中国汽车芯片产业面临四大挑战
来源：电动汽车百人会
本文作者中国电动汽车百人会副理事长兼秘书长张永伟。随着汽车智能化进程的不断加快，芯片产业的重要性正日益凸显，中国芯片产业正面临巨大挑战。车百智库研报针对我国芯片产业存在的致命短板问题，分析市场的现状，寻找形成的原因，概括面对的挑战，探索解决的路径，提出解决的建议。
芯片已成为全球主要经济体的必争之地。最近，美国邀请台积电先进制程到本国设厂，建设4纳米、3纳米，甚至2纳米晶圆厂。日本、欧盟和韩国都把芯片作为国家战略推动实施，芯片之间的竞争不仅决定汽车产业的竞争力，也决定未来各个主要经济体的国家竞争力。
一、芯片在智能汽车上的作用越来越大
当前，芯片领域的竞争格局已经基本形成，改变现有芯片格局存在巨大难度。汽车芯片的组成远远超出任何一种智能终端，包括手机。按照功能，汽车芯片可分为九大类，包括尺寸很小的芯片，比如在传感和驱动方面的；也包括尺寸很大的芯片，特别是智能芯片和计算芯片。九大类芯片下面又分若干子类，每辆智能化程度偏高的单车，芯片数量都在1000个以上。由于汽车是相对分布式的电子电气架构，所以，每个不同的控制域或者控制单元都由一些相对独立的芯片组成，在分布式架构下汽车芯片数量非常多。随着汽车电子电气架构逐渐向集中式方向发展，芯片数量会相对减少，但对性能的要求会越来越高，尤其是对算力的要求非常高。目前，芯片主要应用在五个方面：动力系统、智驾系统、智能驾舱系统、汽车底盘和车身控制系统。不同芯片在不同应用系统中都有施展功能的空间。特别是控制芯片在五个领域都有使用。mcu（micro controller unit，微控制单元）、soc（system on chip，系统级芯片）芯片在每个系统也都有使用。此外，计算芯片、传感芯片使用范围也越来越大。从全球汽车芯片发展趋势看，2022年汽车芯片短缺有所缓解，但供应相对偏紧的状态会持续较长时间，主要原因是产能提升过慢。近3年的芯片短缺使全球汽车减产约1500万辆，其中中国减产超过200万辆。数据显示，2022年全球晶圆厂开工数量33个，2023年规划开工28个，其中1/3可以为汽车提供产能。但多数新增产能仍处在建设爬坡期，其中专门生产汽车芯片的晶圆厂甚少，产能缓解仍然面临瓶颈。这决定了汽车芯片虽然对最先进制程要求不高，但成熟制程产能不足仍是常态。从需求看，汽车芯片的需求量越来越大，缺口也越来越大。2022年我国汽车智能化渗透率超过30%，2030年将达到70%。从智能化进度判断，芯片需求将出现爆发式增长态势，单车芯片用量300~500个，到电动智能时代将超过1000个，到高等级自动驾驶阶段会超过3000个。预计到2030年，我国汽车芯片市场规模将达300亿美元，数量约1000亿~1200亿颗/年。二、我国汽车芯片短板明显全球各主要经济体围绕芯片的竞争，已经成为国际技术竞争的核心。汽车芯片价值链最高端的是占比较小但价值量最高的核心软件，96%的eda（electronic design automation，电子设计自动化）ip掌握在美国公司手里，核心汽车芯片ip欧洲+美国占据95%；晶圆占整体价值的2.5%，主要分布在日本、欧盟和中国台湾；制造设备和封测设备占16%，主要分布在欧美日；设计环节占比30%，美国、韩国、日本和欧盟占据汽车芯片设计高端市场；制造工厂在整个价值链中占比最高，先进制程主要分布在美国、韩国和中国台湾地区；中国在封测市场占据部分份额。总体看，改变现有芯片竞争格局面临巨大难度。迈过芯片这道坎是我国必须要解决的问题，我们面临以下系列挑战。挑战一，摆脱进口依赖是当务之急。现在，汽车芯片国内供给度不到10%，也就是每一辆汽车上90%以上的芯片，都依赖进口或者外资本土公司，这就决定了不论是小芯片还是关键芯片，特别是智能芯片，未来需求越来越大，瓶颈也越来越小。挑战二，汽车芯片产业链存在技术短板。eda工具市场、核心半导体设备市场、制造代工市场等仍然是短板。现在我国有了14纳米以上制程，最缺的是更先进的制程。挑战三，汽车芯片面临严格检测认证。与消费芯片不一样，汽车芯片安全性要求越来越高。比如温度，消费芯片温控在0℃~125℃之间即可，汽车芯片却要保证在—40℃~175℃之间，而且振动要求是50g。这种特殊性决定汽车芯片需要经过三级测试认证——部件测试认证、系统测试认证、整车级测试认证，三级测试认证缺一不可。而恰恰在汽车车规级芯片测试和认证方面，我国几乎是空白，全球也刚刚起步，但中国明显处于短板地位。挑战四，人才短缺。我国集成电路专业人员，包括汽车集成电路和消费集成电路总共有54万专业人员，到2023年缺口达20万人。这54万人基本分布在设计、制造和封测环节，20万人的短缺将严重影响行业技术发展和产业推进。人才短缺已经成为技术进步巨大的瓶颈。三、解决我国芯片问题的建议建议一，进行全产业链技术提升。必须加强我国汽车芯片在设计、制造、封测、工具链、关键材料、核心设备等全产业链的技术提升。只有补齐木桶短板，才无惧卡脖子，要集中攻关关键核心技术，优先保障28纳米和40纳米芯片成熟制程的产能，在技术提升的同时增加芯片产能供给。建议二，建立汽车芯片标准、检测认证体系。比如建设具备完整车规检测能力的公共检测认证平台，与研究适用的标准、技术规范和检测验证体系相结合、互促进，用标准和测评支撑产品测试认证。建议三，推动***上车。国产汽车用***已经成为必然选择，而且是紧迫行为，能不能在新环境下让国产汽车优先应用***，是我国在新时期推动汽车产业转型的战略性选择。优先应用***既可以帮助芯片在应用中迭代、在迭代中完善，也可以帮助整车企业建立产能备胎。同时，还要推动芯片行业的整合，芯片业多而散的局面不利于我国芯片竞争力的提升。建议四，扩大先进产线产能，支持多元化商业模式。建设成熟制程产线是近期和中远期的主要任务。先进制程产线14纳米、7纳米、5纳米当前依靠海外工艺，远期需要在本国建设扩大产能。支持多元化商业模式，集设计与制造垂直一体化，是目前及未来最有竞争力的模式，但是风险和投资都巨大。长期看，我国需要拥有集设计与制造一体的芯片公司，短期可以支持芯片企业和制造企业建立共享idm（integrated design and manufacture，垂直整合制造）模式，或者支持企业建立虚拟idm模式，通过联盟和协议方式进行垂直一体化协作。建议五，加大政策支持力度。特别是加大财政、资金方面的支持力度，让那些产能不足的企业有稳定的支持空间，让那些做长时间研发的企业有稳定的投入机制。这种情况下，我国财政和金融手段必不可少。 建议六，解决好人才缺口问题。通过专项人才补贴和落户优惠等政策，吸引留学生和海外高级技术人才回流，持续推动国内高校集成电路学科建设，完善人才培养体系，让人才成为支持我国芯片产业和企业竞争力的重要保障。
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芯片已成为全球主要经济体的必争之地。最近，美国邀请台积电先进制程到本国设厂，建设4纳米、3纳米，甚至2纳米晶圆厂。日本、欧盟和韩国都把芯片作为国家战略推动实施，芯片之间的竞争不仅决定汽车产业的竞争力，也决定未来各个主要经济体的国家竞争力。
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