續增長的關鍵。碳化硅在電網、軌道交通等高壓領域的應用優勢已得到初步展示，未來亟待聯合攻關實現批量工程應用。

無錫利普思半導體有限公司聯合創始人、總經理丁烜明認為，整車續航里程與充電效率的雙重需求對SiC提出了更高的要求。目前，SiC功率半導體和800V高壓架構，成為電動化2.0時代的核心使能技術。得益于SiC在整車中的廣泛應用，小三電高壓化可滿足寬電壓、集成化及低成本的需求，800V超級快充10min將可充電至約80%。

據丁烜明預測，未來5年，增長最快的將是800V SiC，其次是主要用于800V四驅車輛輔驅的800V IGBT和400V SiC的份額將先有所增長，然后開始下降。未來一段時間內，大部分車企的800V平臺和400V平臺仍將處于共存階段。因為雖然大部分車企均有800V平臺的相應規劃，但不同企業對應用800V的平臺策略有一定差別，最為積極的新勢力頭部車企將用800V平臺迭代現有平臺，其他OEM則相對較為穩健，會在部分高端車型上應用800V平臺。

如何推動SiC芯片技術的進步？丁烜明認為關鍵在于以下幾點：降低成本是永恒的目標；逐步實現6寸、8 寸 SiC 襯底產業化；寄望冷切割、高速拋光等晶圓加工技術發展推動降本增效；還有就是提高產品性能、提升產能和產品良性率。

其中，在加工技術方面，重慶平偉實業股份有限公司應用總監陳云喬所在的公司，已經在汽車級超薄雙面散熱工藝上獲得突破。該工藝在芯片設計方面，不僅考慮到Cu-Clip技術對芯片長寬比、厚度、面積、柵極位置、應力釋放等內容，還要對標國際頂尖特性，采用國內SGT-MOS制造工藝最領先、穩定的晶圓廠流片。在結構設計方面，充分使用ANSYS有限元設計軟件，做好理論計算和仿真模擬，將制造過程中的熱應力、機械應力、結構應力，全盤仿真，降低出錯幾率。

陳云喬認為，功率器件行業發展繞不開的話題就是對器件可靠性的研究。半導體的發展，將始終圍繞著更高的功率密度、更小的損耗、更輕薄的封裝以及更高的可靠性等方面展開研究。得益于高密度的芯片集成，未來MOSFET的體積會更加輕便，功率密度會得到進一步提升。

軟件如何定義汽車

在智能化時代，車輛架構正朝著以通用計算平臺為基礎、面向服務架構的方向發展。未來車輛差異化將更多體現在軟件和先進電子技術賦能的用戶交互界面和體驗層面，軟件將帶動汽車技術革新，引領產品差異化。因此，軟件定義汽車（software defined vehicles，SDV）成為大勢所趨。

兆易創新科技集團股份有限公司汽車產品部執行總監何芳認為，SDV帶來的汽車應用新變革主要體現在以下幾個方面：基于新型的E/E架構，SDV整車開發方式以軟件為導向，以服務車輛全生命周期為目的；基于云端后臺和OTA，在車輛全生命周期中，對既有和新增的功能將得以更高效的升級和部署；為實現功能的可升級性和可拓展性，需要預埋額外的硬件資源（如算力、傳感器、執行單元）；SDV將為汽車引入更多的基于服務的個性化使用場景 （如預期保養、電子商務）。

對于傳統OEM開發模式，SDV帶來的變革更是顛覆性的。比如，在整車平臺規劃上，不再以汽車量產作為研發終點，而是以整車使用的全生命周期作為考量；在電子電氣架構升級上，推動低成本、高度系統解耦的集中化電子電氣架構成為主流（域和區域控制器）；在軟件開發方面，OEM主導SDV軟件和基礎軟件平臺化，從而加大軟件開發力度；在硬件開發過程中，考慮到控制器的全周期可升級性，可以對核心部件算力進行預埋（如中央計算單元）。

在SDV的影響下，汽車產業鏈格局也發生了變化。主機廠加大自研比重，產業協作模式更加多元化。隨著主機廠提供的汽車越來越智能，功能安全的要求越來越高；隨著OTA升級更開放，信息安全的標準和要求不斷被提高；隨著ECU從分布式向集中化的演進，可靠性變得越來越重要。

其中，在產業協作方面，芯馳科技資深產品市場總監金輝認為，智能車時代，軟硬件之間必須在一開始就要協同，這樣可以優勢互補、合作雙贏。金輝建議，主機廠可以和芯片企業聯合開發，讓芯片公司進入整車項目開發流程，與車企共同定義新產品，多流程并行提速車企智能產品量產下線。