越來(lái)越重要的車(chē)規級芯片行情將會(huì )如何

由于去年底全球汽車(chē)芯片供應緊張，許多大型汽車(chē)企業(yè)不得不采取措施減少甚至停止生產(chǎn)。包括大眾、福特、通用汽車(chē)、本田、斯巴魯和日產(chǎn)在內的全球汽車(chē)制造商被迫減產(chǎn)。市場(chǎng)機構IHS Markit預測，2021年第一季度，汽車(chē)產(chǎn)量將比原先預期減少約672000輛;美國伯恩斯坦研究公司預測，由于2021年全球汽車(chē)芯片短缺，預計今年將減少多達450萬(wàn)輛汽車(chē)的產(chǎn)量，相當于全球汽車(chē)產(chǎn)量的近5%。

許多人對芯片重要性的理解來(lái)自消費電子產(chǎn)品。小芯片可以實(shí)現強大的功能。如今的汽車(chē)越來(lái)越強大、越來(lái)越智能，這可歸因于汽車(chē)芯片的應用。

就整個(gè)芯片行業(yè)的分類(lèi)而言，有軍用級、整車(chē)規格級、工業(yè)級和消費級，其中，整車(chē)規格級芯片對可靠性、一致性和穩定性有更高的要求，僅次于軍用級芯片。

“車(chē)規級芯片和消費級芯片之間有很大的區別。車(chē)規級芯片需要面對更惡劣、可靠性要求更高的環(huán)境，對車(chē)規級芯片的要求也比較嚴格。徐海東說(shuō)，“因此，對芯片廠(chǎng)商的要求>39;汽車(chē)芯片生產(chǎn)線(xiàn)更加嚴格。汽車(chē)規格芯片的生產(chǎn)線(xiàn)可以修改以生產(chǎn)其他芯片，但其他芯片的生產(chǎn)線(xiàn)不容易被修改以生產(chǎn)汽車(chē)規格芯片。

就分類(lèi)而言，汽車(chē)芯片大致可分為以下幾類(lèi)：一是負責計算能力的控制芯片，即處理器和控制器芯片，如發(fā)動(dòng)機、底盤(pán)和車(chē)身控制，以及中控、輔助駕駛（ADAS）和自動(dòng)駕駛系統;其次，負責電源轉換的IGBT功率芯片一般用于電動(dòng)汽車(chē)的電源和接口;第三種是傳感器芯片，主要用于各種雷達、安全氣囊和胎壓監測。汽車(chē)芯片也可分為主控芯片、功能芯片、功率芯片和傳感器芯片。

根據整車(chē)規格級芯片的要求，它需要適應-40°C至-150°C的極端溫度，振動(dòng)高，灰塵多，電磁干擾大，濕度為0%-100%。一般來(lái)說(shuō)，整車(chē)規格級芯片的設計壽命為15年或20萬(wàn)公里。從架構上看，整車(chē)規格級芯片需要獨立的安全孤島設計。在關(guān)鍵模塊、計算模塊、總線(xiàn)、存儲器等中，都有ECC和CRC的數據校對，為車(chē)輛規格級芯片提供功能安全。

一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)汽車(chē)規格芯片需要2-3年才能完成汽車(chē)規格認證，進(jìn)入汽車(chē)制造商的供應鏈。一旦進(jìn)入，一般有5-10年的供應周期。

不斷變化的汽車(chē)半導體市場(chǎng)

雖然COVID-19大流行使消費者的購買(mǎi)量自由落體-2020年4月美國汽車(chē)銷(xiāo)量下降了47%，歐洲下降了80%），但一些國家在各個(gè)行業(yè)都強勁反彈。隨著(zhù)從智能手機到電器再到新車(chē)的需求不斷增長(cháng)，半導體訂單不斷上升，晶圓廠(chǎng)正在努力增加產(chǎn)量。

在一些國家最近取得經(jīng)濟增長(cháng)之后，汽車(chē)行業(yè)再次成為半導體公司的重要收入來(lái)源。該領(lǐng)域的大多數增長(cháng)源于向ADAS的轉變，因為這些系統在響應意外變化（例如流量突然停止）時(shí)必須立即處理數據。這些功能需要車(chē)輛內部的多個(gè)互連和高性能芯片。因此，與傳統車(chē)輛相比，它們具有更集中的電氣和電子（E / E）架構，以及更多的傳感器和計算電子內容。

然而，并非所有自動(dòng)駕駛汽車(chē)都是一樣的，所需的半導體數量和類(lèi)型將在很大程度上取決于它們的自動(dòng)化水平。由美國汽車(chē)工程師協(xié)會(huì )（SAE）定義的一個(gè)常見(jiàn)的AV分類(lèi)系統將自動(dòng)駕駛汽車(chē)分為六類(lèi)，從0（無(wú)自動(dòng)化）到5（具有自動(dòng)駕駛功能的全自動(dòng)化）（圖表1）。請注意，2級分為兩部分：入門(mén)級（具有一些自主功能的車(chē)輛，例如制動(dòng)，但仍要求駕駛員始終將手放在方向盤(pán)上）和高級（具有更廣泛的自主功能的車(chē)輛，允許駕駛員有時(shí)將手從方向盤(pán)上移開(kāi)）。

0至2級（入門(mén)級）的車(chē)輛使用標準芯片可達到足夠的性能，但2級（高級）至5級的車(chē)輛預計需要越來(lái)越多的特種硅。這種芯片效率更高，可以在車(chē)輛系統中快速提高性能，并允許執行復雜的軟件功能和分析，例如那些能夠實(shí)現攝像頭，激光，激光器和其他設備的傳感器融合的功能和分析。但許多OEM現在很難獲得完全符合其需求的芯片，這干擾了他們雄心勃勃的AV開(kāi)發(fā)計劃。更重要的是，很少有解決方案適合OEM的目標軟件堆棧。

面對這些限制，一些OEM已經(jīng)開(kāi)始在內部設計芯片。這條路線(xiàn)有幾個(gè)好處，包括針對特定算法的優(yōu)化性能和更短的開(kāi)發(fā)時(shí)間，以實(shí)現持續的功能改進(jìn)。內部設計還允許OEM定義軟件堆棧，并使他們能夠更好地控制芯片設計，以便他們可以創(chuàng )建定制解決方案，以區分他們的自動(dòng)駕駛汽車(chē)（例如，通過(guò)允許更早的上市時(shí)間或提供更大的功能可用性）。一些一級供應商也聲稱(chēng)擁有某些車(chē)輛系統，例如軟件堆棧。有了這樣的劃分，價(jià)值鏈變得越來(lái)越分類(lèi)，專(zhuān)業(yè)知識的劃分意味著(zhù)公司越來(lái)越多地尋找能夠補充其技能和產(chǎn)品的合作伙伴。

鑒于這些發(fā)展，業(yè)內人士通常會(huì )問(wèn)幾個(gè)問(wèn)題：在芯片采購方面，大多數OEM廠(chǎng)商會(huì )青睞哪種模式？我們需要如何發(fā)展才能在不斷變化的環(huán)境中保持強大？我們未來(lái)在價(jià)值鏈和技術(shù)堆棧中的角色是什么？

駕馭汽車(chē)半導體不斷變化的格局

分析表明，在采購半導體時(shí)，大多數原始設備制造商將適合四種模式之一（圖表2）。在第一種模式中，即目前最常見(jiàn)的模式中，OEM直接與一級供應商合作。除了定義芯片要求外，供應商還與集成器件制造商（IDM）簽訂合同，以設計或選擇所需的芯片。在IDM或代工廠(chǎng)生產(chǎn)芯片后，供應商將它們構建到系統中。在第二種模型中，這是第一種模型的變體，一級供應商在定義需求和設計芯片方面處于領(lǐng)先地位。由于第二種型號不需要IDM服務(wù)，因此一級供應商將直接與代工廠(chǎng)聯(lián)系進(jìn)行生產(chǎn)。

第三種模式，隨著(zhù)原始設備制造商越來(lái)越多地參與設計而出現，涉及所謂的淺層垂直化。在這種模式下，OEM定義芯片要求，并直接與IDM和設計服務(wù)接觸。然后，他們委托鑄造廠(chǎng)進(jìn)行生產(chǎn)。一些原始設備制造商喜歡這種模式，因為它需要有限的內部人才，并將確保質(zhì)量的負擔轉移到IDM或制造商身上。不利的一面是，淺垂直化模式增加了材料成本，并使OEM幾乎沒(méi)有機會(huì )整合自己的規格并創(chuàng )建專(zhuān)用芯片。缺乏定制性可能會(huì )使他們的產(chǎn)品難以從包裝中脫穎而出，特別是如果競爭對手使用能夠提供更好計算效率的專(zhuān)用芯片。

麥肯錫對100多名領(lǐng)先的汽車(chē)和半導體專(zhuān)家進(jìn)行的一項調查顯示，68%的受訪(fǎng)者認為OEM會(huì )傾向于淺層垂直化方法來(lái)導航價(jià)值鏈。這條道路對許多公司來(lái)說(shuō)都是有意義的，因為OEM的用例要求是相似的，當生產(chǎn)量較小時(shí)，芯片開(kāi)發(fā)成本會(huì )更高。

最后一種模式，完全垂直化，剛剛出現。該模型為OEM提供了最大的獨立性，因為他們在代工廠(chǎng)調試生產(chǎn)之前定義要求并監督芯片設計。完全垂直化有兩種潛在的策略：

獨立路線(xiàn)，OEM開(kāi)發(fā)自己的芯片，架構和芯片設計，同時(shí)保持相對較低的材料成本。通過(guò)獨立工作，OEM可以創(chuàng )建專(zhuān)門(mén)的芯片，使其產(chǎn)品與競爭對手區分開(kāi)來(lái)。當然，獨立性會(huì )帶來(lái)更大的風(fēng)險，因為單個(gè)OEM承擔所有成本，并完全負責滿(mǎn)足時(shí)間表和確保質(zhì)量。OEM也可能會(huì )遇到一些延遲，至少在最初階段是這樣，因為許多OEM缺乏在芯片設計和架構方面具有強大專(zhuān)業(yè)知識的員工。

形成一個(gè)跨OEM聯(lián)盟，其中多家公司在芯片設計和架構上進(jìn)行合作。雖然個(gè)別公司可能能夠將自己的一些規格整合到芯片中，但妥協(xié)是不可避免的，差異化的機會(huì )有限。在某些情況下，可能很難就共同要求和優(yōu)先事項達成協(xié)議，也很難就進(jìn)程達成一致。從好的方面來(lái)說(shuō)，原始設備制造商分擔開(kāi)發(fā)成本和風(fēng)險，從而減輕了個(gè)別公司的負擔。聯(lián)盟成員還可以集中員工，這可能會(huì )減少對頂尖人才的競爭。

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