汽車，半導(dǎo)體行業(yè)下一個(gè)“富礦”

一輛特斯拉Model3中使用的半導(dǎo)體產(chǎn)品價(jià)值大約1500美元。隨著智能手機(jī)對(duì)半導(dǎo)體市場(chǎng)拉動(dòng)呈現(xiàn)疲態(tài)，車用半導(dǎo)體卻保持了持續(xù)高增長(zhǎng)的勢(shì)頭。未來(lái)汽車有望取代智能手機(jī)成為半導(dǎo)體行業(yè)最強(qiáng)有力的應(yīng)用市場(chǎng)。

半導(dǎo)體對(duì)于汽車工業(yè)發(fā)展至關(guān)重要

咨詢機(jī)構(gòu)撰文指出，一個(gè)世紀(jì)以來(lái)，內(nèi)燃機(jī)一直是汽車工業(yè)價(jià)值和創(chuàng)新的源泉。然而今天人們正在進(jìn)入一個(gè)新的汽車時(shí)代，汽車將因半導(dǎo)體和電子產(chǎn)品所提供的功能而有所不同。這種轉(zhuǎn)變將半導(dǎo)體（汽車“內(nèi)部計(jì)算引擎”的基石）置于汽車創(chuàng)新的核心。

半導(dǎo)體對(duì)于汽車工業(yè)發(fā)展至關(guān)重要。意法半導(dǎo)體大中華、南亞及韓國(guó)區(qū)域汽車市場(chǎng)和應(yīng)用負(fù)責(zé)人鄭明發(fā)也表示，傳統(tǒng)內(nèi)燃汽車向新能源汽車的轉(zhuǎn)變意味著汽車的電氣化、電子化，而電氣電子模塊中最核心的就是半導(dǎo)體芯片?？梢哉f(shuō)芯片是新能源汽車的“大腦”。比如模擬前端芯片監(jiān)控電池的狀態(tài)，主控芯片通過(guò)計(jì)算可以確定汽車剩余的續(xù)航里程，保證電池處在安全狀態(tài)，電機(jī)控制器將高壓電池包的直流電逆變成交流電，以驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)整車的前進(jìn)、后退，在剎車時(shí)又能將能源回饋給電池。

現(xiàn)在汽車內(nèi)置的芯片越來(lái)越多。按照種類汽車半導(dǎo)體大致可以分為主控芯片、MCU功能芯片、功率半導(dǎo)體、傳感器及其他芯片（如模擬IC、存儲(chǔ)芯片等）幾大類型，而且隨著應(yīng)用的增多，無(wú)論是安裝的數(shù)量還是價(jià)值仍在不斷增長(zhǎng)之中。意法半導(dǎo)體亞太區(qū)功率分立和模擬產(chǎn)品器件部區(qū)域市場(chǎng)和應(yīng)用副總裁Francesco MUGGERI表示：“據(jù)我們估計(jì)，新能源汽車和傳統(tǒng)燃油車相比較，每輛車會(huì)增加330美元的半導(dǎo)體需求，增加了接近一倍，所以隨著銷量的提升，半導(dǎo)體行業(yè)的需求會(huì)持續(xù)大幅提升?！?/p>

而根據(jù)研究機(jī)構(gòu)測(cè)算，汽車半導(dǎo)體市場(chǎng)的規(guī)模將從2019年的400億美元持續(xù)增長(zhǎng)，可能會(huì)在2040年達(dá)到2000億美元。更重要的是，這個(gè)數(shù)字還不包括用于汽車相關(guān)非車載應(yīng)用的半導(dǎo)體，如電動(dòng)汽車充電器或V2X基礎(chǔ)設(shè)施。如果加上基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，對(duì)半導(dǎo)體的拉動(dòng)將更加巨大。

按中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)之前預(yù)測(cè)，到2030年中國(guó)純電動(dòng)車輛或達(dá)到6480萬(wàn)輛。這意味著，如果按照車樁比1∶1的數(shù)據(jù)估算，從2021年到2030年的這10年間，需要新建充電樁數(shù)千萬(wàn)臺(tái)。歐司朗汽車事業(yè)部中國(guó)區(qū)總經(jīng)理吳君斐（Adam Wu）指出，芯片也能幫助新能源車更好地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)聯(lián)化與智能化。網(wǎng)聯(lián)化程度高了，對(duì)通信的要求也會(huì)相應(yīng)提高，那么未來(lái)的5G、Car to X（汽車與汽車、行人、設(shè)備等的通信）及種種涉及“云”的場(chǎng)景都會(huì)逐步實(shí)現(xiàn)。

隨著市場(chǎng)日趨成熟，智能手機(jī)對(duì)半導(dǎo)體拉動(dòng)已經(jīng)出現(xiàn)疲態(tài)，而車用半導(dǎo)體卻保持了持續(xù)高增長(zhǎng)的勢(shì)頭。未來(lái)汽車有望取代智能手機(jī)成為半導(dǎo)體的最強(qiáng)有力的應(yīng)用市場(chǎng)。

自動(dòng)駕駛車輛半導(dǎo)體含量是普通汽車的8倍

自動(dòng)駕駛無(wú)疑是汽車產(chǎn)業(yè)中最引人矚目的一項(xiàng)變革。雖然一輛不需要駕駛員的全自動(dòng)汽車距離實(shí)現(xiàn)落地仍然距離遙遠(yuǎn)，但是在某些特殊環(huán)境下，自動(dòng)駕駛車輛在無(wú)需駕駛員干預(yù)下正常行駛已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)。

恩智浦資深副總裁兼首席技術(shù)官Lars Reger指出，當(dāng)前的自動(dòng)駕駛技術(shù)大約處于L3+級(jí)別。他舉例說(shuō)，目前L3+的車輛已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)在高速公路上自動(dòng)駕駛。從上高速起行車系統(tǒng)就可以接管汽車的管理權(quán)，駕駛員可以手腳放開(kāi)，讓汽車自動(dòng)行進(jìn)，在下高速的時(shí)候，車輛又會(huì)給駕駛員發(fā)一個(gè)通知，要求駕駛員接管回來(lái)。

這樣的技術(shù)落實(shí)到汽車半導(dǎo)體層面就是ADAS、COMS圖像傳感器、AI主控、固態(tài)激光雷達(dá)等一系列熱點(diǎn)產(chǎn)品。研究機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，到2030年，擁有4級(jí)或5級(jí)自動(dòng)駕駛能力的汽車將占全球汽車總銷量的10%以上。這些車輛的半導(dǎo)體含量（按價(jià)值計(jì)算）將是沒(méi)有自動(dòng)化的汽車的8～10倍。

以激光雷達(dá)為例，作為汽車自動(dòng)駕駛得以落地的代表性產(chǎn)品之一，具有高分辨率、抗干擾能力強(qiáng)、獲取的信息量大等優(yōu)點(diǎn)。然而，高昂的造價(jià)限制了此前機(jī)械式激光雷達(dá)的普及應(yīng)用。不過(guò)隨著博世、安森美、英飛凌等半導(dǎo)體大廠大舉投入，以半導(dǎo)體技術(shù)為基礎(chǔ)的固態(tài)激光雷達(dá)正在走向成熟，開(kāi)始取代傳統(tǒng)的機(jī)械式激光雷達(dá)。

今年的CES2020上，德國(guó)汽車零部件供應(yīng)商博世就宣布，其首款車規(guī)級(jí)激光雷達(dá)芯片已經(jīng)進(jìn)入量產(chǎn)開(kāi)發(fā)階段。博世希望通過(guò)規(guī)?；慨a(chǎn)，降低激光雷達(dá)成本，促進(jìn)市場(chǎng)推廣。安森美展示了固態(tài)激光雷達(dá)核心芯片，業(yè)內(nèi)首款高分辨率、寬視野單光子雪崩二極管（SPAD）陣列探測(cè)器，將激光雷達(dá)的應(yīng)用擴(kuò)展到不同距離當(dāng)中。中國(guó)公司也在激光雷達(dá)領(lǐng)域嶄露頭角。在CES2020上，由DJI大疆內(nèi)部孵化的覽沃科技（Livox）發(fā)布了兩款激光雷達(dá)傳感器——Horizon和Tele-15，將激光雷達(dá)的價(jià)格拉到了萬(wàn)元以下（Horizon 的報(bào)價(jià)為6499元，Tele-15為9000元）。

六路大軍競(jìng)逐汽車半導(dǎo)體主導(dǎo)權(quán)

如果說(shuō)激光雷達(dá)等傳感器是自動(dòng)駕駛汽車的眼睛，AI主控芯片則是自動(dòng)駕駛汽車的大腦。據(jù)恩智浦統(tǒng)計(jì)，目前一輛高端汽車已經(jīng)搭載超過(guò)1億行代碼，遠(yuǎn)超飛機(jī)、手機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)軟件等，未來(lái)，伴隨自動(dòng)駕駛滲透率及級(jí)別提升，汽車搭載的代碼行數(shù)將呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。自動(dòng)駕駛軟件計(jì)算量已經(jīng)達(dá)到10個(gè)TOPS（Tera Operations Per Second，萬(wàn)億次操作每秒）量級(jí)。傳統(tǒng)汽車所搭載的處理器算力根本無(wú)法滿足自動(dòng)駕駛汽車的計(jì)算需求，AI主控芯片已經(jīng)成為自動(dòng)駕駛汽車必須發(fā)展，也是最具潛力的產(chǎn)品之一。圍繞AI主控芯片吸引了越來(lái)越多重量級(jí)企業(yè)進(jìn)入汽車半導(dǎo)體領(lǐng)域，正在改變著汽車半導(dǎo)體的產(chǎn)業(yè)格局。

恩智浦、瑞薩、TI等是傳統(tǒng)的汽車半導(dǎo)體大廠，在推進(jìn)自動(dòng)駕駛芯片方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，沿著逐步升級(jí)ADAS（高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)）處理芯片至高級(jí)自動(dòng)駕駛級(jí)別的路徑，可以一路推進(jìn)到AI主控芯片領(lǐng)域。比如恩智浦發(fā)布的S32 ADAS產(chǎn)品系列，瑞薩開(kāi)發(fā)的R-Car系列，德州儀器基于DSP推出的解決方案TDA2x SoC等，均可對(duì)L2至L3級(jí)自動(dòng)駕駛進(jìn)行處理。恩智浦半導(dǎo)體總裁Kurt Sievers在接受記者采訪時(shí)就表示：“我們對(duì)汽車行業(yè)的電子化包括自動(dòng)駕駛領(lǐng)域非常看好，這是未來(lái)市場(chǎng)的長(zhǎng)期增長(zhǎng)機(jī)會(huì)。汽車的電子化（包括自動(dòng)駕駛），將為汽車行業(yè)帶來(lái)根本性的改變。這種轉(zhuǎn)變將在未來(lái)多年時(shí)間里持續(xù)下去。半導(dǎo)體行業(yè)也將受益于汽車行業(yè)的這一發(fā)展趨勢(shì)?！?/p>

消費(fèi)電子、計(jì)算領(lǐng)域芯片巨頭英偉達(dá)、英特爾等，目前也在積極投入自動(dòng)駕駛領(lǐng)域。英偉達(dá)憑借GPU在AI處理中的優(yōu)越性能，不僅在數(shù)據(jù)中心AI加速領(lǐng)域一度占據(jù)壟斷優(yōu)勢(shì)，在汽車主控領(lǐng)域也快速擴(kuò)張。Drive PX是英偉達(dá)自動(dòng)駕駛平臺(tái)，將深度學(xué)習(xí)、傳感器融合和環(huán)繞視覺(jué)相結(jié)合。2019年英偉達(dá)發(fā)布的最新一代自動(dòng)駕駛平臺(tái)DRIVE AGX Orin，將于2022年正式量產(chǎn)。

英特爾長(zhǎng)期占據(jù)世界最大的半導(dǎo)體制造商寶座，近年來(lái)通過(guò)大手筆的并購(gòu)，強(qiáng)勢(shì)進(jìn)入汽車半導(dǎo)體市場(chǎng)。2017年，英特爾以153億美元收購(gòu)視覺(jué)ADAS主導(dǎo)廠商Mobileye。Mobileye掌握車載視覺(jué)ADAS市場(chǎng)80%份額，Mobileye的專有軟件算法和EyeQ芯片能對(duì)視覺(jué)信息進(jìn)行詳細(xì)分析并預(yù)測(cè)與其他車輛、行人、自行車或其他障礙物的可能碰撞。2015年，英特爾以167億美元收購(gòu)Altera公司。Altera擁有的FPGA產(chǎn)品不僅大量應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心與IoT業(yè)務(wù)當(dāng)中，在自動(dòng)駕駛AI主控芯片上也有巨大的應(yīng)用潛力。

高通近年來(lái)憑借通信優(yōu)勢(shì)，也在從車載信息娛樂(lè)積極向自動(dòng)駕駛進(jìn)軍。在收購(gòu)恩智浦半導(dǎo)體無(wú)果后，高通將注意力放在自家車載平臺(tái)的打造上。在CES 2020上，高通發(fā)布了Snapdragon Ride平臺(tái)，包括異構(gòu)多核CPU、AI與計(jì)算機(jī)視覺(jué)引擎、GPU、安全SoC等，可支持從L1/L2級(jí)別主動(dòng)安全ADAS、到L2+級(jí)別“便利性”ADAS，再到L4/L5級(jí)別自動(dòng)駕駛的需求。

特斯拉是第一個(gè)投入主控芯片開(kāi)發(fā)的汽車品牌廠商。2015年，特斯拉推出自動(dòng)駕駛Autopilot平臺(tái)，最初采用Mobileye 的ASIC芯片，此后版本升級(jí)，改用英偉達(dá)GPU作為主控芯片。2019年4月，特斯拉推出自研版本的主控芯片F(xiàn)SD，可實(shí)現(xiàn)L4級(jí)自動(dòng)駕駛。特斯拉表示，自動(dòng)駕駛主控芯片擁有高達(dá)60億的晶體管，每秒可完成144萬(wàn)億次的計(jì)算，能同時(shí)處理每秒2300幀的圖像。

AI設(shè)計(jì)公司也是進(jìn)入車用芯片市場(chǎng)的一股重要力量。地平線2017年年底發(fā)布第一代“征程”1.0處理器，面向智能駕駛；2018年推出征程2.0，并發(fā)布了基于征程2.0處理器架構(gòu)的自動(dòng)駕駛計(jì)算平臺(tái)Matrix1.0。在CES2020上，Matrix 2首次公開(kāi)亮相。相比上一代，Matrix 2在性能方面裝配有16TOPS的等效算力，而其功耗僅為原來(lái)的2/3。

互聯(lián)網(wǎng)巨頭對(duì)自動(dòng)駕駛AI芯片市場(chǎng)也極為關(guān)注。Waymo是谷歌自動(dòng)駕駛研究領(lǐng)域的子公司，Waymo除采用英特爾CPU+Altera FPGA方案之外，亦基于其TPU打造的深度機(jī)器學(xué)習(xí)平臺(tái)，用于自動(dòng)駕駛領(lǐng)域。百度開(kāi)發(fā)的“昆侖”AI芯片，也可以適配于自動(dòng)駕駛的Apollo系統(tǒng)。2019年12月舉行的Apollo生態(tài)大會(huì)上，百度還發(fā)布了一款車規(guī)級(jí)芯片鴻鵠，針對(duì)語(yǔ)音技術(shù)領(lǐng)域的AI芯片，用于處理車內(nèi)語(yǔ)音功能，可提升車載系統(tǒng)的語(yǔ)音交互流暢性。

恩智浦、瑞薩、TI是傳統(tǒng)汽車電子廠商，英偉達(dá)、英特爾是消費(fèi)電子、計(jì)算領(lǐng)域芯片廠商，高通是通信芯片公司，特斯拉是汽車品牌廠商，谷歌、百度為互聯(lián)網(wǎng)巨頭，再加上一眾AI獨(dú)角獸們，汽車半導(dǎo)體領(lǐng)域已經(jīng)畢集了六路大軍。未來(lái)勢(shì)將上演一場(chǎng)群雄爭(zhēng)霸的戰(zhàn)局。能夠吸引如此之多的重量級(jí)廠商，也充分說(shuō)明了汽車半導(dǎo)體市場(chǎng)的廣闊發(fā)展前景。

國(guó)內(nèi)廠商要有從零開(kāi)始的決心

2019年1月特斯拉上海工廠開(kāi)工建設(shè)，今年1月首批國(guó)產(chǎn)Model 3實(shí)現(xiàn)大批量交付，這是特斯拉在海外的第一座超級(jí)工廠。與此同時(shí)，有關(guān)特斯拉的國(guó)產(chǎn)供應(yīng)鏈開(kāi)始受到外界的廣泛關(guān)注。然而在這條供應(yīng)鏈之中，涵蓋了大量動(dòng)力電池、電驅(qū)系統(tǒng)、底盤(pán)、車身、中控系統(tǒng)廠商，但是國(guó)內(nèi)汽車半導(dǎo)體公司卻很少得見(jiàn)。

“由于涉及人身安全問(wèn)題，再加上汽車芯片的工作環(huán)境更為惡劣，因此汽車芯片對(duì)于可靠性及安全性的要求也更高。”Gartner公司副總裁盛陵海告訴記者。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，相比于消費(fèi)芯片與一般工業(yè)芯片，車規(guī)級(jí)芯片的工作環(huán)境更為惡劣：溫度范圍可寬至-40℃~155℃、高振動(dòng)、多粉塵、電磁干擾等。由于涉及人身安全，汽車芯片對(duì)于可靠性及安全性的要求也更高，一般設(shè)計(jì)壽命為15年或20萬(wàn)公里。車規(guī)級(jí)芯片需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)苛的認(rèn)證流程，包括可靠性標(biāo)準(zhǔn)AEC-Q100、質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)ISO/TS 16949、功能安全標(biāo)準(zhǔn)ISO26262等。一款芯片一般需要2～3年時(shí)間才能完成車規(guī)認(rèn)證并進(jìn)入整車廠供應(yīng)鏈。

有專家告訴記者，一款車規(guī)級(jí)芯片的認(rèn)證往往需要數(shù)年時(shí)間，而且零部件需要長(zhǎng)期備貨，有時(shí)甚至在十幾年之后還有少量需求。這種產(chǎn)業(yè)生態(tài)與行業(yè)慣例對(duì)于習(xí)慣了消費(fèi)電子市場(chǎng)大批量、快節(jié)奏的中國(guó)IC廠商來(lái)說(shuō)，并不適應(yīng)。

傳統(tǒng)的國(guó)際汽車半導(dǎo)體大廠旗下大多保有晶圓廠，這對(duì)保障長(zhǎng)期供貨、維持產(chǎn)品獨(dú)特性，以及質(zhì)量的穩(wěn)定性都有極大幫助。而中國(guó)IC設(shè)計(jì)公司多為Fabless模式，制造仰賴代工廠，在通過(guò)客戶認(rèn)證時(shí)，這在一定程度上是不利的。

因此，中國(guó)芯片公司要想進(jìn)入汽車半導(dǎo)體領(lǐng)域需要一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程與持續(xù)的努力。從策略上，國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體供應(yīng)商應(yīng)加強(qiáng)與汽車制造商和一級(jí)汽車行業(yè)供應(yīng)商合作，嚴(yán)格質(zhì)量、可靠性、成本、功率與安全標(biāo)準(zhǔn)，有從零開(kāi)始，從“備胎”做起的決心。同時(shí)，可以重點(diǎn)關(guān)注自動(dòng)駕駛主控芯片、固態(tài)激光雷達(dá)等新技術(shù)、新需求，尋找切入的機(jī)會(huì)。