最近这两年,不知道大家有没有发现一个新的现象。

车企集体烧钱造芯片,单纯为了炫技?

无论是哪家车企的发布会,都会高频次地出现一块并不起眼的小东西——芯片。

就拿7月底的蔚来NIO IN创新科技日来说,就宣布全球首颗车规级5nm智驾芯片“神玑NX9031”成功流片(已经做好大规模量产的准备)。

蔚来官方表示,这块芯片拥有超过500亿颗晶体管,仅仅1颗的算力就能抵上4颗英伟达Orin X芯片,也就是算力超过1000TOPS,听起来非常唬人。

而到了8月底,小鹏MONA M03暨小鹏十周年发布会上,何小鹏现场宣布小鹏自研的自动驾驶芯片“图灵”流片成功。

它专为AI大模型研发,不仅仅可用于智驾系统,还可用于机器人、飞行汽车等等,拥有40核处理器,更高可运行大模型参数30B(数据量和苹果的MM1大模型相当)。

虽说现场没有公布制程和算力,不过何小鹏也透露,图灵芯片在性能上可以匹敌3颗“主流智驾芯片”。

虽说并没有指名道姓是英伟达Orin X,但大家应该也能猜得到。何小鹏选择含蓄表达,大概是考虑了双方紧密的合作关系吧。

除了这两家新势力之外,吉利芯擎科技也推出过龙鹰系列智能座舱芯片,以及AD系列智能驾驶芯片:

比亚迪、上汽、东风、长城、长安等传统品牌,也曾曝出、或是正在进行车规级芯片的自主研发工作,好像这年头不搞芯片,在外人面前就抬不起头来似的。

那么,车企造芯片,单纯是为了炫技吗?

是,但又不全是。

从技术角度来讲,做芯片确实比做三电要难上不少,不然也不会在这么长的时间里被国外卡着脖子。但存在瓶颈的并不仅仅是光刻机,还有一个更主要的原因:

搞芯片的烧钱程度,可不是闹着玩的!

就拿国内车载芯片企业中,混得最出彩的“大哥”地平线来说,哪怕已经拿下了理想、长安、广汽、蔚来等车企的供应定点,估值超600亿元,却仍然处于亏损状态。

最近3年时间,地平线由于需要巨额研发投入,一共亏了175个亿,差不多是创办以来的融资总额!即便如此,距离盈利依然还有一段距离。

那么问题来了,既然搞芯片不挣钱,那他们凭什么敢这么“浪”,纷纷踏上自研芯片这条烧钱的不归路呢?

实际上,除了自身需要以外,国家的政策导向又一次成为了背后的关键推手:

据媒体报道,工信部在今年年中的时候曾经组织比亚迪、上汽等一票车企开了场闭门会,并明确提出:在2025年以前,汽车芯片的本土采购比例要达到25%以上。

根据中国电动汽车百人会上的数据,3年前中国汽车行业整体芯片的国产化率不到5%,现在已经上升到10%左右。

另一位资深芯片产业分析师透露,2023年中国汽车一共消耗了各种芯片约为200亿颗,其中国产化率不足15%。

虽然各个统计口径不一样,但大体上结论都是差不多的——中国汽车芯片国产化率距离25%这一大目标,仍然有着一定的差距。

实际上,早在2022年,汽车芯片国产化的呼声就已经非常高了。

当时新冠正在全球肆虐,不少芯片工厂都被迫停产,导致了一轮前所未有的“汽车芯片荒”,直接影响了汽车产能。

何小鹏都无奈的表示:“谁要是能搞来芯片,我就亲自找他喝酒去!”

而原工信部部长苗圩,直接在公开场合怒批车企“缺芯”——车企领先的口号喊得震天响,一到缺芯就只会叫唤,缺芯少魂呐!

虽然现在来看,短期内不会再出现当时那样大规模缺芯的黑天鹅事件了,但汽车芯片国产化却仍然举足轻重,原因恰恰在于——成本。

在一辆传统燃油车上,大约只有300-500颗左右的芯片。但新能源车由于更多电子控制器的介入,每辆车的芯片数量骤然提升至1000颗以上。

智能化程度更高的车型,对芯片的需求量则更大,芯片数量甚至会超过2000颗!

赛力斯汽车平台技术体系总裁何浩曾表示,2019年芯片占整车成本的占比大约只有4%,到2023这一比例已经迅速提升至20%以上。

再加上最近动力电池价格一直在下跌……照这个趋势下去,搞不好芯片的成本占比会超过动力电池,成为整车中最烧钱的部分。

了解芯片行业的朋友应该知道,芯片作为这个时代最能代表高精尖技术的存在,门槛和壁垒是非常高的,这也使得芯片产业特别容易出现一家独大的寡头。

理论上来说,一家企业一旦在市场中形成绝对垄断,就能掌握无限大的定价权。

现在的高通、英伟达、英特尔、AMD等等传统芯片巨头,正在享受这一红利。

据业内人士估算,一旦汽车芯片实现大规模国产化,突破巨头们在芯片上的垄断地位,单车在芯片上的成本有望降低到现在的仅1/4。

粗略估算一下,相当于一辆20万元的车能省下3万元的成本!听起来就相当诱人。

而汽车芯片的种类虽然繁杂,大体上可以分为三大类:

一是高算力芯片,具体就是高算力的智能驾驶芯片和智能座舱芯片,也是当下最炙手可热、也最难突破的一类(前面提到的蔚来神玑、小鹏图灵、吉利龙鹰都是这类)。

二是汽车功能控制类芯片,包括各种MCU(微型控制器芯片),以及各种伴随雷达、摄像头芯片而生,用于处理感知信号用的芯片。

三是功率半导体芯片,主要包括IG *** 、碳化硅晶体管等等,用于电机控制器、充电模块等等,负责强电控制。

那么,芯片的突围之路究竟应该从哪里开始?今天,我们就来好好聊一聊。

01. 智驾芯片:必须迈过英伟达!

首先来聊聊近期呼声更高的智能驾驶芯片。

智能驾驶芯片目前已经基本属于英伟达的天下了,市面上带高阶智驾功能的车,有80%以上用的都是英伟达的芯片,哪怕一颗Orin X要大几千块也在所不惜。

近年来,国内也出现了像地平线、黑芝麻智能这样向英伟达发起冲击的中国智驾芯片企业。

尽管在制程和算力上,国产智驾芯片已经不输英伟达了,成本上相比英伟达也有一定的优势,但短时间内仍然难以撼动英伟达的地位。

主要原因在于,芯片确实不如英伟达好用。

这里的“好用”,指的是英伟达已经经过多年的积累,形成了一套非常完善的软件开发流程,智驾工程师们已经用习惯了。

而切换到全新的智驾芯片,软件开发流程也得跟着变。就像你用了十多年Windows系统突然切换到iOS一样,肯定会不适应。

所以智驾芯片想要实现国产化突围,更大的拦路虎其实在软件上。好用的芯片和开发软件,必须得用时间磨合出来。

既然英伟达的芯片更好用,为何蔚来、小鹏、吉利等车企,还硬着头皮也要搞智驾芯片呢?

因为基于英伟达芯片开发出来的智驾系统,一定程度上被“公版”芯片框架框死了。就像当年几乎所有车企都在用Mobileye,后来特斯拉决定抛弃Mobileye转向自研HW系列芯片一样。

说白了,车企玩了这么多年智驾,逐渐摸清楚了自己最需要的是什么,只有突破“公版”方案,才有可能领先于行业平均水平。

不过,虽说车企自研出来的智驾芯片算力和性能都杠杠的,但芯片制程普遍都小于7nm。

目前大陆晶圆厂的芯片更先进制程在14nm,意味着这些国产高性能智驾芯片想要大规模量产,台积电代工是绕不过去的。

而台积电在核心技术上又受美国控制,所以一旦地缘政治出现波动,很有可能直接影响先进芯片的出货。受到制裁的华为,就是其中最典型的案例。

想彻底解决先进芯片卡脖子的问题,晶圆制造这关仍然需要克服啊!

除了智驾芯片以外,智能座舱芯片的情况也比较类似,也对芯片制程要求比较高,软件开发也需要磨合,社长在这里就不过多赘述了。

02. 车规级MCU:验证周期是大关!

相比之下,车规级MCU芯片,如空调、BMS、刹车、转向、灯光控制芯片,这些芯片对制程的要求就没那么高,基本上都在16nm以上,不需要担心“造不出来”。

尽管如此,车规级MCU的国产化率仍然非常低。

全球接近98%的市场,都被瑞萨、恩智浦、英飞凌、赛普拉斯、德州仪器、微芯、意法半导等七大厂商占据。

而华润微、三安光电这些中国车规级MCU企业,虽然近几年有上升势头,但体量上跟这些国际巨头还是无法抗衡的。

目前国内车规级MCU产品,主要应用在雨刮、车灯、车窗等低端应用场景。而电子助力转向、ESP、ABS、安全气囊、逆变器、BMS等相对高端的应用场景,覆盖较弱。

车规级MCU的壁垒,主要在于需要通过专业的车规级安全认证。

认证周期长达1-2年,再加上设计、流片、量产,一趟线下来往往需要3-5年的时间。

之所以限制如此严格,主要是因为相比智驾智舱芯片,车规级MCU出问题的后果非常严重,很多直接关乎生命安全,比如安全气囊失效、整车无法启动、ESP失效等等。

长周期认证,也是为了保证芯片在10-15年内能够保持安全可靠。

不过,长周期认证对于咱们的“追赶者”就不太友好了。等到费劲千辛万苦通过认证,巨头们早就推出性能更强的产品了。

所以车规级MCU想要弯道超车,需要提前进行高瞻远瞩的布局。

要抓住汽车电子电气架构从分布式向集中式变革的大趋势,从多功能集成的SOC芯片入手才有机会。

03. 功率半导体:重在产能和成本!

相比前面提到的“弱电芯片”,“强电芯片”也就是功率半导体,国产化进程就要好很多了。

在以往汽车功率半导体市场,英飞凌的地位基本上跟宁德时代在动力电池界的地位类似,独占半边天,而其他半导体厂商只能喝英飞凌剩下的汤。

2015年,中国汽车功率半导体国产化率只有不到13%。而到了2023年,这一比例已经提升到了接近60%。

更可喜可贺的是,比亚迪半导体在去年已经干掉了昔日的“老大哥”英飞凌,成为了国内功率半导体装车量更大的企业(也和比亚迪的销量脱不开关系)。

之所以如今功率半导体成为汽车芯片国产化的“排头兵”,主要还是跟布局早有关。

早在2004年,比亚迪就成立了专门的半导体公司,而具体比亚迪开展功率半导体器件研发业务的时间则更早,可以追溯到1998年。

2011年,比亚迪就成功开发出了耐压600V的IG *** ,并开始在汽车功率模块和家电中应用。

2020年,在市面上除了特斯拉以外,绝大部分电动车都还在用IG *** 的时候,比亚迪就率先把自研的碳化硅功率器件应用在了初代汉EV上。

碳化硅相比硅基的IG *** ,功耗更低、更耐高压,这也成为了当时比亚迪敢跟刚刚国产化的特斯拉Model 3在能耗上硬碰硬掰手腕的底气。

而2023年12月,比亚迪宣布研发出了耐压1200V的碳化硅芯片,做到这种程度,基本可以认为做到了国际一流水平。

当然,除了比亚迪以外,包括中车、斯达半导体等等中国功率半导体企业,近几年出货量增长还是比较明显的。

一方面,他们确实乘上了汽车电动化转型以及800V普及的东风,另一方面,经过几年的验证,车企们已经开始逐渐接纳国产功率半导体了。

接下来想要让汽车功率半导体国产化更进一步,大力发展碳化硅器件,做好成本控制,二者缺一不可。

碳化硅器件的高耐压特性,跟800V高压平台技术是完美契合的。

早在2020年以前,碳化硅器件就已经出现了,却没有像现在一样大规模的上车,主要是因为太贵了,1颗碳化硅的价格基本能抵上10颗IG *** 。

如今,经过几年的规模化降本之后,碳化硅器件的价格仍然高出IG *** 将近50%,降本空间仍然很大。

碳化硅价格高,主要是因为生产比IG *** 困难得多。

碳化硅晶体的生长速度只有硅的1/80不到,同时碳化硅质地更脆,切割时容易崩片,导致良品率低。

想要提升碳化硅的生产效率,晶圆尺寸非常关键。

常见的碳化硅晶圆的生产尺寸有4英寸、6英寸和8英寸,晶圆尺寸越大,意味着单位时间里能生产出的芯片数量越多。

目前,国内大部分的碳化硅晶圆厂都是4英寸的,只有少部分拥有生产6英寸能力,代表着国际先进水平的8英寸晶圆厂则寥寥无几。

所以,当国内晶圆厂大部分完成从4英寸到6英寸的升级改造,少部分达到8英寸时,碳化硅的产能将大幅提高,成本也会迎来进一步下降。

相信用不了几年,800V技术有望实现真正意义上的遍地开花。

04. 写在最后

科幻小说《三体》中,刘慈欣对于人类敌对阵营“三体人”科技多么多么强大的描述,恰恰在于芯片技术——

三体人把超级计算机,刻进了一颗“质子”里。

而恰恰是三体人向人类发射的两颗带着超级计算机的质子,成了地球文明走向毁灭的关键。

现实世界何尝不是如此,芯片产业的强大与否,不仅是一个国家科技水平的典型体现,更是决定未来国运的关键。

道阻且长,行则将至。行而不辍,未来可期。