越來(lái)越重要的車規(guī)級(jí)芯片行情將會(huì)如何

由于去年底全球汽車芯片供應(yīng)緊張，許多大型汽車企業(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、本田、斯巴魯和日產(chǎn)在內(nèi)的全球汽車制造商被迫減產(chǎn)。市場(chǎng)機(jī)構(gòu)IHS Markit預(yù)測(cè)，2021年第一季度，汽車產(chǎn)量將比原先預(yù)期減少約672000輛;美國(guó)伯恩斯坦研究公司預(yù)測(cè)，由于2021年全球汽車芯片短缺，預(yù)計(jì)今年將減少多達(dá)450萬(wàn)輛汽車的產(chǎn)量，相當(dāng)于全球汽車產(chǎn)量的近5%。

許多人對(duì)芯片重要性的理解來(lái)自消費(fèi)電子產(chǎn)品。小芯片可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的功能。如今的汽車越來(lái)越強(qiáng)大、越來(lái)越智能，這可歸因于汽車芯片的應(yīng)用。

就整個(gè)芯片行業(yè)的分類而言，有軍用級(jí)、整車規(guī)格級(jí)、工業(yè)級(jí)和消費(fèi)級(jí)，其中，整車規(guī)格級(jí)芯片對(duì)可靠性、一致性和穩(wěn)定性有更高的要求，僅次于軍用級(jí)芯片。

“車規(guī)級(jí)芯片和消費(fèi)級(jí)芯片之間有很大的區(qū)別。車規(guī)級(jí)芯片需要面對(duì)更惡劣、可靠性要求更高的環(huán)境，對(duì)車規(guī)級(jí)芯片的要求也比較嚴(yán)格。徐海東說(shuō)，“因此，對(duì)芯片廠商的要求>39;汽車芯片生產(chǎn)線更加嚴(yán)格。汽車規(guī)格芯片的生產(chǎn)線可以修改以生產(chǎn)其他芯片，但其他芯片的生產(chǎn)線不容易被修改以生產(chǎn)汽車規(guī)格芯片。

就分類而言，汽車芯片大致可分為以下幾類：一是負(fù)責(zé)計(jì)算能力的控制芯片，即處理器和控制器芯片，如發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤和車身控制，以及中控、輔助駕駛（ADAS）和自動(dòng)駕駛系統(tǒng);其次，負(fù)責(zé)電源轉(zhuǎn)換的IGBT功率芯片一般用于電動(dòng)汽車的電源和接口;第三種是傳感器芯片，主要用于各種雷達(dá)、安全氣囊和胎壓監(jiān)測(cè)。汽車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(jù)整車規(guī)格級(jí)芯片的要求，它需要適應(yīng)-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)，整車規(guī)格級(jí)芯片的設(shè)計(jì)壽命為15年或20萬(wàn)公里。從架構(gòu)上看，整車規(guī)格級(jí)芯片需要獨(dú)立的安全孤島設(shè)計(jì)。在關(guān)鍵模塊、計(jì)算模塊、總線、存儲(chǔ)器等中，都有ECC和CRC的數(shù)據(jù)校對(duì)，為車輛規(guī)格級(jí)芯片提供功能安全。

一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)汽車規(guī)格芯片需要2-3年才能完成汽車規(guī)格認(rèn)證，進(jìn)入汽車制造商的供應(yīng)鏈。一旦進(jìn)入，一般有5-10年的供應(yīng)周期。

不斷變化的汽車半導(dǎo)體市場(chǎng)

雖然COVID-19大流行使消費(fèi)者的購(gòu)買量自由落體-2020年4月美國(guó)汽車銷量下降了47%，歐洲下降了80%），但一些國(guó)家在各個(gè)行業(yè)都強(qiáng)勁反彈。隨著從智能手機(jī)到電器再到新車的需求不斷增長(zhǎng)，半導(dǎo)體訂單不斷上升，晶圓廠正在努力增加產(chǎn)量。

在一些國(guó)家最近取得經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)之后，汽車行業(yè)再次成為半導(dǎo)體公司的重要收入來(lái)源。該領(lǐng)域的大多數(shù)增長(zhǎng)源于向ADAS的轉(zhuǎn)變，因?yàn)檫@些系統(tǒng)在響應(yīng)意外變化（例如流量突然停止）時(shí)必須立即處理數(shù)據(jù)。這些功能需要車輛內(nèi)部的多個(gè)互連和高性能芯片。因此，與傳統(tǒng)車輛相比，它們具有更集中的電氣和電子（E / E）架構(gòu)，以及更多的傳感器和計(jì)算電子內(nèi)容。

然而，并非所有自動(dòng)駕駛汽車都是一樣的，所需的半導(dǎo)體數(shù)量和類型將在很大程度上取決于它們的自動(dòng)化水平。由美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì)（SAE）定義的一個(gè)常見(jiàn)的AV分類系統(tǒng)將自動(dòng)駕駛汽車分為六類，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(qǐng)注意，2級(jí)分為兩部分：入門級(jí)（具有一些自主功能的車輛，例如制動(dòng)，但仍要求駕駛員始終將手放在方向盤上）和高級(jí)（具有更廣泛的自主功能的車輛，允許駕駛員有時(shí)將手從方向盤上移開(kāi)）。

0至2級(jí)（入門級(jí)）的車輛使用標(biāo)準(zhǔn)芯片可達(dá)到足夠的性能，但2級(jí)（高級(jí)）至5級(jí)的車輛預(yù)計(jì)需要越來(lái)越多的特種硅。這種芯片效率更高，可以在車輛系統(tǒng)中快速提高性能，并允許執(zhí)行復(fù)雜的軟件功能和分析，例如那些能夠?qū)崿F(xiàn)攝像頭，激光，激光器和其他設(shè)備的傳感器融合的功能和分析。但許多OEM現(xiàn)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(jì)劃。更重要的是，很少有解決方案適合OEM的目標(biāo)軟件堆棧。

面對(duì)這些限制，一些OEM已經(jīng)開(kāi)始在內(nèi)部設(shè)計(jì)芯片。這條路線有幾個(gè)好處，包括針對(duì)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(xiàn)持續(xù)的功能改進(jìn)。內(nèi)部設(shè)計(jì)還允許OEM定義軟件堆棧，并使他們能夠更好地控制芯片設(shè)計(jì)，以便他們可以創(chuàng)建定制解決方案，以區(qū)分他們的自動(dòng)駕駛汽車（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(jí)供應(yīng)商也聲稱擁有某些車輛系統(tǒng)，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，專業(yè)知識(shí)的劃分意味著公司越來(lái)越多地尋找能夠補(bǔ)充其技能和產(chǎn)品的合作伙伴。

鑒于這些發(fā)展，業(yè)內(nèi)人士通常會(huì)問(wèn)幾個(gè)問(wèn)題：在芯片采購(gòu)方面，大多數(shù)OEM廠商會(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(qiáng)大？我們未來(lái)在價(jià)值鏈和技術(shù)堆棧中的角色是什么？

駕馭汽車半導(dǎo)體不斷變化的格局

分析表明，在采購(gòu)半導(dǎo)體時(shí)，大多數(shù)原始設(shè)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(jí)供應(yīng)商合作。除了定義芯片要求外，供應(yīng)商還與集成器件制造商（IDM）簽訂合同，以設(shè)計(jì)或選擇所需的芯片。在IDM或代工廠生產(chǎn)芯片后，供應(yīng)商將它們構(gòu)建到系統(tǒng)中。在第二種模型中，這是第一種模型的變體，一級(jí)供應(yīng)商在定義需求和設(shè)計(jì)芯片方面處于領(lǐng)先地位。由于第二種型號(hào)不需要IDM服務(wù)，因此一級(jí)供應(yīng)商將直接與代工廠聯(lián)系進(jìn)行生產(chǎn)。

第三種模式，隨著原始設(shè)備制造商越來(lái)越多地參與設(shè)計(jì)而出現(xiàn)，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(shè)計(jì)服務(wù)接觸。然后，他們委托鑄造廠進(jìn)行生產(chǎn)。一些原始設(shè)備制造商喜歡這種模式，因?yàn)樗枰邢薜膬?nèi)部人才，并將確保質(zhì)量的負(fù)擔(dān)轉(zhuǎn)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(jī)會(huì)整合自己的規(guī)格并創(chuàng)建專用芯片。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(jìng)爭(zhēng)對(duì)手使用能夠提供更好計(jì)算效率的專用芯片。

麥肯錫對(duì)100多名領(lǐng)先的汽車和半導(dǎo)體專家進(jìn)行的一項(xiàng)調(diào)查顯示，68%的受訪者認(rèn)為OEM會(huì)傾向于淺層垂直化方法來(lái)導(dǎo)航價(jià)值鏈。這條道路對(duì)許多公司來(lái)說(shuō)都是有意義的，因?yàn)镺EM的用例要求是相似的，當(dāng)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(xiàn)。該模型為OEM提供了最大的獨(dú)立性，因?yàn)樗麄冊(cè)诖S調(diào)試生產(chǎn)之前定義要求并監(jiān)督芯片設(shè)計(jì)。完全垂直化有兩種潛在的策略：

獨(dú)立路線，OEM開(kāi)發(fā)自己的芯片，架構(gòu)和芯片設(shè)計(jì)，同時(shí)保持相對(duì)較低的材料成本。通過(guò)獨(dú)立工作，OEM可以創(chuàng)建專門的芯片，使其產(chǎn)品與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手區(qū)分開(kāi)來(lái)。當(dāng)然，獨(dú)立性會(huì)帶來(lái)更大的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)閱蝹€(gè)OEM承擔(dān)所有成本，并完全負(fù)責(zé)滿足時(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?yàn)樵S多OEM缺乏在芯片設(shè)計(jì)和架構(gòu)方面具有強(qiáng)大專業(yè)知識(shí)的員工。

形成一個(gè)跨OEM聯(lián)盟，其中多家公司在芯片設(shè)計(jì)和架構(gòu)上進(jìn)行合作。雖然個(gè)別公司可能能夠?qū)⒆约旱囊恍┮?guī)格整合到芯片中，但妥協(xié)是不可避免的，差異化的機(jī)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(xiàng)達(dá)成協(xié)議，也很難就進(jìn)程達(dá)成一致。從好的方面來(lái)說(shuō)，原始設(shè)備制造商分擔(dān)開(kāi)發(fā)成本和風(fēng)險(xiǎn)，從而減輕了個(gè)別公司的負(fù)擔(dān)。聯(lián)盟成員還可以集中員工，這可能會(huì)減少對(duì)頂尖人才的競(jìng)爭(zhēng)。

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