Omdia 最新調研數據顯示，到 2025 年，汽車半導體行業將以 12.3% 的年復合增長率 (CAGR) 飆升。而根據中國汽車工業協會的預計，汽車單車所需芯片數量將由傳統燃油車時代的 600 至 700 顆/輛增長至最高 3000 顆/輛。
近兩年來，全球范圍內缺芯，特別以車用MCU、IGBT、MOSFET等功率半導體最為嚴重。據美國汽車行業數據預測公司AutoForecastSolutions研究顯示，2022年全球汽車行業因為芯片匱乏問題，減少生產了450萬輛車。AutoForecastSolutions預測，芯片匱乏將在2023年繼續影響全球汽車產業，2023年將因此減產300萬輛。
近日，中國電動汽車百人會理事長陳清泰直言，芯片與軟件是被海外“卡脖子”的難題，中國汽車芯片的自給率不足10%，當務之急是解決芯片依賴進口的問題。國內車企、IC設計公司在車載芯片的國產替代有哪些重大舉措和進展，本文進行詳細解析。
一、車企構建芯片供應鏈：吉利牽手積塔共建CIDM芯片聯盟，多家車企布局芯片賽道
2023年1月12日，吉利科技宣布，與積塔半導體簽訂戰略合作協議，雙方將圍繞車規級芯片研發、制造、市場應用、人才培養等領域開展全面合作，共同致力于車規級芯片產業的協同發展，推動國產半導體關鍵技術的突破，建立成熟穩定的汽車半導體產業生態。
圖片來自吉利汽車
此次合作，雙方將共建國內首家汽車電子共享垂直整合制造（CIDM）芯片聯盟，設立聯合實驗室，聚焦汽車電子MCU、功率器件、SoC、PMIC等芯片的研究開發、工藝聯調、生產制程，致力于車規可靠性測試及整車量產應用。同時，雙方著力先進制成能力及人才隊伍培養打造，保障車規級芯片供應鏈的安全性和長期可持續性。
上海積塔半導體成立于2017年，由中國電子信息產業集團CEC旗下子公司華大半導體投資成立，是國內最早從事汽車電子芯片、IGBT芯片制造的企業，公司生產的BCD、IGBT/FRD、SGT/MOSFET、TVS、SiC器件等芯片廣泛服務于汽車電子、工業控制、電源管理、智能終端，乃至軌道交通、智能電網等高端應用市場，生產車規級的IGBT、碳化硅等功率器件產品主要性能指標達到國際先進水平，有力促進了汽車芯片的國產化進程。
吉利科技與積塔半導體的合作，一方面是深化自身新能源業務，另外一方面也是給吉利汽車半導體自主化鋪路。吉利旗下功率半導體公司晶能微電子聚焦于新能源領域的模塊研發與制造，采用虛擬IDM模式，發揮“芯片設計+模塊制造+車規認證”能力，為新能源汽車、電動摩托車、光伏、儲能等客戶提供性能優越的功率產品和服務。
2022年12月，晶能微電子宣告完成Pre-A輪融資，由華登國際領投，嘉御資本、高榕資本、沃豐實業等機構跟投。據悉，此輪融資主要用于功率半導體模塊的研發投入、產線建設以及技術團隊搭建等方面。
除了吉利汽車之外，上汽、北汽、一汽、廣汽等都與芯片廠商聯手，布局芯片賽道。
“從目前看，今年芯片短缺相比去年雖有好轉，但總體仍是供應偏緊的狀態。在當前疫情散發反復、供應鏈仍不穩定的情況下，各家車企仍然在不遺余力地搶芯片，加強資源儲備，加快多點布局，加大力度推進車規級芯片的國產化替代。”上汽集團董事長陳虹透露。據悉，在汽車芯片領域，上汽集團已推進75款芯片完成國產化開發并進入整車量產應用；同時，以產業投資賦能技術創新，投資地平線、晶晨半導體、芯鈦科技、芯旺微電子等10余家芯片公司，不斷加快汽車芯片產業鏈布局。
北汽形成了“北汽產投+安鵬”，重點投資智能駕駛、汽車半導體領域；廣汽集團加強了在芯片領域的布局，廣汽資本積極布局粵芯半導體、地平線等芯片領域重點企業，粵芯半導體是廣東省主要的12吋芯片生產線之一，其產品主要面向汽車電子領域，這些舉措助力供應鏈自主可控以及產業鏈上下游協同效應發揮。長安汽車投資了同光半導體，正式進軍第三代半導體產業。
國產大算力芯片加速上車 和國際芯片公司正面競爭
在政策和市場的雙重作用下，2022年中國新能源汽車依然保持爆發式增長，全年產銷量分別完成705.8萬輛和688.7萬輛，同比分別增長96.9％和93.4％。中金公司研究數據顯示，到2025年，高級別自動駕駛滲透率將達到65.5%，中國智能駕駛芯片市場需求將達到1383萬片。未來3-5年，智能駕駛迎來高速發展期，汽車行業將迎來巨大機遇。
在汽車算力芯片領域，歐美日等國外芯片廠商把持關鍵技術，國內汽車大算力芯片國產化率不足5%。業界普遍認為，汽車所需算力可根據車內傳感器采集到的數據量綜合推算出來，其中L2級別的自動駕駛，計算能力大致需要10TOPS；L3需要100TOPS以上的算力；到L3+的算力級別已經上升到1000TOPS以上。在車規級大算力芯片領域，除了英偉達、高通等老牌獨占市場局面被逐漸打破，以華為、地平線、黑芝麻為代表的品牌加入戰局，2022年或2023年將成為中國國產大算力芯片的量產年。
華為擁有覆蓋L2~L5 自動駕駛的全場景能力，并構建起高、中、低全系列的自動駕駛生態圈。華為自動駕駛產品線逐漸完善，2019年，華為推出 MDC 300F，開啟 MDC生態建設，2020北京車展華為發布了 MDC 210與 610，2021年上海車展，華為發布了MDC 810，其綜合算力達400+TOPS，2022年華為將發布MDC 100，實現 L2到L5級自動駕駛能力全覆蓋。
圖片來自地平線官方微信
地平線公司官方微信顯示，征程5是地平線面向高級別自動駕駛應用場景推出的第三代車規級產品，兼具高性能和大算力特點。征程5單顆芯片AI算力高達128TOPS，搭載地平線新一代BPU貝葉斯深度學習加速引擎，充分發揮軟硬協同優化的技術優勢，實現業界領先且可持續成長的真實AI計算性能。征程5也是最具量產成熟性的百TOPS級國產大算力AI芯片。據悉，地平線基于全新BPU納什架構打造的征程6芯片正在研發中，AI算力可實現數倍提升，將充分滿足未來面向全車智能中心的更高等級計算需求，助力汽車產業智能化轉型加速。
圖片來自黑芝麻官方微信
黑芝麻發布的華山二號A1000 Pro是目前國產性能和算力領先的車規級自動駕駛計算芯片，采用異構多核架構，16 核Armv8CPU，16nm工藝制程，可支持L3/L4高級別自動駕駛功能，目前已流片成功。A1000 Pro基于黑芝麻智能兩大自研核心IP——車規級圖像處理器NeuralIQ ISP以及DynamAI NN車規級低功耗神經網絡加速引擎打造，得益于DynamAI NN大算力架構，A1000 Pro支持INT8稀疏加速，INT8算力為106TOPS，INT4最高算力可達196TOPS，在國內自動駕駛芯片最高算力方面領先。
車載電源芯片國產替代進展
Research And Markets預測，受技術進步和高級駕駛輔助系統(ADAS)需求不斷增長驅動，到2031年，全球汽車電源管理IC市場規模將從2021年的41.76億美元增長至101.86億美元，2022年~2031年間年復合增長率達9.5%，ADAS和安全功能、遠程信息處理及車身電子、信息娛樂系統和動力總成等應用推動了汽車電源管理芯片市場的強勁增長。
當前汽車行業主要有兩個大熱的領域，一是智能座艙，以及未來基于智能座艙的元宇宙應用，二是自動駕駛域，以及當前階段的ADAS。智能座艙中顯示屏越來越多，電流消耗也越來越大，帶來對大電流DC-DC等需求；另一方面，“雙碳”目標下低能耗的需求，對電源芯片本身提出更低功耗的要求。
新能源汽車的電子系統離不開車規級電壓基準芯片，國內模擬芯片龍頭企業之一的圣邦微電子于2021 年正式啟動了電壓基準芯片的 AEC-Q100 車規標準升級，首款支持 AEC-Q100 車規標準的電壓基準芯片 LM431BQ 已經正式規模交付用戶，在激光雷達、車載娛樂系統、車載電源管理系統有廣泛應用。
11月，鈺泰半導體首次亮相了六款車規級電源管理芯片樣品，包括四顆DCDC，1顆LDO和1顆LDSW。這些產品繼承了鈺泰在模擬電源上的長期優勢，具有高效、低功耗、高電流密度、小封裝的特點，在汽車市場很多應用模塊上比較通用，有大量需求。據悉，鈺泰首批車規級電源芯片樣品正在公司內部做各種PET測試，并進行AEC-Q100車規認證，部分意向客戶已基于樣品進行功能性和可靠性測試，預計2023年一季度相繼量產，二季度則將有更多新產品推出。
希荻微在汽車超級快充芯片領域，公司自主研發的車規級電源管理芯片產品達到了AEC-Q100標準，且其 DC/DC 芯片已進入 Qualcomm 的全球汽車級平臺參考設計，并實現了向奧迪、現代、起亞等知名車企的出貨。
車載功率器件國產替代進展
全球缺芯潮已逐漸演變為結構性缺芯。汽車芯片，尤其是車規功率半導體的缺貨和漲價仍在持續。其中，功率半導體最重要的兩大細分市場是MOSFET和IGBT。IGBT 市場長期被英飛凌、富士電機、三菱電機等海外公司壟斷。但近兩年，由于國外供應鏈無法滿足中國市場需求，本土供應商發展機遇全面顯現。車用MOSFET領域，國產廠商也有積極的進展。
受益于功率半導體應用領域快速延伸到新能源和汽車電子等新興市場，2022年上半年，華潤微電子IGBT收入同比增速高達70%，汽車電子領域實現突破，批量供應汽車空調市場頭部客戶。工控領域，光伏IGBT獲得全球頭部客戶認證并進入規模供貨。前三季度，IGBT銷售額同比增長168.55%。
斯達半導體公司持續推進IGBT 產品在新能源客戶端的滲透率，強化高端品類布局。在新能源汽車業務方面，2022H1，公司車規級IGBT 模塊持續放量，合計配套超過50萬輛新能源汽車，公司第七代車規級650V/750V IGBT芯片通過客戶驗證，下半年開始批量供貨。 聞泰科技旗下的安世在汽車功率器件業務不斷擴大，2022年上半年，安世MOSFET 營收占比30%，正在提升中高壓MOS 等高毛利率產品占比。新品方面，IGBT 已流片成功。聞泰科技公司自有產能規模持續加大；Newport 晶圓廠正由代工向 IDM 逐步轉換；上海臨港 12 寸車規級晶圓項目也已全面開工建設，未來將支撐公司半導體產能持續擴充。
去年8月，時代電氣公司國內新能源乘用車IGBT 功率模塊搭載量約5.5 萬套(占10.6%)，位列第4。此外，公司成為法雷奧IGBT 模塊供應商，預計總交貨量超250 萬只，實現了海外市場的開拓。
揚杰科技在IGBT、MOSFET和SiC業務持續增長，2022 年前三季度，這三大領域新產品收入同比增長均超100%，同時由于公司8 吋晶圓制造能力補齊，產能瓶頸逐步打開。應用領域方面，公司汽車電子業務加速顯著，截至22H1 公司車規級封裝產能已實現5 倍以上增長。汽車電子產品收入2022 前三季度同比增速超500%。公司采用IDM 模式，具有全產業鏈的成本優化優勢及完善的技術、工藝優勢。公司持續發力新能源賽道，第三代半導體SiC 產品進展順利。在汽車電子領域，公司已獲得多家海內外著名汽車零部件企業認可，并與超過300家汽車電子零部件企業開始批量交易。
中信證券最新指出，目前工業市場已經開始走弱，考慮到2023年全球汽車需求的可能挑戰，對汽車與工業保持謹慎。富途證券認為，汽車芯片是未來幾年成長最快的芯片細分賽道，電動化驅動IGBT、SiC功率半導體，智能化驅動MCU、自動駕駛和座艙芯片需求，國產廠商可以充分把握國內市場的商機，在汽車芯片的國產替代中找到更多的市場空間。
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